大學(xué)物理教程 第20章 光的偏振

第20章光的偏振§20.1光的偏振概述§20.2起偏和檢偏馬呂斯定律§20.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律§20.4雙折射現(xiàn)象§20.5偏振光的干涉§20.6旋光現(xiàn)象1本章要點(diǎn)：

理解光的偏振概念、分類及偏振光獲得的一般方法；理解掌握本章兩大

定律基本思想及其應(yīng)用：馬呂斯定律和布儒斯特定律；理解雙折射現(xiàn)象

產(chǎn)生的條件和簡(jiǎn)單應(yīng)用；了解偏振光干涉原理及旋光現(xiàn)象應(yīng)用。220.1光的偏振概述20.1.1偏振現(xiàn)象與光波的橫波性

3光的偏振;光矢量：20.1光的偏振概述420.1.2光的偏振狀態(tài)分類：完全偏振光自然光線偏振光橢圓（圓）偏振光部分偏振光1.完全偏振光(1)線偏振光振動(dòng)面⊙(光振動(dòng)平行板面)(光振動(dòng)垂直板面)表示:20.1光的偏振概述5(2)橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光圓偏振光⊙20.1光的偏振概述6面對(duì)光源觀察：光矢量方向按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的，稱為右旋偏振光；光矢量方向按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的，稱為左旋偏振光。Right⊙Left⊙20.1光的偏振概述72.非偏振光xyz（自然光）⊙⊙表示:20.1光的偏振概述8

3.部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可用兩個(gè)相互獨(dú)立、沒有固定相位關(guān)系、不等振幅且振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光表示?！选巡糠制窆獾谋硎?20.1光的偏振概述91.晶體的二向色性····光軸e光電氣石光軸某些晶體對(duì)相互垂直的光振動(dòng)有選擇吸收的性能，這叫晶體的二向色性。20.2起偏和檢偏馬呂斯定律10通光方向（偏振化方向）

2.偏振片：20.2起偏和檢偏馬呂斯定律113.起偏和檢偏自然光I1線偏振光I0偏振化方向線偏振光I4.馬呂斯定律(馬呂斯定律)—消光當(dāng)起偏器檢偏器20.2起偏和檢偏馬呂斯定律12自然光I1線偏振光I0偏振化方向線偏振光I起偏器檢偏器P1P2思考：(2)將P2旋轉(zhuǎn)3600，透過它的光強(qiáng)有何變化？線偏振光透過偏振片后光強(qiáng)變化，將出現(xiàn)兩明兩暗。（有消光現(xiàn)象）自然光透過偏振片后光強(qiáng)不變，但只有入射光強(qiáng)的一半。(1)將P1旋轉(zhuǎn)3600，透過它的光強(qiáng)有何變化？20.2起偏和檢偏馬呂斯定律13(3)判斷：僅用一塊偏振片，如何通過觀察透射光強(qiáng)變化區(qū)分線偏振光、

自然光、部分偏振光？①強(qiáng)度有變化，而且有消光現(xiàn)象線偏振光②強(qiáng)度沒有變化自然光③強(qiáng)度有變化，但無消光現(xiàn)象部分偏振光20.2起偏和檢偏馬呂斯定律145.偏振光的應(yīng)用①汽車車燈②太陽鏡20.2起偏和檢偏馬呂斯定律1515你能說明為什么嗎？？20.2起偏和檢偏馬呂斯定律16光強(qiáng)為I0

的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為I3

，已知P1

P3，問：P1、P2間夾角多大時(shí)I3最大

？解:分析P1P2P3I0I3I1I2例1.

P3P1P220.2起偏和檢偏馬呂斯定律17例2.

用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時(shí)，觀測(cè)一光源，又在成600角時(shí)，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強(qiáng)度相等。求兩光源照到起偏器上光強(qiáng)之比。分別為I1/2和I2/2。透過檢偏器后光的強(qiáng)度為按題意：即：解:令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強(qiáng)。透過起偏器后，光的強(qiáng)度20.2起偏和檢偏馬呂斯定律18平行放置兩偏振片，使它們的偏振化方向成60

夾角。讓自然光垂直入射后,下列兩種情況下：(1)無吸收時(shí)，有(1)兩偏振片對(duì)光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線均無吸收例3.求解:(2)有吸收時(shí)，有(2)兩偏振片對(duì)光振動(dòng)平行于其偏振化方向的光線分別吸收了10%的能量透射光的光強(qiáng)與入射光的光強(qiáng)之比是多大？20.2起偏和檢偏馬呂斯定律1920.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律1.反射和折射產(chǎn)生的偏振自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光ib—布儒斯特角或起偏角線偏振光ib+γ=90o時(shí)，反射光為線偏振光2.布儒斯特定律201）反射光是光振動(dòng)垂直于入射面的線偏振光；以布儒斯特角入射時(shí)：線偏振光如：n1=1.00（空氣）；n2=1.50（玻璃），則：2）反射光和折射光傳播方向相互垂直；3）反射光是線偏振光但光強(qiáng)弱，折射光是部分

偏振光但光強(qiáng)強(qiáng)。i0互余!由空氣玻璃由玻璃空氣20.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律21例4.畫出下列圖中的反射光、折射光及它們的偏振狀態(tài)。20.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律玻璃片堆：許多玻璃片疊

起來，用以增

加折射光的偏

振化程度。3.應(yīng)用——玻璃片堆線偏振光20.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律222320.4雙折射現(xiàn)象1.雙折射現(xiàn)象20.4.1雙折射現(xiàn)象概述24尋常光線和非常光線n1n2各向異性媒質(zhì)o光γoγee光

eo

i自然光尋常光線（o光）：

遵從折射定律非常光線（e光）:一般不遵從折射定律注意：e光折射線也不一定在入射面內(nèi)！o光和e光都是線偏振光20.4雙折射現(xiàn)象252.光軸和主平面當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)將不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸，例如：方解石晶體(冰洲石)光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體；雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體A光軸102°B方解石晶體①光軸：78°ECD20.4雙折射現(xiàn)象26②主平面e光振動(dòng)方向在主平面內(nèi)o光振動(dòng)方向垂直于主平面光軸光軸e光····o光

e光的主平面

O

光的主平面晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。20.4雙折射現(xiàn)象27

正晶體

子波源光軸vo

tve

t

o波面(平行光軸截面)(垂直光軸截面)3.主折射率o光:e光:(o光主折射率)(e光主折射率)20.4雙折射現(xiàn)象28光軸

子波源vo

tve

to波面o波面負(fù)晶體e波面(平行光軸截面)(垂直光軸截面)e波面20.4雙折射現(xiàn)象294.惠更斯原理在雙折射現(xiàn)象中的應(yīng)用光軸平行于晶體表面，自然光垂直入射。

o、e光傳播方向相同，但速度不同?？諝夥浇馐w光軸··········o光e光····o光e光AB20.4雙折射現(xiàn)象30空氣方解石光軸······icΔt····o光e光(2)光軸平行于晶體表面，自然光斜入射.voΔtveΔtABC····o光e光20.4雙折射現(xiàn)象31(3)光軸平行于晶體表面且垂直于入射面，自然光斜入射?！ぁぁぁぁぁ····o光e光空氣

方解石晶體光軸

····o光e光cΔtveΔtvoΔtABC20.4雙折射現(xiàn)象32······空氣方解石晶體AB(4)光軸在入射面內(nèi)并垂直于晶體表面，自然光垂直入射.光軸o波面e波面20.4雙折射現(xiàn)象335.半波片和1/4波片1/4波片20.4雙折