大學(xué)物理6光的偏振

16.1自然光和偏振光在垂直于傳播方向平面內(nèi)，光矢量的振動狀態(tài)〔端點軌跡〕，稱為光的偏振態(tài);振動方向與傳播方向構(gòu)成平面，稱為振動面。E播傳方向振動面一、偏振光〔polarizedlight)光矢量端點軌跡隨時間變化軌跡是確定的，稱為偏振光。編輯課件1.線偏振光〔linearlypolarizedlight〕光矢量只沿一個固定方向振動，這種光稱為線偏振光，也稱為平面偏振光。·面對光的傳播方向看線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解EEyEx

yx

表示法：·····光振動垂直板面光振動平行板面編輯課件圓偏振光橢圓偏振光0

y

yx

z傳播方向

/2x某時刻圓偏振光E隨z的變化E2.圓偏振光〔circularlypolarizedlight〕橢圓偏振光〔ellipticlypolarizedlight〕編輯課件為某個確定值的線偏振光的合成。右旋圓偏振光的合成。圓和橢圓偏振光可看成是兩束頻率相同、傳播方向一致、振動方向相互垂直、相位差線偏振光那么可以看成是兩束頻率相同、相位相同、振幅相同、傳播方向亦相同的左、相位差/2或3/2x

y

yx·

x，y振幅相同，相位差不等于0，和2/2，，3/2編輯課件二、自然光〔naturallight〕垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。沒有優(yōu)勢方向一束自然光可分解為兩束振動方向相互···光矢量取向是雜亂無章的、對于光的傳播方向是對稱分布的,稱為自然光。表示法：自然光的分解非相干編輯課件三、局部偏振光表示法：局部偏振光可看成自然光和線偏振光混合分解非相干平行板面的光振動較強········垂直板面的光振動較強局部偏振光可以分解如下：光矢量沿某一方向振動比其它方向占優(yōu)勢，稱為局部偏振光。編輯課件16.2偏振片起偏與檢偏馬呂斯定律一、偏振片〔Polaroid〕原理：利用“二向色性〞晶體制成。

允許通過光振動的方向稱為偏振化方向，即透光軸。

線偏振光的起偏：自然光入射時非偏振光I0線偏振光IP偏振化方向（通光方向）···編輯課件二、馬呂斯定律〔Maluslaw〕偏振光Io自然光偏振光IP(N)P(M)M:起偏器N:檢偏器Io與I關(guān)系：——馬呂斯定律透射光最大透射光為零A0sinaMoNaA0A0cosa編輯課件三、線偏振光的檢偏I?P待檢光假設(shè)I不變假設(shè)I變有消光假設(shè)I變無消光或由線偏振光與自然光混合而成的部設(shè)入射光可能是旋轉(zhuǎn)自然光或線偏振光分偏振光線偏自然局部編輯課件四、偏振片的應(yīng)用▲作為照相機的濾光鏡，可以濾掉不必要的反射光。▲制成偏光眼鏡，可觀看立體電影?！僭O(shè)在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上偏振片，可以防止汽車會車時燈光的晃眼?！鳛樵S多光學(xué)儀器中的起偏和檢偏裝置。與地面成45角、且向同一方向傾斜怎樣裝?編輯課件立體電影編輯課件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]當取某一入射角i0時，反射光是光振動垂直于入射面的線偏振光，折射光為局部偏振光。i0稱為布儒斯特角〔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為局部偏振光,偏振化程度與入射角有關(guān)?！ぁぁぁぁぁぁ1n2iir··S分量P分量編輯課件i0n1n2r——布儒斯特定律此時有：i0+r=90o二、折射起偏玻璃片堆利用玻璃片堆使折射光趨近與P偏振光用玻璃片堆能增強反射偏振光的強度················i0接近線偏振光··············玻璃片堆線偏振光編輯課件思考在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時，如何去掉反射光的干擾？有反射光干擾的櫥窗在照相機鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾編輯課件一、雙折射現(xiàn)象1.雙折射in1n2rore(各向異性介質(zhì))自然光o光e光2.尋?！瞣〕光和非尋?！瞖〕光o光：遵從折射定律e光：一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。一束光入射到各向異性介質(zhì)時，折射光分成兩束的現(xiàn)象。16.4雙折射（birefringence）現(xiàn)象編輯課件···方解石oee

o···演示以入射方向為軸旋轉(zhuǎn)方解石方解石偏振片雙折射的兩束光振動方向相互垂直編輯課件3.晶體的光軸(opticalaxisofcrystal)光在晶體內(nèi)沿某個特殊方向傳播時不發(fā)例如，方解石晶體〔冰洲石〕

光軸是一個特殊的方向，一個光軸的晶體，如方解石。兩個光軸的晶體，如云毋。

由鈍隅引出的與三個棱邊成等角的方向就是光軸。光軸AB102°78°該方向稱為晶體的光軸。生雙折射，于此方向的直線均為光軸。凡平行單軸晶體：雙軸晶體：編輯課件4.主平面〔principalplane〕o光光軸o光的主平面····e光光軸e光的主平面10o光振動垂直主平面，e光振動在主平面內(nèi)。晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面叫該束光的主平面。晶體解理面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面稱為晶體的主截面。編輯課件2o通常o、e光主平面不重合，兩者振動方向不垂直。當入射面與主截面重合時，兩者主平面與主截面重合，振動方向垂直。5.折射率(refractiveindex)光矢量垂直與光軸振動的光曲折射率no、平行與光軸振動的光曲折射率ne稱為晶體的主折射率。單軸晶體中，o光折射率始終是no；e光的折射率介于no～ne之間，當傳播方向垂直于光軸方向時，折射率是ne。編輯課件二、尼科耳棱鏡〔Nicolprism)制作：原理：全反射編輯課件一、偏振光干預(yù)裝置二、偏振光干預(yù)的分析AoA2oNMCAAeA2e

在P2

后：在P1

后：偏振化方向偏振片N單色自然光偏振片M偏振化方向

d晶片C光軸方向相干屏16.5偏振光的干涉編輯課件通過晶體C后的相位差是再通過P2

后：〔明〕單色光入射，d不均勻，那么屏上為等厚條紋。AoA2oNMCA1AeA2e

〔暗〕編輯課件石英劈尖的偏振光干涉（等厚條紋）單色光入射，d不均勻，那么屏上為等厚條紋。編輯課件于某種顏色干預(yù)相消，而呈現(xiàn)它的互補色，假設(shè)白光入射，且晶片d均勻，那么：屏上由假設(shè)d不均勻，那么屏上出現(xiàn)彩色條紋。硫酸鈉晶片的色偏振圖片編輯課件16.6偏振現(xiàn)象應(yīng)用一、人工雙折射人為使各向同性介質(zhì)轉(zhuǎn)化造成各向異性介質(zhì)，而產(chǎn)生雙折射效應(yīng)，稱為人工雙折射。1.光彈效應(yīng)〔photoelasticeffect〕由于受力作用，使各向同性介質(zhì)轉(zhuǎn)化造成各向異性介質(zhì)，稱為光彈效應(yīng)。在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：k是比例系數(shù)編輯課件P1P2

··dFSF干涉有機玻璃C模型的光彈圖象釣鉤的圖象光彈編輯課件2.電光效應(yīng)〔photoelasticeffect〕由于電場作用，使各向同性介質(zhì)轉(zhuǎn)化造成各向異性介質(zhì)，稱為電光效應(yīng)。45

P2l+-克爾盒dP145

克爾效應(yīng)泡克爾斯效應(yīng)應(yīng)用：可作為光開關(guān)〔響應(yīng)時間10-9s〕，用于高速攝影、激光通訊、光速測距等編輯課件二、旋光現(xiàn)象〔roto-opticalphenomena)1.物質(zhì)的旋光性〔opticalactivity〕

除石英外，氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的水溶液等也都具有旋光性。1811年，法國物理學(xué)家阿喇果〔Arago〕其振動面能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)，線偏振光沿光軸方向通過石英晶體時這稱為旋光現(xiàn)象。

旋光物質(zhì)d光軸

a—旋光率旋轉(zhuǎn)的角度：編輯課件旋光率a與旋光物質(zhì)和入射波長有關(guān)，對于溶液，與濃度有關(guān)：可以有左旋體和右旋體.物質(zhì)旋光性和物質(zhì)原子排列結(jié)構(gòu)有關(guān)的，2.磁致旋光〔magneticopticity〕一些物質(zhì)在磁場作用下，也會產(chǎn)生旋光現(xiàn)象，稱為磁光效應(yīng)。水、二硫化碳、食鹽等是磁致旋光物質(zhì)。編輯課件

d磁致旋光物質(zhì)B旋轉(zhuǎn)的角度:

V—費德爾常量，磁致旋光效應(yīng)的應(yīng)用：▲研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)▲測電流和磁場▲磁光調(diào)制編輯課件1.馬呂斯2.布儒斯特

3.雙折射

編輯課件例1.兩個偏振片組成結(jié)構(gòu)，在它們偏振化方向成30o角時，觀測一束自然光；又在60o角時，觀測另一束自然光。兩次測得透射光強度相同，求兩束自然光強度。解：設(shè)兩束自然光強度是I1、I2透射光強度是：，則編輯課件例2.求：透射光強偏振片，透射光強為，若這兩個偏振片之間再插入另一偏振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片均成角。使自然光通過兩個偏振化方向成角透射光強為：解：編輯課件例3.令其通過旋轉(zhuǎn)著的偏振片，若測得出射光的最大