大学物理课件6光的偏振

16.1自然光和偏振光在垂直于传播方向平面内，光矢量的振动状态（端点轨迹），称为光的偏振态;振动方向与传播方向构成平面，称为振动面。xyEzE播传方向振动面一、偏振光（polarizedlight)光矢量端点轨迹随时间变化轨迹是确定的，称为偏振光。1.线偏振光（linearlypolarizedlight）光矢量只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光，也称为平面偏振光。xyEz·面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyExyxsinEEycosEEx表示法：·····光振动垂直板面光振动平行板面圆偏振光椭圆偏振光0yyxz传播方向/2x某时刻圆偏振光E随z的变化E2.圆偏振光（circularlypolarizedlight）椭圆偏振光（ellipticlypolarizedlight）为某个确定值的线偏振光的合成。右旋圆偏振光的合成。圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差线偏振光则可以看成是两束频率相同、相位相同、振幅相同、传播方向亦相同的左、相位差/2或3/2xyyx·x，y振幅相同，相位差不等于0，和2/2，，3/2二、自然光（naturallight）垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。yxEExyxIIII2没有优势方向一束自然光可分解为两束振动方向相互···光矢量取向是杂乱无章的、对于光的传播方向是对称分布的,称为自然光。E表示法：自然光的分解非相干xyEzIIIyx21三、部分偏振光表示法：部分偏振光可看成自然光和线偏振光混合分解非相干平行板面的光振动较强········垂直板面的光振动较强部分偏振光可以分解如下：光矢量沿某一方向振动比其它方向占优势，称为部分偏振光。yxII16.2偏振片起偏与检偏马吕斯定律一、偏振片（Polaroid）原理：利用“二向色性”晶体制成。允许通过光振动的方向称为偏振化方向，即透光轴。021II线偏振光的起偏：自然光入射时非偏振光I0线偏振光IP偏振化方向（通光方向）···二、马吕斯定律（Maluslaw）偏振光Io自然光偏振光IP(N)P(M)M:起偏器0IN:检偏器IIo与I关系：cos0AA2AI20cosII——马吕斯定律0,0II透射光最大0,2I透射光为零200AIA0sinMoNA0A0cos三、线偏振光的检偏I?P待检光若I不变若I变有消光若I变无消光或由线偏振光与自然光混合而成的部设入射光可能是旋转自然光或线偏振光分偏振光线偏自然部分四、偏振片的应用▲作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。▲制成偏光眼镜，可观看立体电影。▲若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼。▲作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。与地面成45角、且向同一方向倾斜怎样装?立体电影16.3反射、折射偏振布儒斯特定律一、反射起偏布儒斯特定律[2]当取某一入射角i0时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，折射光为部分偏振光。i0称为布儒斯特角（起偏角）。反射光垂直入射面分量(S)比例大折射光平行入射面分量(P)比例大[1]自然光反射和折射后成为部分偏振光,偏振化程度与入射角有关。·······n1n2iir··S分量P分量i0n1n2r21120tgnnni——布儒斯特定律此时有：i0+r=90o二、折射起偏玻璃片堆利用玻璃片堆使折射光趋近与P偏振光用玻璃片堆能增强反射偏振光的强度················i0接近线偏振光··············玻璃片堆线偏振光思考在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰一、双折射现象1.双折射in1n2rore(各向异性介质)自然光o光e光2.寻常（o）光和非寻常（e）光o光：遵从折射定律orninsinsin21e光：一般不遵从折射定律.constsinsinerie光折射线也不一定在入射面内。一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束的现象。16.4双折射（birefringence）现象···方解石oeeo···演示以入射方向为轴旋转方解石方解石偏振片双折射的两束光振动方向相互垂直3.晶体的光轴(opticalaxisofcrystal)光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发例如，方解石晶体（冰洲石）光轴是一个特殊的方向，一个光轴的晶体，如方解石。两个光轴的晶体，如云毋。由钝隅引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴。光轴AB102°78°该方向称为晶体的光轴。生双折射，于此方向的直线均为光轴。凡平行单轴晶体：双轴晶体：4.主平面（principalplane）o光光轴o光的主平面····e光光轴e光的主平面10o光振动垂直主平面，e光振动在主平面内。晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面。晶体解理面的法线与晶体光轴构成的平面称为晶体的主截面。2o通常o、e光主平面不重合，两者振动方向不垂直。当入射面与主截面重合时，两者主平面与主截面重合，振动方向垂直。5.折射率(refractiveindex)光矢量垂直与光轴振动的光波折射率no、平行与光轴振动的光波折射率ne称为晶体的主折射率。单轴晶体中，o光折射率始终是no；e光的折射率介于no～ne之间，当传播方向垂直于光轴方向时，折射率是ne。二、尼科耳棱镜（Nicolprism)制作：原理：5501n.6581no.4861ne.全反射一、偏振光干涉装置二、偏振光干涉的分析AoA2oNMCAAeA2esinAAocosAAe在P2后：在P1后：cossincos2AAAoocossinsin2AAAee偏振化方向偏振片N单色自然光偏振片M偏振化方向d晶片C光轴方向相干屏16.5偏振光的干涉通过晶体C后的相位差是oecnnd2再通过P2后：oecnnd2),2,1(,2122knnkdkoe（明）oennkdk)12(单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。AoA2oNMCA1AeA2e（暗）石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，若白光入射，且晶片d均匀，则：屏上由若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。硫酸钠晶片的色偏振图片16.6偏振现象应用一、人工双折射人为使各向同性介质转化造成各向异性介质，而产生双折射效应，称为人工双折射。1.光弹效应（photoelasticeffect）由于受力作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为光弹效应。SFknnoe在一定应力范围内：k是比例系数P1P2··dFSF干涉有机玻璃C模型的光弹图象钓钩的图象光弹2.电光效应（photoelasticeffect）由于电场作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为电光效应。45P2l+-克尔盒dP1452kEEnnoe克尔效应泡克尔斯效应应用：可作为光开关（响应时间10-9s），用于高速摄影、激光通讯、光速测距等二、旋光现象（roto-opticalphenomena)1.物质的旋光性（opticalactivity）除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性。1811年，法国物理学家阿喇果（Arago）其振动面能发生旋转，发现，线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时这称为旋光现象。旋光物质d光轴a—旋光率旋转的角度：da旋光率a与旋光物质和入射波长有关，对于溶液，与浓度有关：可以有左旋体和右旋体.物质旋光性和物质原子排列结构有关的，cd2.磁致旋光（magneticopticity）一些物质在磁场作用下，也会产生旋光现象，称为磁光效应。水、二硫化碳、食盐等是磁致旋光物质。d磁致旋光物质B旋转的角度:BdVV—费德尔常量，1154Tm1010~V磁致旋光效应的应用：▲研究物质结构▲测电流和磁场▲磁光调制1.马吕斯2.布儒斯特3.双折射例1.两个偏振片组成结构，在它们偏振化方向成30o角时，观测一束自然光；又在60o角时，观测另一束自然光。两次测得透射光强度相同，求两束自然光强度。解：设两束自然光强度是I1、I2透射光强度是：22221211αI21IαI21Icoscos，则21II31ααII122221coscos例2.求：透射光强偏振片，透射光强为，若这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成角。1I030060使自然光通过两个偏振化方向成角20I02030cos2I0202030cos30cos2I20I102060cos2II1'49II透射光强为：解：例3.令其通过旋转着的偏振片，若测得出射光的最大光强为，最小光强为，则混合光中偏振光和自然光的强度各为多少？1I2I偏自II偏自III21022自II21III偏22II自一束混合光包含线偏振光和自然光，解：例4水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.50[1]光由水中射向玻璃反射时,布儒斯特角为多少?[2]光由玻璃射向水中反射时,布儒斯特角为多少?33.1水n50.1玻璃niirr解:12nntgi12nnarctgi33.150.1~arctgi玻璃水50.133.1~arctgi水玻璃例5.它在界面同一侧的布儒斯特角时多少?解:光在某两种媒质界面上全反射临界角是045根据全反射特性有:202c1n90ninsinsin由布儒斯特定律有:c12oinntgisin22arctgi12cnnisin111P2P