大学物理授课教案第十六章光的偏振
第十六章光的偏振
光的干涉现象和衍射现象都证实光是一种波动，即光具有波的特性，但是，不能由此确定光是纵波还是横波，因为无论纵波和横波都具有干涉和衍射现象。实践中还发现另一类光学现象，不但说明了光的波动性，而且进一步说明了光是横波，这就是“光的偏振”现象，因为只有横波才具有偏振现象。
自然光和偏振光马吕斯定律
§16-1 自然光和偏振光马吕斯定律
一．自然光
我们知道，光波是一种电磁波。电磁波是变化的电场和变化的磁场的传播过程，并且它是横波。
在光波中每一点都有一振动的电场强度矢量→
E和磁场强度矢量
→
H，
→
E、
→
H及光波
传播方向→
K的方向是互相垂直的，如图：
图16-1
→E、→
H中能够引起感光作用和生理作用的是电场强度矢量
→
E，所以将
→
E称为光矢
量。
在除激光外的一般光源中，光是由构成光源的大量分子或原子发出的光波的合成。由于发光的原子或分子很多，不可能把一个原子或分子所发射的光波分离出来，因为每个分子或原子发射的光波是独立的，所以，从振动方向上看，所有光矢量不可能保持一定的方向，而是以极快的不规则的次序取所有可能的方向，每个分子或原子发光是间歇的，不是连续的。平均地讲，在一切可能的方向上，都有光振动，并且没有一个方向比另外一个方向占优势，即在一切可能方向上光矢量振动又相等。
1、自然光
在一切可能的方向上都具有光振动，而各个方向的光矢
量振动又相等。如下图所示，自然光中
E 2、自然光表示方法
在任意时刻，我们可以把各个光矢量分解成两个互相垂直的光矢量，如下图所示。为了简明表示光的传播常用和传播方向垂直的短线表示图面内的光振动，而用点子表示和图面垂直的光振动。如下图所示，对自然光，短线和点子均等分布，以表示两者对应的振动相等和能量相等。
注意：由于自然光中光矢量的振动的无规则性，所以这个互相垂直的光矢量之间
没有固定的位移差。
二．线偏振光 1、线偏振光
由上可知，自然光可表示成二互相垂直的独立的光振动，实验指出，自然光经过某些物质反射、折射或吸收后，只保留沿某一方向的光振动。
如果只会有单一方向的光振动，则此光束称为线偏振光（或完全偏振光或平面偏振 光）。
2、线偏振光的表示方法
定义
：偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。
图 16-2
图
16-3
光振动垂直图面）
(K
图 16-5
图 16-4
说明：（1）线偏振光不只是包含一个分子或原子发出的波列，而会有众多分子或
原子的波列中光振动方向都互相平行的成份。
（2）偏振光不一定为单色光。
三．部分偏振光 1．部分偏振光
某一方向的光振动比与之互相垂直的方向的光振动占优势，这种光称为部分偏振光。
2．部分偏振光的表示方法
四．偏振片的起偏和检偏
光是横波，在自然光中，由于一切可能的方向都有光振动，因此产生了以传播方向为轴的对称性，为了考虑光振动的本性，我们设法从自然光中分离出沿某一特定方向的光偏振，也就是把自然光改变为线偏振光。 1．偏振片
现今在工业生产中广泛使用的是人造偏振片， 它利用某种只有二向色性的物质的透明薄体做成， 它能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向 互相垂直的光振动通过（实际上也有吸收，但吸 收不多）。为了便于使用，我们在所用的偏振片上 标出记号“ ”，表明该偏振片允许通过的光振动
平行图面振动较强）
(K
垂直图面振动较强）
(K
图
16-6
方向，这个方向称做“偏振化方向”，也叫透光轴 方向。如下图情况，自然光经偏振片P 变成了线偏 振光。
2．起偏和检偏
通常把能够使自然光成为线偏振光的装置称为起偏振器。如：上面的偏振片P 就属于起偏振器。
用来检验一束光是否为线偏振光的装置通常称为检偏振器。如：P 也可做检偏振器。
如图，让束线偏振光入射到偏振片P 2 上，当 P 2的偏振化方向与入射线偏振光的光振动方向相同时，则该线偏振光仍可继续经过P 2而射出，此时观察到最明情况；把P 2沿入射光线为轴转动α角（2
0π
α<<）时，线偏振光的光矢量在P 2的偏振化方向有一分量能通过P 2，可观测到明的情况（非最明）；当P 2转动2
πα=时，则入射P 2上线偏
振光振动方向与P 2偏振化方向垂直，故无光通过P 2，此时可观测到最暗（消光）。在P 2转动一周的过程中，可发现：最明→最暗（消光）→最明→最暗（消光）。
结论：（1）线偏振光入射到偏振片上后，偏振片旋转一周（以入射光线为轴）过程中，发现透射光两次最明和两次消光。
：偏振化方向转过角度
（2）若自然光入射到偏振片上，则以入射光线为轴转动一周，则透射光光强不变。
（3）若部分偏振光入射到偏振片上，则以入射光线为轴转动一周，则透射光有两次最明和两次最暗（但不消光）。
五．马吕斯定律
如图所示，自然光入射到偏振片P
1上，透射光又入射到偏振片P
2
上，这里P
1
为起
偏振器，P
2相当于检偏振器。透过P
2
的线偏振光其光强的变化规律如何？这就是马吕
斯定律要阐述的内容。
设P 1 、P 2 的二偏振化方向为P 1 P 1 、P 2 P 2，夹角为α，自然光经P 1后变成线偏振光，光强为 I ，光矢量振幅为 A 。光振动→
A 分解成与P 2平行及垂直的二个分矢量，标量形式分量为：
??
?A =A A =A ⊥α
α
sin cos ||
只有→
A ||能透过P 2，∴透过光的光振动振幅
为αcos || A =A =A (不考虑吸收)
光强∝光振动振幅
∴入射光与透射光强之比为
αα222
22cos )cos (=A A =A A =I I
（16-1）
此式是马吕斯1809年由实验发现的，称做马吕斯定律。它表明：透过一偏振片的光强等于入射线偏振光光强乘以入射偏振光的光振动方向与偏振片偏振化方向夹角余弦平方。
讨论：（1）最明）(,0max I =I =I =α
（2）（消光）或0,2
32=I =ππα
（3）
I
3
,20，，παπαα
例16-1：偏振片P 1 、P 2放在一起，一束自然光垂直入射到P 1 上，试下面情况求P 1 、
P 2偏振化方向夹角。
透过P 2光强为最大投射光强的3
1
；
透过P 2的光强为入射到P 1 上的光强3
1
。
解：（1）设自然光光强为0I ，透过P 1光强为 I =I 2
1
1
透过P 2 光强为α212cos I =I （马吕斯定律）
1max 2I =I ，当1max 223
1
31I =I =I 时，
自然光
起偏振器检偏振器
偏振光
2
图 16-9
图 16-10
A
1P 2
P 图 16-11
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的偏振）作业5 一．选择题 1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片以入射光线为轴慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 (A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 (C) 光强先增加，后又减小至零； (D) 光强先增加，后减小，再增加。 【 D 】 2．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后，出射 光的光强为I= I 0/8，已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P 2，要使出射光的光强为零，P 2最少要转过的角度是 （A ）30° （B ）45° （C ）60° （D ）90° [ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ，则 82sin 8sin cos 2020220I I I I === ααα ，所以4/πα=，若I=0 ，则需0=α或πα= 。可得。 3．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 （A ）1/2 （B ）1/5 （C ）1/3 （D ）2/3 【 A 】 4．自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为 （A ）完全偏振光且折射角是30° （B ）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30° （C ）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角 （D ）部分偏振光且折射角是30°
第16章 光的偏振 习题解答 1．自然光、线偏光和部分偏振光有何区别？用哪些方法可以获得线偏振光？如何使用检偏器检验光的偏振状态？ 解：自然光、线偏光和部分偏振光偏振态不同；可以通过偏振片、自然光以布儒斯特角入射到两种各相同性介质分界面上产生反射和折射、双折射晶体的双折射等方法来获得线偏振光。 2．自然光是否一定不是单色光?线偏振光是否一定是单色光? 解：自然光不能说一定不是单色光．因为它只强调存在大量的、各个方向的光矢量，并未要求各方向光矢量的频率不一样．线偏振光也不一定是单色光．因为它只要求光的振动方向同一，并未要求各光矢的频率相同． 3．一束光入射到两种透明介质的分界面上时，发现只有透射光而无反射光，这束光是怎样入射的?其偏振状态如何? 解：这束光是以布儒斯特角入射的．其偏振态为平行入射面的线偏振光． 4．什么是寻常光线和非常光线? 什么是光轴、主平面和主截面？寻常光线和非常光线的振动方向和各自的主平面有何关系？ 解：当一束平行自然光正入射到双折射晶体的一个表面上，在另一表面有两束光出射，其中一束遵从折射定律，称为寻常光线（o 光），另外一束不遵从折射定律，称为非常光线（e 光）；当光在双折射晶体中沿一特殊方向传播时，o 光和e 光不分开，它们在该方向具有相同的传播速度，这个特殊的方向称为晶体的光轴；光线在晶体表面上入射，此界面的法线与晶体的光轴所构成的平面称为主截面；光轴与晶体内任一折射光线所构成的平面称为该光线的主平面；o 光的光振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的光振动方向在e 光的主平面内。 5．在单轴晶体中，e 光是否总是以e n c /的速率传播？哪个方向以0/n c 的速率传播？ 答：e 光沿不同方向传播速率不等，并不是以e n c /的速率传播．沿光轴方向以0/n c 的速率传播． 6．用一束线偏振光照射双折射晶体，此时能否观察到双折射现象? 解：能观察到双折射现象。 7．投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行，然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°、45°、60°，试问在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍? 解：由马吕斯定律有 0o 2018 330cos 2I I I == 0ο2024 145cos 2I I I == 0ο2038160cos 2I I I ==
实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光
2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 偏振片 P 1P 2 I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。 θ是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强I 有变化，且转动到某位置时 I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 22212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?（ k =0, ±1, ±2, …）时，(27-4)式变为
1、首先，光强的计算并不是利用合成矢量来计算的，光强与振幅的平方成正比，振幅即矢量的模；其次，不论是人眼还是探测器，都不可能接收瞬时光强，即光矢量的振幅大小；最重要的一点，矢量的合成是有条件的，这一点物理光学中有很详细的解释，即必须是相干光才能合成，而自然光一般为非相干光。非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。因而，只要有光线，光强恒大于0。但相干光与此不同，会有等于0的情况。 2、因为其不是偏振光，所以光强I不发生变化。 3、光的偏振实验中，如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片，使其光轴和起偏器的偏振轴平行，则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行，与波片光轴垂直方向没有分量，此时不发生双折射效应，经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，所以消光。 将检偏器旋转90度后，光斑的亮暗有变化，变亮，因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。 这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。 4、用一个偏振片就能分辨。当自然光通过偏振片时，无论偏振片怎么旋转或者是静止（以光的传播方向为轴）光的强度都不会发生变化。 当圆偏振光通过偏振片时，保持偏振片不动，你会发现光的强度呈周期性变化，而且会出现消光。当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时，保持偏振片不动，你也会发现光的强度呈周期性变化，但不会出现消光。
【实验名称】偏振光的分析 【实验目的】 1．观察光的偏振现象，巩固理论知识，加深对光的偏振现象的认识。 2．学习直线偏振光的产生与检验方法，了解圆偏振光和正椭圆偏振光的产生和定性检验方法。 【实验仪器】 He-Ne激光器、光具座、偏振片（两块）、的1/4波片（两块）、玻璃平板及刻度盘、白屏等。 【实验原理】 1．光的偏振状态 偏振是指振动方向相对于波的传播方向的一种空间取向作用。它是横波的重要特性。光在传播过程中，若电矢量的振动只局限在某一确定平面内，这种光称为直线偏振光，又叫平面偏振光（因其电矢量的振动在同一平面内）；若光波电矢量的振动随时间作有规律的改变，即电矢量的末端在垂直于光传播方向的平面上的轨迹是圆或椭圆，这样的光称为圆偏振光和椭圆偏振光；若光波电矢量的振动只在某一确定的方向上占优势，而在和它正交的方向上最弱，各方向的振动无固定的位相关系，这种光称为部分偏振光。2.直线光，圆偏光，椭圆偏振光的产生。直线偏振光垂直通过波片的偏振状态 3. 鉴别各种偏振光的方法和步骤
【实验内容】 1． 测定玻璃对激光波长的折射率 2． 产生并检验圆偏振光 3．产生并检验椭圆偏振光 【数据表格与数据记录】 οοο58308250211=-=-=??p i οοο57307250212=-=-=??p i οοο57307250213=-=-=??p i οοο56306250214=-=-=??p i οοο58308250215=-=-=??p i οοο57307250216=-=-=??p i οοο56306250217=-=-=??p i ο577 7 1=+????+= p p p i i i 5399.157tan tan ===οn i p 波长为时玻璃对于空气的相对折射率为。 现象：两次最亮，两次消光。结论：圆偏振光 如果使检偏器的透振方向与暗方向平行，1/4波片与检偏器透振方向垂直或平行。
实验07 光的偏振实验 光波是特定频率范围内的电磁波。在自由空间中传播的电磁波是一种横波，光波的偏振特性清楚地显示了光的横波性，是光的电磁理论的一个有力证明。本实验研究光的一些基本的偏振特性，通过实验深入学习有关光的偏振理论。 【实验目的】 1、 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法； 2、 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。 【仪器用具】 SGP-2A 型偏振光实验系统 【实验原理】 1、 光波偏振态的描述 一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。这里重点讨论偏振光的描述。 一个单色偏振光可分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即 ?? ?+==)cos(cos 21δωωt a E t a E y x （1） 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，1a 、2a 分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。 对于单色光，参数1a 、2a 、δ就完全确定了光波的偏振状态。 以下讨论中，取021>a a 、，πδπ≤<-。 当πδ，0=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角 )c o s a rc t a n (1 2 δαa a =称为线偏振光的方位角（如图1所示）。
图 1 线偏振光 图 2 圆偏振光 当2/2/ππδ-=，且21a a =时，式（1）描述的 是一个圆偏振光，其特点是光矢量为角速度ω旋转，光矢量的端点的轨迹为一圆。δ的正负决定了光矢量的旋向，2/πδ=时为右旋圆偏振光，2/πδ-=时为左旋圆偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。 除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光（如图3所示）。 偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。 2、 偏振片和马吕斯定律 偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。 图 4 线偏振光的产生和检测 2
一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。
2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢 量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 1I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性 很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。θ 是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强 I 有变化，且转动到某位置时I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时 θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数 t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 2 2212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。
练习 二十一 光的偏振 一、选择题 1、两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片慢慢 转动180°时透射光强度发生的变化为 [ C ] (A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 (C) 光强先增加，后又减小至零； (D) 光强先增加，后减小，再增加。 2、两偏振片组成起偏器及检偏器，当它们的偏振化方向成60o 时观察一个强度为I 0的自 然光光源；所得的光强是 [ B ] （A ）I 0/2 ; (B) I 0/8; (C) I 0/6; (D)3 I 0/4. 3、光强为I 0自然光垂直照射到两块互相重叠的偏振片上，观察到的光强为零时 ，两块 偏振片的偏振化方向成 [ D ] (A) 30°； (B) 45°； (C) 60°； (D) 90°。 4、自然光垂直照射到两块互相重叠的偏振片上，如果透射光强为入射光强的一半，两 偏振片的偏振化方向间的夹角为多少？如果透射光强为最大透射光强的一半，则两偏振 片的偏振化方向间的夹角又为多少？ [ D ] (A) 45°, 45° ; (B) 45°, 0° ; (C) 0°, 30° ; (D) 0°, 45°。 5、一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且两偏振片的振偏化方向成60°角，若 不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强I 为 [ B ] (A) ； (B) ； (C) ； (D) 。 420I 08I 20I 220I 7、自然光以60o 的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则折射光为 [ D ] A 、完全偏振光且折射角是300 B 、部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为1.732的介质时，折射角为300 C 、部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射； D 、部分偏振光且折射角是300
大学物理实验光的偏振 思考题答案 集团档案编码：[YTTR-YTPT28-YTNTL98-UYTYNN08]
1、首先，光强的计算并不是利用合成矢量来计算的，光强与振幅的平方成正比，振幅即矢量的模；其次，不论是人眼还是探测器，都不可能接收瞬时光强，即光矢量的振幅大小；最重要的一点，矢量的合成是有条件的，这一点物理光学中有很详细的解释，即必须是相干光才能合成，而自然光一般为非相干光。非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。因而，只要有光线，光强恒大于0。但相干光与此不同，会有等于0的情况。 2、因为其不是偏振光，所以光强I不发生变化。 3、光的偏振实验中，如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片，使其光轴和起偏器的偏振轴平行，则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行，与波片光轴垂直方向没有分量，此时不发生双折射效应，经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，所以消光。将检偏器旋转90度后，光斑的亮暗有变化，变亮，因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。 这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。 4、用一个偏振片就能分辨。当自然光通过偏振片时，无论偏振片怎么旋转或者是静止（以光的传播方向为轴）光的强度都不会发生变化。 当圆偏振光通过偏振片时，保持偏振片不动，你会发现光的强度呈周期性变化，而且会出现消光。 当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时，保持偏振片不动，你也会发现光的强度呈周期性变化，但不会出现消光。
光学练习题 一、 选择题 11. 如图所示，用厚度为d 、折射率分别为n 1和n 2 (n 1＜n 2)的两片透明介质分别盖住杨氏双缝实验中的上下两缝, 若入射光的波长为, 此时屏上原来的中央明纹处被第三级明纹所占据, 则该介质的厚度为 [ ] (A) λ3 (B) 123n n -λ (C) λ2 (D) 1 22n n -λ 17. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片厚度为d 1的透光云母片将双缝装置中的上面一个缝挡住; 再用一片厚度为d 2的透光云母片将下面一个缝挡住, 两云母片的折射率均为n , d 1＞d 2, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距减小 (B) 条纹间距增大 (C) 整个条纹向上移动 (D) 整个条纹向下移动 18. 如图所示，在杨氏双缝实验中, 若用一片能透光的云母片将双缝装置中的上面一个缝盖住, 干涉条纹的变化情况是 [ ] (A) 条纹间距增大 (B) 整个干涉条纹将向上移动 (C) 条纹间距减小 (D) 整个干涉条纹将向 下移动 26. 如图(a)所示，一光学平板玻璃A 与待测工件B 之间形成空气劈尖，用波长＝500nm(1nm = 10-9m) 弯曲部分的顶点恰好与其右边条纹的直线部分的切线相切．则工件的上表面缺陷是 [ ] (A) 不平处为凸起纹，最大高度为500 nm (B) 不平处为凸起纹，最大高度为250 nm (C) 不平处为凹槽，最大深度为500 nm (D) 不平处为凹槽，最大深度为250 nm 43. 光波的衍射现象没有声波显着, 这是由于 [ ] (A) 光波是电磁波, 声波是机械波 (B) 光波传播速度比声波大 (C) 光是有颜色的 (D) 光的波长比声波小得多 53. 在图所示的单缝夫琅禾费衍射实验中，将单缝K 平移，则 [ ] (A) 衍射条纹移动，条纹宽度不变 (B) 衍射条纹移动，条纹宽度变动 (C) 衍射条纹中心不动，条纹变宽 (D) 衍射条纹不动，条纹宽度不变