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1、一、横波的偏振性一、横波的偏振性振动面:振动面:振动方向与振动方向与波的传播方向构成的平面。波的传播方向构成的平面。偏振偏振:在垂直于传播方向的平面内在垂直于传播方向的平面内,振动方向的不对振动方向的不对称性。称性。光矢量光矢量振动面振动面v0HE24.1 24.1 光光 的的 偏偏 振振11 1、自然光、自然光 在垂直于传播方向的平面内,沿各方向振动的光在垂直于传播方向的平面内,沿各方向振动的光矢量的分布各向均匀,振幅相等,称为矢量的分布各向均匀,振幅相等,称为自然光自然光。EvvEyEx各方向的光振动之间无固定的相位关系。各方向的光振动之间无固定的相位关系。面对光的传播方向观察面对光的传播
2、方向观察自然光的表示法自然光的表示法 一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、等等幅幅的的、不相干的线偏振光。不相干的线偏振光。2E播播传传方方向向振振动动面面2、线偏振光(完全偏振光、平面偏振光)线偏振光(完全偏振光、平面偏振光)在垂直于传播方向的平面内在垂直于传播方向的平面内,光矢量始终沿某个光矢量始终沿某个确定的方向振动确定的方向振动.面对光的传播方向观察面对光的传播方向观察(光振动平行板面光振动平行板面)(光振动垂直板面光振动垂直板面)线偏振光的表示法线偏振光的表示法.3部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部部分分偏偏振振光光
3、可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法:部分偏振光的表示法:平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强3、部分偏振光、部分偏振光 可看作完全偏振光与自可看作完全偏振光与自然光的混合然光的混合.在两个相互垂直的方向在两个相互垂直的方向上振幅具有最大值和最小值上振幅具有最大值和最小值(不消光不消光).).4四、圆偏振光和椭圆偏振光四、圆偏振光和椭圆偏振光垂直于光传播方向的任一截面内,光振动矢量为一垂直于光传播方向的任一截面内,光振动矢量为一旋转矢量,端点运动轨迹
4、是一个圆。旋转矢量,端点运动轨迹是一个圆。横截面横截面传播方向传播方向5椭圆偏振光由两束同向传播、振动方向相互垂直、椭圆偏振光由两束同向传播、振动方向相互垂直、振幅不等、具有恒定为项关系的线偏振光合成,根振幅不等、具有恒定为项关系的线偏振光合成,根据旋转方向,可左旋和右旋。据旋转方向,可左旋和右旋。端点运动轨迹是一个端点运动轨迹是一个椭圆。椭圆。横截面横截面传播方向传播方向6右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 07 起偏的原理:某些材料在光学性质上的各向异起偏的原理:某些材料在光学
5、性质上的各向异性性,利用介质吸收引起光的偏振利用介质吸收引起光的偏振。起偏:从自然光获得偏振光起偏:从自然光获得偏振光。起偏器起偏器:起偏的光学器件。起偏的光学器件。一、起偏和检偏一、起偏和检偏一、起偏和检偏一、起偏和检偏24.2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律l二向色性:某些晶体对振动垂直的二向色性:某些晶体对振动垂直的 两个分振动有不同两个分振动有不同 吸收的性质。吸收的性质。l利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。利用晶体的二向色性可以从自然光中获得线偏振光。l利用晶体的这种性质利用晶体的这种性质(二向色性)(二向色性)可以制作可以制作偏振片偏振片。8 偏振片的起偏偏
6、振片的起偏自然光自然光I I0 0线偏振光线偏振光 I IP偏振化方向偏振化方向 (透振方向透振方向)检偏:用偏振器件分析、检验光的偏振态检偏:用偏振器件分析、检验光的偏振态 9.起偏和检偏起偏和检偏自然光自然光I0线偏振光线偏振光I偏振化方向偏振化方向线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器最亮最亮自然光自然光I0线偏振光线偏振光I自然光自然光I0线偏振光线偏振光I最暗最暗10四、偏振片的应用四、偏振片的应用 汽车夜间行车时为避免对方汽车灯光晃眼以保证汽车夜间行车时为避免对方汽车灯光晃眼以保证行驶安全,可以在所有汽车的车窗玻璃和车灯前装上行驶安全,可以在所有汽车的车窗玻璃和车灯前装上与水平
7、方向成与水平方向成角,而且向同一方向倾斜的偏振角,而且向同一方向倾斜的偏振片。片。偏振片可用于制成太阳镜和照相偏振片可用于制成太阳镜和照相机的滤光镜。观看立体电影的眼镜片机的滤光镜。观看立体电影的眼镜片是由两个偏振化方向互相垂直的偏振是由两个偏振化方向互相垂直的偏振片组成。片组成。11关于偏振光关于偏振光通过检偏器后通过检偏器后强度变化的定量规律。强度变化的定量规律。偏振化方向偏振化方向 消光消光(1)当当r讨论讨论(2)当当二、马吕斯定律二、马吕斯定律P I0I12例例1 1:已知自然光通过两已知自然光通过两个偏振化方向相交个偏振化方向相交6060的偏振片,透射光强为的偏振片,透射光强为I
8、I1 1,今在这两偏振片间今在这两偏振片间再插入一与前两个偏振再插入一与前两个偏振化方向均夹化方向均夹3030角的偏角的偏振片,则透射光强为多振片,则透射光强为多少?少?解:解:13例例2:一束光由自然光和线偏振光混合组成,当它通过一束光由自然光和线偏振光混合组成,当它通过一偏振片时,发现透射光的强度随偏振片的转动可以变一偏振片时,发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几?射光强度的几分之几?解:解:设入射光强度设入射光强度I0=I10(自然光强度自然光强度)+I20(线偏振光强线偏振
9、光强度度)通过偏振片后:通过偏振片后:14例例3 3 用用两两偏偏振振片片平平行行放放置置作作为为起起偏偏器器和和检检偏偏器器。在在它它们们的的偏偏振振化化方方向向成成300角角时时,观观测测一一光光源源,又又在在成成600角角时时,观观察察同同一一位位置置处处的的另另一一光光源源,两两次次所所得得的的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。解:解:令令I1和和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后,光的强度分别为起偏器后,光的强度分别为I1/2和和I2/2。根据马吕斯。根据马吕斯定律,透过检偏器后光的强度为
10、定律,透过检偏器后光的强度为但按题意但按题意所以所以即即15例例4.4.光强的调制光强的调制。(教材教材P74 P74 例例24.1 24.1 偏振片组合偏振片组合)在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和检偏器和检偏器N之间,插入之间,插入一片以角速度一片以角速度旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P,入射自然光强为,入射自然光强为I I0 0,试求由系统出射的光强是多少?试求由系统出射的光强是多少?解解:通过通过M:通过通过P:通过通过N:16每旋转偏振片每旋转偏振片P一周,输出光强有一周,输出光强有“四明四零四明四零”。t=450,1350,2250,3150时,时,输出光强为输出光
11、强为 。t=00,900,1800,2700时,时,输出光强为零输出光强为零。即即:17一一.反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振自自然然光光反反射射和和折折射射后后均均为部分偏振光为部分偏振光二二.布儒斯特定律布儒斯特定律线偏振光线偏振光ib 布儒斯特角布儒斯特角或或起偏振角起偏振角.当当ib+=90o 时时,反射光为线偏振光反射光为线偏振光.1.定律定律 24.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振18外腔式激光器谐振腔外腔式激光器谐振腔布儒斯特窗布儒斯特窗 i0i0激光输出激光输出M1M2i0i0应用举例应用举例空气空气玻璃玻璃玻璃玻璃空气空气互余互余例如例如 n1=1.00(
12、空气空气),n2=1.50(玻璃玻璃),则则19用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度当当i=i0时,反射光强度时,反射光强度I和入射光的强度和入射光的强度I0 之比为之比为自然光从空气自然光从空气玻璃玻璃i0(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆2.玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆起偏和检偏20玻璃片堆玻璃片堆检偏检偏若若反射光光强不变则入射光是反射光光强不变则入射光是自然光自然光若若反射光光强变且有消光则入射反射光光强变且有消光则入射光是线偏振光光是线偏振光i0 若若反射光光强变且无消光则入反射光光强变且无消光则入射光是部分偏振光射光是部分偏振光
13、让让待检光以布儒斯特待检光以布儒斯特角角 入射到界面上,以入射入射到界面上,以入射线为轴旋转界面(保持线为轴旋转界面(保持 不变)不变)(接近线偏振光接近线偏振光)21例:已知某材料在空气中的布儒斯特角例:已知某材料在空气中的布儒斯特角 求它求它的折射率?若将它放在水中(水的折射率的折射率?若将它放在水中(水的折射率1.331.33),求),求布儒斯特角?该材料对水的相对折射率是多少?布儒斯特角?该材料对水的相对折射率是多少?解:解:设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n ,空气的折射率为空气的折射率为1 1放在水中,则对应有放在水中,则对应有所以所以:该材料对水的相对折射率为该材料对水的相
14、对折射率为1.222由图可知由图可知解解:由布儒斯特定律由布儒斯特定律 i例题:例题:如图所示,自然光由空气入射到折射率为如图所示,自然光由空气入射到折射率为的的水水面面上上,入入射射角角为为 i 时时使使反反射射光光为为完完全全偏偏振振光光。今今有有一一块玻璃浸入水中,其折块玻璃浸入水中,其折射率为射率为 ,若光,若光由玻璃面反射也成为完由玻璃面反射也成为完全偏振光,求水面与玻全偏振光,求水面与玻璃之间的夹角璃之间的夹角a.a.a a23 方解石方解石一束光入射到各向异性的介质一束光入射到各向异性的介质后出现两束折射光线的现象。后出现两束折射光线的现象。1.双折射现象双折射现象 2.两束折射
15、光的特性两束折射光的特性 (1)寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o 光光e 光光l一束折射光始终在入射面内,并一束折射光始终在入射面内,并遵从折射定律,称为遵从折射定律,称为寻常光寻常光,简,简称称 o 光光(ordinary rays)*24.4 光的双折射光的双折射24l另一束折射光一般不在折射面内,不遵从折射定律,另一束折射光一般不在折射面内,不遵从折射定律,称为称为非常光非常光,简称,简称e e光光(extraordinary rays).(2)两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光.(3)晶体的光晶体的光轴轴78o102o78o102o光轴光
16、轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿一一个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折折射射,该方向称为晶体的光轴,该方向称为晶体的光轴。光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行行于于此此方向的直线均为光轴。方向的直线均为光轴。单轴晶体:只有一个光轴的晶体单轴晶体:只有一个光轴的晶体双轴晶体双轴晶体:有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体25光轴光轴ve tvo t光轴光轴(4)(4)单轴晶体的子波波阵面单轴晶体的子波波阵面 光的双折射实质上是由于光在晶体中的传播速光的双折射实质上是由于光在晶体中的传播速率与光的传播方向和光的偏振状态有关。率与光的传播方向和光的偏振状态有关。l o光光沿不同方
17、向的传播速率相同,其波面是球面沿不同方向的传播速率相同,其波面是球面.l e光光沿不同方向的传播速率不相同,其波面是以沿不同方向的传播速率不相同,其波面是以光轴为轴的旋转椭球面光轴为轴的旋转椭球面.26光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动,光不动,e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体27光光光光双双折折射射当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动,光不动,e光围绕光围绕o光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体28光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动,光不动,e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶
18、体晶体29光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动,光不动,e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体30 利利用用晶晶体体的的二二向向色色性性,可可制制作作偏偏振振片片,获获得得线偏振光。线偏振光。光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴 某些晶体对某些晶体对o光和光和e光的吸收有很大差异,这叫晶光的吸收有很大差异,这叫晶体的二向色性。体的二向色性。晶体的二向色性和偏振片晶体的二向色性和偏振片3124.5 由散射引起的光的偏振由散射引起的光的偏振光的散射光的散射:光射到一个微粒或分子上,就会使其:光射到一个微粒或分子上,就会使其中的电子在光束内的电场矢量的作
19、用下振动。振中的电子在光束内的电场矢量的作用下振动。振动中的电子会向其周围四面八方发射同频率的电动中的电子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波,即光。磁波,即光。这种现象叫光的散射。这种现象叫光的散射。光的散射也会引起光的偏振。分子光的散射也会引起光的偏振。分子中电子振动时发出的光是偏振的。中电子振动时发出的光是偏振的。e振动方振动方向向光振动的方向总垂直于光线的方向,光振动的方向总垂直于光线的方向,并和电子振动方向在同一平面。但并和电子振动方向在同一平面。但是,各方向的光的强度不同:垂直是,各方向的光的强度不同:垂直于于电子振动方向最强,沿电子振动电子振动方向最强,沿电子振动方向强度为零。方
20、向强度为零。32自然光自然光线线偏偏振振光光部分偏振光部分偏振光Ze电子振电子振动方向动方向XY眼睛眼睛自自然然光光沿沿X轴轴入入射射,引引起起电电子子在在Y和和Z方方向向的的振振动而发生光的散射。动而发生光的散射。沿沿Y轴看去,电子轴看去,电子Z方向振动的光强方向振动的光强零,而沿零,而沿Y方向振方向振动的光强最大,所动的光强最大,所以沿以沿Z向看去,只向看去,只有电子沿有电子沿Y向振动向振动的线偏振光。的线偏振光。同理,沿同理,沿Y向看去,只有电子沿向看去,只有电子沿Z向振动的线偏振光。向振动的线偏振光。33 线线偏偏振振光光通通过过某某些些透透明明物物质质时时,线线偏偏振振光光的的振振动
21、动面面将将旋旋转转一一定定的的角角度度,这这种种现现象象称称为为振振动动面面的旋转的旋转,也称,也称旋光现象旋光现象。未放置未放置C,P2后视场黑暗后视场黑暗,放置放置C后,旋转后,旋转P2一定角度,视场又变黑暗一定角度,视场又变黑暗.24.6 旋光现象旋光现象.l旋光物质光轴旋光物质光轴341 1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。向不同方向旋转。右旋物质右旋物质.左旋物质左旋物质.2 2、振动面的旋转角、振动面的旋转角与波长有关,与波长有关,波长给定则与旋光物质的厚度波长给定则与旋光物质的厚度l有关。有关。3 3、偏振光通过糖溶液、松节油时,振动面的旋转角、偏振光通过糖溶液、松节油时,振动面的旋转角=l 称石英晶体的旋光率称石英晶体的旋光率35光光轴轴光光轴轴SiSiSiO右右旋旋形形石石英英晶晶体体及及原原子子排排列列 左左旋旋形形石石英英晶晶体体及及原原子子排排列列 SiSiSiO36作业作业:P90 1;2;3;4;8.37
限制150内