214光的偏振二

1、光的偏振（二）1 ABCD為方解石晶體的截面，光軸在截面內(nèi)，一束自然光 垂直入射(如圖所示)， 根據(jù)惠更斯作圖法定性畫出光的傳播方向與偏振狀態(tài)。解：光軸在入射面（主截面）內(nèi)，與晶面斜交；光線正入射。光線分解為垂直于入射面的光和平行于入射面的光。在晶體內(nèi)，光子波波面是球面；光子波波面是橢球面。方解石晶體是負(fù)晶體，垂直于光軸方向是橢球面的長(zhǎng)軸，平行于光軸方向是橢球面的短軸。由此，可以畫出光和光在晶體內(nèi)的子波波面。子波波面的包絡(luò)就分別是光和光在晶體內(nèi)的波面。由光線入射點(diǎn)到光子波波面的包絡(luò)與光子波波面的切線的切點(diǎn)，就是光在晶體內(nèi)的傳播方向；由光線入射點(diǎn)到光子波波面的包絡(luò)與光子波波面的切線的切點(diǎn)，就是光

2、在晶體內(nèi)的傳播方向。晶體的出射面與入射面平行，因此，光和光都垂直于出射面出射。光的振動(dòng)垂直于入射面；光的振動(dòng)平行于入射面。2 一束線偏振光射入雙折射晶體，在晶體內(nèi)光 。A一定分解為光和光； B一定只有為光： C一定只有光；D分解為光和光或只有為光或只有光這三種情況都有可能。答：D解：三種情況都有可能。舉例說明。如圖當(dāng)入射的偏振光是平行于入射面振動(dòng)時(shí)，在晶體內(nèi)只有光；當(dāng)入射的偏振光是垂直于入射面振動(dòng)時(shí)，在晶體內(nèi)只有光；當(dāng)入射的偏振光既不平行于入射面振動(dòng)，也不垂直于入射面振動(dòng)時(shí)，分解為光和光。3 線偏振光在長(zhǎng)為、旋光率為的天然旋光物質(zhì)中往返一次，其光矢量旋轉(zhuǎn)角 。A0 B C答：A解：線偏振光通過

3、天然旋光物質(zhì)，當(dāng)光的傳播方向改變時(shí)，物質(zhì)左旋或右旋性質(zhì)不變。如圖所示的左旋物質(zhì)，入射反射面時(shí)，迎著光線看，是左旋；反射后，迎著光線看，還應(yīng)該是左旋，光矢量振動(dòng)面又旋回到原來的振動(dòng)面。因此，線偏振光在天然旋光物質(zhì)中往返一次，其光矢量旋轉(zhuǎn)角為零。4 晶體對(duì)波長(zhǎng)為的單色光的主折射率分別為、，當(dāng)光沿著光軸傳播時(shí)，光的波長(zhǎng)為 、光的波長(zhǎng)為 ；當(dāng)光垂直光軸傳播時(shí)，光的波長(zhǎng)為 、光的波長(zhǎng)為 。答：, ; , 解：當(dāng)光沿著光軸傳播時(shí)，光和光的折射率（傳播速度）相同，均為，故其波長(zhǎng)都為當(dāng)光垂直光軸傳播時(shí)，光的折射率為，光的折射率為，故其波長(zhǎng)都分別為，5 一束線偏振光垂直入射到方解石晶體上，如果光矢量的方向與晶體

4、的主截面成角，求晶體中光、光的光強(qiáng)比值。如果是自然光入射呢?解：如圖，線偏振光進(jìn)入晶體后，光矢量分解為垂直于入射面（包括光軸）振動(dòng)的光和平行于入射面（包括光軸）振動(dòng)的光，則，由于光強(qiáng)，所以如果是自然光入射，則各個(gè)方向振動(dòng)的光矢量大小相等，所以6 光強(qiáng)為的圓偏振光垂直通過四分之一波片后又經(jīng)過一塊透光方向與波片光軸夾角為的偏振片，不考慮吸收，求最后的透射光強(qiáng)。解：圓偏振光通過四分之一波片后，成為線偏振光，光矢量與晶片光軸成角，光強(qiáng)不變。再經(jīng)過偏振片，光強(qiáng)遵守馬呂斯定律。由圖可見或7 如圖所示，、是兩個(gè)平行放置的正交偏振片，是相對(duì)入射光的四分之一波片，其光軸與的透光方向的夾角為，光強(qiáng)為的自然光從入射

5、。（1）寫出各區(qū)域光的偏振狀態(tài)，用符號(hào)在圖中表示；（2）繞光線分別旋轉(zhuǎn)、，會(huì)觀察到什么現(xiàn)象?解：（1）自然光通過偏振片，變?yōu)榫€偏振光，偏振化方向與偏振化方向相同；線偏振光通過四分之一波片，變?yōu)闄E圓偏振光，橢圓的短軸沿的光軸方向；橢圓偏振光通過偏振片，變?yōu)榫€偏振光，偏振化方向沿的偏振化方向。（2）不考慮吸收，自然光通過一偏振片后，光強(qiáng)降為原入射光光強(qiáng)的二分之一不考慮吸收，四分之一波片不影響光強(qiáng)第3區(qū)的光強(qiáng)，可以這樣考慮：四分之一波片將線偏振光分解為沿光軸振動(dòng)的光和垂直于光軸振動(dòng)的光。在第2區(qū)的橢圓偏振光實(shí)際上包含兩種振動(dòng)模式：兩者頻率相同，振動(dòng)方向相互垂直，其振幅分別為，相位差為通過偏振片后，如

6、圖，兩者沿的偏振化方向振動(dòng)的分量，成為同頻率、同振動(dòng)方向、相位差恒定的相干光。兩相干光的振幅分別為，相位差為所以，兩光相干疊加后的光強(qiáng)為由于，所以關(guān)于第3區(qū)的光強(qiáng)，可以直接由偏振光干涉理論得到。偏振光干涉光強(qiáng)其中，是入射自然光光強(qiáng)；是兩個(gè)偏振片偏振化方向的夾角（此處兩個(gè)偏振片偏振化方向正交）；是波片的光軸與兩個(gè)偏振片之一的夾角（也可以）；是在波片引起的光和光的相位差（此處為四分之一波片）。所以干涉光強(qiáng)為8 如何利用偏振片和四分之一波片辨別一束光的偏振狀態(tài)?解：光的偏振狀態(tài)分為：自然光、部分偏振光、完全偏振光（包括線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光）。其中，部分偏振光是完全偏振光與自然光的組合,我們

7、分別稱之為“部分線偏振光”、“部分圓偏振光”、“部分橢圓偏振光”。第一步，令待檢測(cè)光垂直通過一偏振片，以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察透射光強(qiáng)：光強(qiáng)變化，并且有消光現(xiàn)象：一定是線偏振光。光強(qiáng)不變：是自然光、圓偏振光、部分圓偏振光。光強(qiáng)變化，但無消光現(xiàn)象：是橢圓偏振光、部分線偏振光、部分橢圓偏振光。由此，可以把線偏振光從其他偏振光區(qū)分出來。第二步，為了進(jìn)一步把它們區(qū)分開，在上述偏振片的前面插入一塊四分之一波片，然后，再按第一步操作，觀察透射光：（1）對(duì)于第一步中光強(qiáng)不變的光（自然光、圓偏振光、部分圓偏振光），現(xiàn)今光強(qiáng)仍然不變化：是自然光。光強(qiáng)變化，并且有消光現(xiàn)象：是圓偏振光。這是因?yàn)樗姆种徊ㄆ瑫?huì)

8、把圓偏振光變成線偏振光。光強(qiáng)變化，但無消光現(xiàn)象：是部分圓偏振光。原因是部分圓偏振光通過四分之一波片后，變成部分線偏振光。（2）進(jìn)一步區(qū)分第一步中光強(qiáng)變化，但無消光現(xiàn)象的那些光（橢圓偏振光、部分線偏振光、部分橢圓偏振光）。需要先將偏振片停留在第一步中光強(qiáng)最大的位置上，再使四分之一波片的光軸與偏振片的偏振化方向平行，然后保持四分之一波片不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察透射光強(qiáng)：光強(qiáng)變化，并且有消光現(xiàn)象：是橢圓偏振光。原因是，橢圓主軸與四分之一波片的光軸方向一致時(shí)，會(huì)把橢圓偏振光變成線偏振光。光強(qiáng)變化，但仍然無消光現(xiàn)象：（a）光強(qiáng)極大時(shí)，偏振片的取向與原方向相同：是部分線偏振光。這是因?yàn)椴糠志€偏振光的偏振方向

9、與四分之一波片的光軸平行時(shí)，通過四分之一波片后仍然是部分線偏振光。（b）光強(qiáng)極大時(shí)，偏振片的取向與原方向不同：是部分橢圓偏振光。原因是，橢圓主軸與光軸方向一致時(shí)，部分橢圓偏振光通過四分之一波片后變成部分線偏振光，偏振方向與偏振片的原偏振化方向有一定的角度。9 波長(zhǎng)確定的單色光進(jìn)入雙折射晶體后，波長(zhǎng)是否會(huì)發(fā)生變化?為什么?答：波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化。波長(zhǎng)與折射率有關(guān)，晶體的折射率與空氣中折射率不同，所以單色光在晶體中的波長(zhǎng)與空氣中的波長(zhǎng)不同。不僅如此，單色光在晶體中還可能發(fā)生雙折射，分解為光和光，由于光和光在晶體中傳播速度不同，導(dǎo)致光和光在晶體中的折射率不同，因此光和光在晶體中的波長(zhǎng)不同。注意：光的顏色是由頻率決定的，光和光在晶體中的頻率是相同的，所以，光和光在晶體中的顏色相同。10 什么是尋常光?什么是非常光?它們的振動(dòng)方向一定相互垂直嗎?答：一束自然光射入各向異性晶體內(nèi)，分解為兩束光線，遵從一般折射定律的那束光線稱為尋常光（光），不遵從一般折射定律的那束光線稱為非常光（光）。 晶體內(nèi)由一條光線與光軸確定的平面稱為這條光線的主平面。光的振動(dòng)垂直于光的主平面，光的振動(dòng)在光的主平面內(nèi)。一條入射光線與晶體表面的法線所確定的平面，稱為入射面。如果入射面含有光軸，則光的主平面和光的主平面重合，光的振動(dòng)與光的振動(dòng)相互垂直（光的振動(dòng)垂直于主平面，光的振動(dòng)在主平面內(nèi)）。如果光軸與入射面不平