第五章光的偏振

1、natural light and polarized light Contents自然光與線偏振光自然光與線偏振光natural light and polarized light 起偏與檢偏起偏與檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律polarize and analyze Malus law光波中包含振動(dòng)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量光波中包含振動(dòng)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量和磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量光波是橫波光波是橫波電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度矢量強(qiáng)度矢量E稱稱為為光矢量光矢量(光振動(dòng)光振動(dòng))光具有波動(dòng)性光具有波動(dòng)性（電磁波）（電磁波）kEH橫波與縱波的區(qū)別橫波與縱波的區(qū)別橫波：波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向沒有對(duì)稱性橫波：波的振動(dòng)方向相對(duì)于

2、傳播方向沒有對(duì)稱性縱波：波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向具有對(duì)稱性縱波：波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向具有對(duì)稱性機(jī)械波穿過狹縫機(jī)械波穿過狹縫一、光的偏振性一、光的偏振性1 1、偏振、偏振 波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫做波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫做偏振。偏振。2、光的偏振態(tài)、光的偏振態(tài) 在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量的振動(dòng)狀態(tài)在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量的振動(dòng)狀態(tài)有各種不同的方式，稱為光的偏振態(tài)。有各種不同的方式，稱為光的偏振態(tài)。自然光；平面偏振光；部分偏振光；圓偏振光；橢圓偏振光自然光；平面偏振光；部分偏振光；圓偏振光；橢圓偏振光二、平面偏振光二、平面偏振光光傳播方向

3、光傳播方向E橫截面橫截面（線偏振光）（線偏振光）1 1、定義、定義 光在傳播過程中光矢量的振動(dòng)只限于某一確定平面內(nèi)，光在傳播過程中光矢量的振動(dòng)只限于某一確定平面內(nèi)，這種光稱為平面偏振光。這種光稱為平面偏振光。 振動(dòng)面平行于圖面振動(dòng)面平行于圖面振動(dòng)面垂直于圖面振動(dòng)面垂直于圖面2 2、振動(dòng)面、振動(dòng)面 光矢量與光傳播方向構(gòu)成的面，稱為偏振光的振動(dòng)面光矢量與光傳播方向構(gòu)成的面，稱為偏振光的振動(dòng)面3 3、符號(hào)表示、符號(hào)表示4 4、分量表示、分量表示 線偏振光也可以看作是由振動(dòng)相互垂直、傳播方向相線偏振光也可以看作是由振動(dòng)相互垂直、傳播方向相同、相位相同（或相差同、相位相同（或相差 p p ）的兩列光波疊

4、加而成。）的兩列光波疊加而成。)cos()(00kzteAeAeEeEEyyxxyyxx普通光源普通光源由自發(fā)幅射發(fā)出的光由自發(fā)幅射發(fā)出的光 三、自然光三、自然光原子自發(fā)輻射具有獨(dú)立性、間歇性與隨機(jī)性；原子自發(fā)輻射具有獨(dú)立性、間歇性與隨機(jī)性；產(chǎn)生的光波列振動(dòng)方向不確定，彼此之間也產(chǎn)生的光波列振動(dòng)方向不確定，彼此之間也沒有固定的相位關(guān)系。沒有固定的相位關(guān)系。1 1、產(chǎn)生機(jī)理、產(chǎn)生機(jī)理2、特點(diǎn)、特點(diǎn)（1） 在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等.（2）可以看成由兩個(gè)振動(dòng)方向相互）可以看成由兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直，振幅相等，互不

5、相干的線偏垂直，振幅相等，互不相干的線偏振光的疊加振光的疊加. XYZ注意注意 二二互相互相垂直方向是任選的垂直方向是任選的. 兩垂直分量間無固定的相位關(guān)系，不能合成為一個(gè)單獨(dú)兩垂直分量間無固定的相位關(guān)系，不能合成為一個(gè)單獨(dú)的矢量的矢量 .3 3、定義、定義 光矢量在軸對(duì)稱的各個(gè)方向上的時(shí)間平均值相等，光矢量在軸對(duì)稱的各個(gè)方向上的時(shí)間平均值相等，具有這種特點(diǎn)的光叫做自然光具有這種特點(diǎn)的光叫做自然光( (自然光是由軸對(duì)稱分自然光是由軸對(duì)稱分布、無固定相位關(guān)系的大量線偏振光集合而成的布、無固定相位關(guān)系的大量線偏振光集合而成的) )4 4、符號(hào)表示、符號(hào)表示vEx xy yz zyxSIIISyxI

6、II21yxiyyixxAAaAaA5 5、分量表示、分量表示四、起偏與檢偏四、起偏與檢偏某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng) , , 而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通 過過, , 這種性質(zhì)稱二向色性這種性質(zhì)稱二向色性 . .自然光通過偏振器（起偏）自然光通過偏振器（起偏）五、馬呂斯定律五、馬呂斯定律1. .當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，p 或00II 2. .當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，232pp或0I光強(qiáng)最大光強(qiáng)最大光強(qiáng)最小光強(qiáng)最小2p23pp020cosII 馬呂斯定律：馬呂斯定律： 強(qiáng)度為強(qiáng)度為 的偏振光通過檢偏振的偏振光通過檢偏振器后器后, 出射光的強(qiáng)度為出射光

7、的強(qiáng)度為0Ip2I討論：討論：六、偏振的應(yīng)用六、偏振的應(yīng)用1 1、照相時(shí)消除、照相時(shí)消除 反射光影響反射光影響拍攝過程拍攝過程2、立體電影原理、立體電影原理 本堂課小結(jié)本堂課小結(jié)一、光的偏振態(tài)一、光的偏振態(tài) 自然光、線偏振光自然光、線偏振光二、線偏振光的獲得二、線偏振光的獲得 偏振片法偏振片法三、基本物理定律（光強(qiáng)變化）三、基本物理定律（光強(qiáng)變化） 馬呂斯定律馬呂斯定律:四、偏振光的應(yīng)用實(shí)例四、偏振光的應(yīng)用實(shí)例 照相機(jī)鏡頭的濾光、立體電影、激光器的諧振腔、照相機(jī)鏡頭的濾光、立體電影、激光器的諧振腔、 偏光顯微鏡偏光顯微鏡 等等等等20cosII 例例1 有兩個(gè)偏振片有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器

8、一個(gè)用作起偏器, 一個(gè)用作檢偏器一個(gè)用作檢偏器. 當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為300時(shí)時(shí) , 一束單色自然光穿過它們一束單色自然光穿過它們, 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為I1; 當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為600時(shí)時(shí), 另一束單色另一束單色自然光穿過它們自然光穿過它們 , 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為I2, 且且I1=I2. 求兩束單色自然光的求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比強(qiáng)度之比 .解解 設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為IS1和和IS2 經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為 和和 .22SI21SI經(jīng)過檢偏器后經(jīng)過檢偏器后30cos

9、2211SII 60cos2222SII 21II 3160cos30cos2221SSII polarize style of the reflected and passed light1 1、定義、定義 在垂直于傳播在垂直于傳播方向的平面上方向的平面上, ,一些方向一些方向的光振動(dòng)比另一些方向的光振動(dòng)比另一些方向的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)。部分偏振光部分偏振光 部分偏振光可看作是兩束振動(dòng)方向相互垂直的、部分偏振光可看作是兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光的疊加。不等幅的、不相干的線偏振光的疊加。一、一、部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解注意注意2 2

10、、部分偏振光的表示法、部分偏振光的表示法 平行板面的平行板面的光振動(dòng)較強(qiáng)光振動(dòng)較強(qiáng)垂直板面的垂直板面的光振動(dòng)較強(qiáng)光振動(dòng)較強(qiáng)部分偏振光部分偏振光平面偏振光平面偏振光二、反射光和折射光的偏振態(tài)二、反射光和折射光的偏振態(tài)n 自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射、折射自然光在兩種各向同性媒質(zhì)分界面上反射、折射時(shí)，反射光和折射光都是時(shí)，反射光和折射光都是部分偏振光部分偏振光。n 反射光中反射光中垂直振動(dòng)垂直振動(dòng)多于平行振動(dòng)，折射光中多于平行振動(dòng)，折射光中平行平行振動(dòng)振動(dòng)多于垂直振動(dòng)。多于垂直振動(dòng)。1 1、偏振度、偏振度minmaxminmaxIIIIP線偏振光：線偏振光： P=1P=1自然光：自然光：

11、P=0P=0部分偏振光：部分偏振光： 0P10P109011021PPAAii布儒斯特角布儒斯特角2n線偏振光線偏振光bi2i1n注意注意: :此時(shí)此時(shí), ,反射反射光中光矢量的平光中光矢量的平行分量為零。行分量為零。2n1i1n2i反射光為線偏振光反射光為線偏振光122sinsincossintannniiiiibbbb2 2、布儒斯特定律、布儒斯特定律 (David Brewster 1781-1868)(David Brewster 1781-1868) 當(dāng)自然光入射角滿足關(guān)系式當(dāng)自然光入射角滿足關(guān)系式時(shí)，反射光為時(shí)，反射光為振動(dòng)垂直于入射面的平面偏振光振動(dòng)垂直于入射面的平面偏振光， 該

12、式稱該式稱為為布儒斯特定律布儒斯特定律，ib為起偏振角或布儒斯特角。為起偏振角或布儒斯特角。 12tannnib1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直 .討論討論 2）根據(jù)光的可逆性，當(dāng)入射光以根據(jù)光的可逆性，當(dāng)入射光以 i2角從角從 n2介質(zhì)介質(zhì)入射于界面時(shí)，此入射于界面時(shí)，此 i i2 2角即為布儒斯特角角即為布儒斯特角 .bibi1n玻璃玻璃2n2i1n2i2n玻璃玻璃bi2i0i0i1n1空氣空氣 例例 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角為布儒斯特角ib，問，問 在界面在界面 2 的反射光是什么光？的反射光是什么光？玻璃玻璃2n2 注意注意：一次：一次起偏垂直入射面起偏垂直入射面的振動(dòng)僅很小部的振動(dòng)僅很小部分被反射（約分被反射（約15%）所以反射）所以