大學(xué)物理第5章光的偏振PPT

1、大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)光的光的波動(dòng)性波動(dòng)性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射 .光波是光波是橫波橫波 光的偏振光的偏振 .HHESE 根據(jù)根據(jù)Maxwell電磁理論電磁理論,光是一種電光是一種電磁波磁波,在光與物質(zhì)相互作用時(shí)在光與物質(zhì)相互作用時(shí),主要是橫主要是橫向振動(dòng)著的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量向振動(dòng)著的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量(光矢量光矢量)起作起作用。光矢量的各種振動(dòng)狀態(tài)使光具有各用。光矢量的各種振動(dòng)狀態(tài)使光具有各種偏振狀態(tài)。種偏振狀態(tài)。* * 光的偏振狀態(tài)光的偏振狀態(tài)* * 線偏振光的獲得與檢驗(yàn)線偏振光的獲得與檢驗(yàn)* * 反射和折射時(shí)光的偏振反射和折射時(shí)光的偏振 * * 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象主

2、要內(nèi)容主要內(nèi)容大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)1. 1. 橫波和縱波的區(qū)別橫波和縱波的區(qū)別偏振偏振 縱波：振動(dòng)方向與傳播方向縱波：振動(dòng)方向與傳播方向一致一致，不存在偏振問(wèn)題；，不存在偏振問(wèn)題； 橫波：振動(dòng)方向與傳播方向橫波：振動(dòng)方向與傳播方向垂直垂直，存在偏振問(wèn)題。，存在偏振問(wèn)題。定義：定義：振動(dòng)方向?qū)φ駝?dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)于傳播方向的不對(duì)稱性稱為偏振性。稱性稱為偏振性。說(shuō)明：說(shuō)明：只有橫波才只有橫波才具有偏振現(xiàn)象，偏具有偏振現(xiàn)象，偏振現(xiàn)象是橫波區(qū)別振現(xiàn)象是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的于縱波的最明顯的特征。特征。機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別機(jī)械波穿過(guò)狹縫機(jī)械波穿過(guò)狹縫一一、光的偏振性光的偏振

3、性5.1 光的偏振狀態(tài)光的偏振狀態(tài) ( Polarization of light )大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)2.2.光的偏振性：光的偏振性： 光矢量的振動(dòng)方向總是與光矢量的振動(dòng)方向總是與光的傳播方向垂直的，即光矢光的傳播方向垂直的，即光矢量的橫向振動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于傳量的橫向振動(dòng)狀態(tài)，相對(duì)于傳播方向不具有對(duì)稱性，播方向不具有對(duì)稱性， 這種這種光矢量的振動(dòng)相對(duì)于光矢量的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，稱為傳播方向的不對(duì)稱性，稱為光光的偏振性的偏振性。 HHESE光的偏振光的偏振性說(shuō)明光性說(shuō)明光波是橫波波是橫波大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)非偏振光非偏振光(自然光自然光)完全偏振光（線偏振光）完全偏振光（線偏振

4、光）部分偏振光部分偏振光根據(jù)根據(jù)偏偏振狀態(tài)振狀態(tài) 振動(dòng)面在空間各個(gè)方向高速隨機(jī)變振動(dòng)面在空間各個(gè)方向高速隨機(jī)變化的，或者說(shuō)由化的，或者說(shuō)由大量振幅相同、各種振大量振幅相同、各種振動(dòng)方向都有、彼此沒(méi)有固定相位關(guān)系的動(dòng)方向都有、彼此沒(méi)有固定相位關(guān)系的光矢量的組合叫非偏振光或自然光。光矢量的組合叫非偏振光或自然光。XYZuE E 沒(méi)沒(méi)有有優(yōu)優(yōu)勢(shì)勢(shì)方方向向特點(diǎn)：特點(diǎn)：在垂直光線的平面內(nèi)，光在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等矢量沿各方向振動(dòng)的概率均等. .自然光的分解自然光的分解 自然光可以用下圖表示自然光可以用下圖表示 一束自然光可等效地分解一束自然光可等效地分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的

5、、為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的分振動(dòng)。等幅的、不相干的分振動(dòng)。IIIyx21 yxIII 非相干疊加非相干疊加二、偏振態(tài)的分類二、偏振態(tài)的分類 非偏振光非偏振光(自然光自然光)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)振動(dòng)面振動(dòng)面uE 光矢量（光矢量（ ）只在一個(gè)固定）只在一個(gè)固定平面內(nèi)沿單一方向振動(dòng)的光平面內(nèi)沿單一方向振動(dòng)的光叫叫線偏振光線偏振光（也稱平面偏振光）。（也稱平面偏振光）。E光振動(dòng)方向與傳播方向光振動(dòng)方向與傳播方向決定的平面稱為振動(dòng)面決定的平面稱為振動(dòng)面. 線偏振光表示法線偏振光表示法完全偏振光完全偏振光（線偏振光線偏振光）大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于

6、二者之間完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間的一般情形是部分偏振光。的一般情形是部分偏振光。部分偏振光可以看成部分偏振光可以看成自然光和線偏振光的混合自然光和線偏振光的混合。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 部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。幅的、不相干的線偏振光。 部分偏振光部分偏振光表示法表示法在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng)垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng) 部分偏振光部分偏振光大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)右旋橢圓偏振光右旋橢圓偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2

7、x某時(shí)刻右旋圓偏振光某時(shí)刻右旋圓偏振光E隨隨z的變化的變化E 0 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)一、起偏和檢偏一、起偏和檢偏起偏起偏-從自然光獲得偏振光從自然光獲得偏振光叫叫“起偏起偏”。偏振器偏振器（起偏器）（起偏器） -能將自然光變?yōu)槠窆獾墓鈱W(xué)器件。能將自然光變?yōu)槠窆獾墓鈱W(xué)器件。檢偏檢偏- -檢驗(yàn)一束光是否是檢驗(yàn)一束光是否是偏振光偏振光叫叫“檢偏檢偏”。檢偏器檢偏器-檢偏的光學(xué)器件。檢偏的光學(xué)器件。起偏的原理起偏的原理: : 利用某種形式的不對(duì)稱性利用某種形式的不對(duì)稱性, ,如如 （1 1）物質(zhì)的二向色性（）物質(zhì)的二向色性（某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)

8、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)通過(guò)而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò), 這種性質(zhì)稱這種性質(zhì)稱二向色性二向色性 . （2 2）散射，）散射， （3 3）反射和折射，）反射和折射， （4 4）雙折射）雙折射.5.25.2 線偏振光的獲得與檢驗(yàn)線偏振光的獲得與檢驗(yàn)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)偏振片（偏振片（Polaroid） 1928年一位年一位19歲的美國(guó)大學(xué)生歲的美國(guó)大學(xué)生 （E.H.Land）發(fā)明的。）發(fā)明的。例如：把硫酸碘奎寧的針狀粉末有序地蒸鍍?cè)诶纾喊蚜蛩岬饪鼘幍尼槧罘勰┯行虻卣翦冊(cè)?透明的基片上。透明的基片上。 起起 偏偏021I偏振化方向偏振化方向0I起偏器

9、起偏器 偏振片偏振片是由自然光是由自然光獲得線偏振光獲得線偏振光的平面片狀器件。的平面片狀器件。是是利用晶體的二向色性起偏。利用晶體的二向色性起偏。（對(duì)某一方向的光振動(dòng)有（對(duì)某一方向的光振動(dòng)有強(qiáng)烈吸收）強(qiáng)烈吸收）, ,它只允許某一特定方向的光振動(dòng)通過(guò)它只允許某一特定方向的光振動(dòng)通過(guò). .大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)02 I0II 起偏起偏器器1P檢偏器檢偏器2P21/PP0I偏振片既可偏振片既可“起偏起偏”又可又可“檢偏檢偏”。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，如何用偏振片來(lái)區(qū)分

10、它們？或部分偏振光，如何用偏振片來(lái)區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)以光線為軸轉(zhuǎn)動(dòng)P: : I I 不變不變？I I 變，有消光變，有消光？I I 變，無(wú)消光變，無(wú)消光？自然光自然光線偏振光線偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待檢光待檢光討論討論大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)問(wèn)問(wèn) 題題0I0 I21PP 02 I一般情況下一般情況下 I =？檢偏器檢偏器起偏器起偏器0IIE0ENM大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)馬呂斯馬呂斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )法國(guó)物理學(xué)家及軍事工程師。出法國(guó)物理學(xué)家及軍事工程師。出生于巴黎。生于巴黎。1808年發(fā)現(xiàn)反射光的偏振，確定年發(fā)現(xiàn)反射光的偏振，確定了

11、偏振光強(qiáng)度變化的規(guī)律；了偏振光強(qiáng)度變化的規(guī)律；1810年被選為巴黎科學(xué)院院士，年被選為巴黎科學(xué)院院士，曾獲得過(guò)倫敦皇家學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)隆Ｔ@得過(guò)倫敦皇家學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)隆?811年，他發(fā)現(xiàn)折射光的偏振。年，他發(fā)現(xiàn)折射光的偏振。二二、 馬呂斯定律馬呂斯定律大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 強(qiáng)度為強(qiáng)度為I I0 0的偏振光，通過(guò)的偏振光，通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：I=I0 cos2 其中其中 為檢偏器的偏振化為檢偏器的偏振化方向與入射偏振光的偏振化方方向與入射偏振光的偏振化方向之間的夾角。向之間的夾角。P I0IP E0 E=E0cos , 2 0 0EI 20cosII 0max0III，

12、馬呂斯定律馬呂斯定律（18091809）2 2 0 2 cos EEIE=E0cos 0232I， 消光消光 為其它值時(shí)為其它值時(shí)00II 推導(dǎo)過(guò)程推導(dǎo)過(guò)程馬呂斯定律馬呂斯定律大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 光強(qiáng)為光強(qiáng)為 I I0 0 的自然光相繼通過(guò)偏振片的自然光相繼通過(guò)偏振片P P1 1、P P2 2、P P3 3后光后光強(qiáng)為強(qiáng)為I I0 0 /8 /8，已知，已知P P1 1 P P3 3，問(wèn)：，問(wèn)：P P1 1、P P2 2間夾角為何？間夾角為何？解解 分析分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2201II 212cosII 222223sincosIII 8sincos2022

13、0II 045例題例題1大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 例例2 有兩個(gè)偏振片有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器一個(gè)用作起偏器, 一個(gè)用作檢一個(gè)用作檢偏器偏器. 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 時(shí)時(shí) , 一束單色一束單色自然光穿過(guò)它們自然光穿過(guò)它們, 出射光強(qiáng)為出射光強(qiáng)為 ; 當(dāng)它們偏振化方向間當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為的夾角為 時(shí)時(shí), 另一束單色自然光穿過(guò)它們另一束單色自然光穿過(guò)它們 , 出射光出射光強(qiáng)為強(qiáng)為 , 且且 . 求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比 .30601I2I21II 10I20I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 和和

14、. 經(jīng)過(guò)起偏器后光強(qiáng)分別為經(jīng)過(guò)起偏器后光強(qiáng)分別為 和和 .220I210I經(jīng)過(guò)檢偏器后經(jīng)過(guò)檢偏器后30cos22101II 60cos22202II 3160cos30cos22201021IIII大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II 20cos2I 在兩塊正交偏振片在兩塊正交偏振片 之間插入另一塊偏之間插入另一塊偏振片振片 ，光強(qiáng)為，光強(qiáng)為 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，討論轉(zhuǎn)動(dòng)討論轉(zhuǎn)動(dòng) 透過(guò)透過(guò) 的光強(qiáng)的光強(qiáng) 與轉(zhuǎn)角的關(guān)系與轉(zhuǎn)角的關(guān)系 .I31p,p2p2p3p0I1p討討 論論大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)

15、)2(cos223 II202cos2II 220223sincos21sinIII2sin81203II 若若 在在 間變化，間變化， 如何變化如何變化？203I0,23, ,2, 03I8,47,45,43,403II 0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)1P0 I21PP 2P3P你能說(shuō)明為什么嗎你能說(shuō)明為什么嗎？大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)例題：例題：在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和檢偏器和檢偏器 N 之間，插入之間，插入一片以角速度一片以角速度 旋轉(zhuǎn)的理想偏振片旋轉(zhuǎn)的理想偏振片P，入射自然光強(qiáng)為，入射自然光強(qiáng)為I0，試試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？求

16、由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？ MNPtPNMttAA cossin)2/0 （出出)4cos1)(16/(cossin)2/0220tIttII （出出)cos1(212sin 每旋轉(zhuǎn)偏振片每旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，輸出光強(qiáng)有一周，輸出光強(qiáng)有“四明四零四明四零”。 t=00,900,1800,2700時(shí)，時(shí)，輸出光強(qiáng)為零。輸出光強(qiáng)為零。 t=450,1350,2250,3150時(shí)，時(shí)，輸出光強(qiáng)為輸出光強(qiáng)為 。8/0I大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)5-3 5-3 反射和折射時(shí)光的偏振反射和折射時(shí)光的偏振 自然光在兩種各向同性介自然光在兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，不但光的傳播方

17、向要改變，而不但光的傳播方向要改變，而且光的偏振狀態(tài)也要改變，且光的偏振狀態(tài)也要改變，空氣空氣i1ni玻璃玻璃2n 入射面入射面: 入射光入射光線和法線所成的平面線和法線所成的平面 . 反射光反射光- 部分偏振光部分偏振光 ，垂直于入射面的振動(dòng)大于平垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)行于入射面的振動(dòng) . 折射光折射光- 部分偏振光部分偏振光，平，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng)于入射面的振動(dòng) .理論和實(shí)驗(yàn)證明：理論和實(shí)驗(yàn)證明： 反射光的偏振化程反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)度與入射角有關(guān) .大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 反射光的偏振化程度與入反射光的偏振化程度與

18、入射角有關(guān)，若光從折射率為射角有關(guān)，若光從折射率為n1的介質(zhì)射向折射率為的介質(zhì)射向折射率為n2的介質(zhì)，的介質(zhì)，當(dāng)入射角滿足當(dāng)入射角滿足2112nnntgib這實(shí)驗(yàn)規(guī)律可這實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用電磁場(chǎng)理論用電磁場(chǎng)理論的菲涅耳公式的菲涅耳公式解釋。解釋。時(shí)，反射光中就只有垂直于入射面的光振時(shí)，反射光中就只有垂直于入射面的光振動(dòng)，而沒(méi)有平行于入射面的光振動(dòng)，這時(shí)動(dòng)，而沒(méi)有平行于入射面的光振動(dòng)，這時(shí)反射光為線偏振光反射光為線偏振光，而，而折射光仍為部分偏折射光仍為部分偏振光振光。這就是這就是Brewster定律。其中定律。其中ib叫做叫做起起偏角偏角或或布儒斯特角布儒斯特角。 布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特角

19、布儒斯特角bir完全偏振光完全偏振光2n1n（式中（式中n21為媒質(zhì)為媒質(zhì)2對(duì)對(duì)媒質(zhì)媒質(zhì)1的相對(duì)折射率）的相對(duì)折射率）大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)布儒斯特角布儒斯特角bibr完全偏振光完全偏振光090bbribbrninsinsin2112nntgib2n1n根據(jù)折射定律根據(jù)折射定律布儒斯特定律：布儒斯特定律： 當(dāng)入射角是布儒斯特角時(shí)，當(dāng)入射角是布儒斯特角時(shí)，折射光與反射光垂直。折射光與反射光垂直。相比較：相比較： cosib= sinb故故 ib=900-b說(shuō)明說(shuō)明大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)2112nnntgib 當(dāng)入射角等于布儒斯特角當(dāng)入射角等于布儒斯特角時(shí)，反射光與折射光互相垂直，時(shí)，反射光與折射

20、光互相垂直，反射光為線偏振光，其偏振面反射光為線偏振光，其偏振面與入射面垂直；折射光為部分與入射面垂直；折射光為部分偏振光。偏振光。例：若例：若 n1 =1.00 (空氣空氣)，n2 =1.50 (玻璃玻璃)，n3=1.33(水水)1 .5300.133.1tg 3 .5600.150.1tg 11bbii水空氣玻璃空氣不同的介質(zhì)，不同的介質(zhì)，ib是不同的是不同的則：則：小小 結(jié)結(jié)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)討論討論bibibiiiibi下列圖中的反射光、折射光的偏振下列圖中的反射光、折射光的偏振狀態(tài)。狀態(tài)。 (起偏角起偏角 )大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)討討 論論 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角

21、為一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角布儒斯特角 ，問(wèn)，問(wèn) 在在下表面下表面的反射光是什么光？的反射光是什么光？bi1n1n2nbi平行玻璃板上表面平行玻璃板上表面反射光是線偏振光反射光是線偏振光.12nntgib21nnitgb？注意：上表面的折射角注意：上表面的折射角等于下表面的入射角等于下表面的入射角 090bbiibi下表面的反射光是下表面的反射光是否也是線偏振光？否也是線偏振光？！=090bbri21nnctgiitgbb大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)0i0i1n1空氣空氣玻璃玻璃2n2結(jié)結(jié) 論論線偏振光線偏振光入射角為布儒斯特角入射角為布儒斯特角 時(shí)，時(shí)， 在在下表面下表面的

22、反射光也是的反射光也是線偏振光線偏振光bi理論實(shí)驗(yàn)表明：反理論實(shí)驗(yàn)表明：反射所獲得的線偏光射所獲得的線偏光僅占入射自然光總僅占入射自然光總能量的能量的7.4%，而約，而約占占85%的垂直分量的垂直分量和全部平行分量都和全部平行分量都折射到玻璃中。折射到玻璃中。要以反射獲得較強(qiáng)要以反射獲得較強(qiáng)的線偏振光，你有的線偏振光，你有什么好主意？什么好主意？利用利用玻璃片堆玻璃片堆產(chǎn)生產(chǎn)生線線偏振光偏振光大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)玻璃片堆玻璃片堆用以增加反射線偏振光的強(qiáng)度和用以增加反射線偏振光的強(qiáng)度和折射光的偏振化程度。折射光的偏振化程度。空氣空氣玻璃玻璃 4233ib玻璃玻璃空氣空氣 b 1856iibib

23、ibibib ib玻璃玻璃片堆片堆( (接近線偏振光接近線偏振光) )大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 玻璃片堆玻璃片堆檢偏檢偏若反射光光強(qiáng)不變則入射光是若反射光光強(qiáng)不變則入射光是自然光自然光若反射光光強(qiáng)變且有消光則入若反射光光強(qiáng)變且有消光則入射光是線偏振光射光是線偏振光若反射光光強(qiáng)變且無(wú)消光則入若反射光光強(qiáng)變且無(wú)消光則入射光是部分偏振光射光是部分偏振光 讓待檢光以布儒斯特角讓待檢光以布儒斯特角 入射到界面上，以入射入射到界面上，以入射線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持線為軸旋轉(zhuǎn)界面（保持 不變）不變）bibii ib ( (接近線偏振光接近線偏振光) )大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)例題：例題：已知某材料在空氣中的布儒斯特

24、角已知某材料在空氣中的布儒斯特角 ib=580， 求它的求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率為折射率？若將它放在水中（水的折射率為 1.33），求布儒），求布儒斯特角？該材料對(duì)水的相對(duì)斯特角？該材料對(duì)水的相對(duì) 折射率是多少？折射率是多少？解：解：設(shè)該材料的折射率為設(shè)該材料的折射率為 n ，空氣的折射率為，空氣的折射率為16 . 1599. 15810tgntgib放在水中，則對(duì)應(yīng)有放在水中，則對(duì)應(yīng)有2 . 133. 16 . 1水nntgib03 .50bi所以所以：該材料對(duì)水的相對(duì)折射率為該材料對(duì)水的相對(duì)折射率為1.2。偏振光的應(yīng)用偏振光的應(yīng)用測(cè)量介質(zhì)的折射率測(cè)量介質(zhì)的折射率偏光鏡偏光鏡

25、大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 偏振光的理論意義和價(jià)值是證明了光偏振光的理論意義和價(jià)值是證明了光是橫波。同時(shí)，偏振光在很多技術(shù)領(lǐng)域得是橫波。同時(shí)，偏振光在很多技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。到了廣泛的應(yīng)用。偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用偏振現(xiàn)象在攝影技術(shù)中的應(yīng)用 在攝影技術(shù)中，為了在不同自然條件下拍到理想的或具有在攝影技術(shù)中，為了在不同自然條件下拍到理想的或具有藝術(shù)效果的照片，一般在照相機(jī)鏡頭前加不同的鏡片。其中一藝術(shù)效果的照片，一般在照相機(jī)鏡頭前加不同的鏡片。其中一種鏡片是種鏡片是“偏光鏡偏光鏡”。偏光鏡的用途之一是為了更清楚的拍攝。偏光鏡的用途之一是為了更清楚的拍攝水中的物體和魚(yú)類等。如在公園清澈的水塘中游

26、蕩著漂亮的金水中的物體和魚(yú)類等。如在公園清澈的水塘中游蕩著漂亮的金魚(yú)，用相機(jī)拍照的最大問(wèn)題是水表面反射的光線使人看不清水魚(yú)，用相機(jī)拍照的最大問(wèn)題是水表面反射的光線使人看不清水下的魚(yú)。根據(jù)布儒斯特定律，自然光經(jīng)水面反射后是部分偏振下的魚(yú)。根據(jù)布儒斯特定律，自然光經(jīng)水面反射后是部分偏振光，而在布儒斯特角時(shí)是平面偏振光，水的折射率為光，而在布儒斯特角時(shí)是平面偏振光，水的折射率為1.33，相，相應(yīng)的布儒斯特角為應(yīng)的布儒斯特角為i0=53。如右圖所示，在相機(jī)的鏡頭前加上。如右圖所示，在相機(jī)的鏡頭前加上偏光鏡，攝影者在岸上將相機(jī)以偏光鏡，攝影者在岸上將相機(jī)以53左右（估計(jì)）對(duì)準(zhǔn)水面，左右（估計(jì)）對(duì)準(zhǔn)水面，

27、旋轉(zhuǎn)鏡頭前的偏光鏡，使其偏振化方向與反射光的偏振面垂直旋轉(zhuǎn)鏡頭前的偏光鏡，使其偏振化方向與反射光的偏振面垂直拍照（此時(shí)，在取景器中看到水中的物體最清楚），則可大大拍照（此時(shí)，在取景器中看到水中的物體最清楚），則可大大減小反射光的影響，拍到清晰的金魚(yú)照片。減小反射光的影響，拍到清晰的金魚(yú)照片。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)一、一、 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象5-4 雙雙 折折 射射 現(xiàn)現(xiàn) 象象 波動(dòng)波動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 波波 動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)方解石晶體方解石晶體 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律 一束自然光射向石一束自然光射

28、向石英、方解石等各向異英、方解石等各向異性介質(zhì)時(shí)，其折射光性介質(zhì)時(shí)，其折射光有兩束，這種現(xiàn)象稱有兩束，這種現(xiàn)象稱為為雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)光通過(guò)光通過(guò)雙折射晶體雙折射晶體大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)尋常光線尋常光線（o o光光）(ordinary rays)(ordinary rays)服從折射定律的光服從折射定律的光線線 對(duì)于晶體一切方向都具對(duì)于晶體一切方向都具有相同的折射率，且在入射有相同的折射率，且在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱它為面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱它為o光光(extraordinray rays)(extraordinray rays) 非尋常光線非尋常光線（e e光光）不服從折射定

29、律的光線不服從折射定律的光線 它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且它的折射率（即波速）隨方向而變化，并且不一定在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱為不一定在入射面內(nèi)傳播，簡(jiǎn)稱為 e 光。光。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明： O 光和光和 光均為線偏振光光均為線偏振光.eACBoeDeo注意注意： 尋常、非常指光在折射時(shí)尋常、非常指光在折射時(shí) 是否遵守折射是否遵守折射定律，定律，o光、光、e光也只在晶體內(nèi)部才有意義。光也只在晶體內(nèi)部才有意義。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 光軸：光軸： 某些晶體內(nèi)存在確定的方向，在這個(gè)方向上，某些晶體內(nèi)存在確定的方向，在這個(gè)方向上，o o光和光和e e光的傳播速度相同，這個(gè)

30、方向稱為晶體的光的傳播速度相同，這個(gè)方向稱為晶體的光軸光軸。光沿該。光沿該方向傳播時(shí)方向傳播時(shí), ,不發(fā)生雙折射不發(fā)生雙折射. .MMNN說(shuō)明：說(shuō)明：沿光軸方向入射的光束，通過(guò)晶體不分為兩束光。光軸僅標(biāo)沿光軸方向入射的光束，通過(guò)晶體不分為兩束光。光軸僅標(biāo)志一個(gè)特征方向。并不限于某一條特殊的直線志一個(gè)特征方向。并不限于某一條特殊的直線. .光軸光軸具有一個(gè)光軸的晶體，稱為單軸晶體。具有一個(gè)光軸的晶體，稱為單軸晶體。例如：方解石、石英等。例如：方解石、石英等。具有兩個(gè)光軸的晶體，稱為雙軸晶體。具有兩個(gè)光軸的晶體，稱為雙軸晶體。例如：云母、硫黃等。例如：云母、硫黃等。二、光軸二、光軸 主截面主截面

31、主平面主平面AB光軸光軸例例：天然方解石晶體天然方解石晶體是六棱體是六棱體, ,兩棱間夾兩棱間夾角為角為7878?；蚧?02102。. .從從其鈍角會(huì)合的頂點(diǎn)引其鈍角會(huì)合的頂點(diǎn)引一條直線一條直線, ,并使其與并使其與各鄰邊成等角各鄰邊成等角, ,這一這一直線方向就是方解石直線方向就是方解石晶體的晶體的光軸光軸方向方向. .102。78。大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)晶體的主截面晶體的主截面 由由光軸光軸和晶體和晶體表面表面的法線的法線所組成的平面，所組成的平面，稱為晶體稱為晶體主截面主截面。10278 光光O光光e當(dāng)入射光的入射面與晶當(dāng)入射光的入射面與晶體的主截面重合時(shí)，體的主截面重合時(shí)，o光光和和e

32、 e光都在入射面內(nèi)且振動(dòng)方向互相垂直。光都在入射面內(nèi)且振動(dòng)方向互相垂直。在一般情況下在一般情況下, ,o o光和光和e e光的振光的振動(dòng)方向并不完動(dòng)方向并不完全垂直，全垂直，而是而是有一個(gè)不大的夾有一個(gè)不大的夾角，且角，且e e光不在光不在入射面內(nèi)。入射面內(nèi)。 大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 在晶體中在晶體中,某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面，稱為某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面，稱為該光線的主平面該光線的主平面 光的主平面光的主平面 o光和光和e光有各自的主平面。光有各自的主平面。 o光和光和e光都是線偏振光，光都是線偏振光，o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面，光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平

33、面，e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面。e光光光軸光軸e光的光的主平面主平面o光光光軸光軸o光的光的主平面主平面大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)三、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體三、晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體o光波陣面光波陣面 光波陣面光波陣面e光軸光軸Ovev1. 尋常光線尋常光線 在晶體中各方向上傳播速度相同在晶體中各方向上傳播速度相同. . oocn v常量常量2. 非常光線非常光線 晶體中各晶體中各方向上傳播速度不同方向上傳播速度不同, ,隨方向改變而改變隨方向改變而改變. .稱為稱為晶體的晶體的主折射率主折射率oe,nn 假想在晶體內(nèi)有一子波源假想在晶體內(nèi)有一

34、子波源O,O,由于晶體的各向異性性質(zhì)由于晶體的各向異性性質(zhì), ,從子從子波源將發(fā)出兩組子波波源將發(fā)出兩組子波. .ec een垂直光軸垂直光軸,oon 沿光軸沿光軸大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 正晶體正晶體 : : ne no負(fù)晶體負(fù)晶體 : : n ne e n no ovo tve t光軸光軸 負(fù)晶體負(fù)晶體 (vo ve) ( ( e o o) )大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)四、晶片，圓和橢圓偏振光的起偏四、晶片，圓和橢圓偏振光的起偏1. 1. 晶片晶片相位延遲片相位延遲片晶片晶片是是光軸平行表面的晶體薄片。光軸平行表面的晶體薄片。ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸 通過(guò)厚為通過(guò)厚為d的晶片，

35、的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：光產(chǎn)生相位差： 2 dnnoeAAoAe 光軸光軸P cossinAAAAeo 振幅關(guān)系振幅關(guān)系大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)從晶片出射的是從晶片出射的是兩束傳播方向相同、振動(dòng)方兩束傳播方向相同、振動(dòng)方向相互垂直、頻率相等、相位差向相互垂直、頻率相等、相位差 的線偏振的線偏振光，它們合成為一束光，它們合成為一束橢圓偏振光橢圓偏振光。,4 23,2 時(shí)為圓偏振光時(shí)為圓偏振光 2. 2. 波（晶）片波（晶）片 (1) (1) 四分之一波片四分之一波片24 dnnoe4 線偏振光線偏振光圓偏振光圓偏振光2 , 0 線偏振光線偏振光線偏振光線偏振光從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）AAoAe 光軸光軸P大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué)240 ， 線偏振光線偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光(2) (2) 二分之一波片二分之一波片 2dnnoe使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)2 2 角度角度 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出入出入光軸光軸(3) (3) 全波片全波片 2 dnnoe 2 dnnoe大學(xué)大學(xué) 物理學(xué)物理學(xué) 四分之一波片四分之一波片圓偏振光圓偏振光自然光自然光自然光自然光線偏振光線偏振光 偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）線偏振光線偏振光 I不變不變線偏振光線偏振光I變變, 有消光