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大学物理 光的偏振

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大学物理光的偏振

大学物理光的偏振

2. e光：折射率（即波速）随光线入射方向而 变化，并且不一 定在入射面内传播。
e光
O光
e光 A o光
方解石晶体
垂直入射
二、双 折 射晶体的一些概念：
1、光轴：当光线沿光轴方向入射时，不 产生双折射。（它是一个特征方向。）
e 光波面
O光波面
vo vo
平行光轴方向：
v v
o
e
n n
o
e
垂直光轴方向：
为零；若在这两个偏振片之间插入另一个
偏振片，其偏振化方向与其中的一个偏振
片的偏振化方向之间的夹角为 α，求最后
的透射光强 I。
思路：
P1
P2
α
I0 P1
I0 P2 2
I0 cos2α P3
I0
cos2α
P3
cos2 (90 )
2
2
偏振片的应用
1、汽车挡风玻璃，加偏振片防止车灯耀眼。 2、立体电影。 3、地质上，偏光显微镜检查矿石的种类。
★入射角改变时，反射光的偏振化程度 也随之改变。
布儒斯特定律（1812年）
当入射角等于某一定值 i0时，反射光成 为完全偏振光。
n1 •••i0 •
n2
•0
tgi 0
n2 n1
n21
i0 γ0 900
反射线与折射线垂直。
•为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻 璃片堆的办法。
M i0 B
i0
B
M
这种外腔式的激光器输出的激光束是线偏振光
14- 4 光的双折射 一、 光的双折射：同一束入射光折射后
分成两束的现象。
e光
O光
各向同性介质
方解石晶体
大学物理——光的偏振

大学物理——光的偏振


二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
《大学物理》光的偏振

《大学物理》光的偏振


符号表示
v
2. 线偏振光 (光振动只沿某一固定方向的光)
符号表示
v
v
光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。
v
此线偏振光振动面为板面
3. 部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方向 上的光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
13.12.2 偏振片 马吕斯定律
某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这 个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 .
量糖计就是根据这个原理制成的。
13.12 光的偏振
光的波动性 光波是横波
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
横波与纵波的区别
机械横波穿过狭缝
机械纵波穿过狭缝
13.12.1 自然光 偏振光
1. 自然光 ：各个方向的光矢量（无固 定的相位关系），在所有可能的方向 上的振幅都相等（轴对称）。
v
E
常把各个光矢量分解成任意两个相互垂直
的两个光矢量分量。
1. 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 只让某一特定方向的光通过，这个方
向叫此偏振片的偏振化方向 . 自然光通过偏振片强度减少一半。
I0
起偏器
1 2
I0
偏振化方向
起偏器：将自然光变为线偏光的光学器件 检偏器：检验光偏振态的光学器件
3. 起偏和检偏
2.马吕斯定律（1880 年）
I = I0 cos2a
I 入射偏振光的强度
I 0 出射光的强度
a 是入射的偏振光的光振
动方向与偏振片的偏振 化方向之间的夹角 Nhomakorabea马吕斯定律的证明
N
I0
M
E0
N M
E a E0
大学物理 11.8 光的偏振

大学物理 11.8 光的偏振

光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
11.8 光的偏振
一、光的偏振态
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光
1、自然光（非偏振光） 自然光在垂直其传播方向 的平面内，沿各方向振动的光 矢量都有，各方向的光矢量振 动方向和初相位是无规则随机 分布的，各方向上光矢量分布 均匀，而且各方向光矢量的振 幅也都相同，没有哪个方向上 的光矢量振动更占优势。 一般光源发出的光都是自然光.
π cos i0 sin cos( ) 2
sin i0 n2 sin n1
n2 sin i0 tan i0 n1 cos i0
i0

2
光的偏振
i0 i0
玻璃

n1 n2
i0
玻璃

n1 n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
v
E
符号表示
可以用任意两个相互垂直且等幅的振动来表示，它们 是所有各个方向上的振动在这两个垂直方向上投影的 结果。
2、线偏振光（平面偏振光） 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量只沿着一个固定 的方向振动。
光矢量的振动方向与光的传播方向所确定的平面称为振动面
E
振动面
符号表示
v
3、部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光 符号表示

理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关。 英国物理学家布儒斯特发现，当自然光的入射角满足 一定条件时，反射光为线偏振光。
大学物理 光的偏振

大学物理 光的偏振

成α角。由于只有平行于偏振化方向的振动A//才能透过，由图可知：
A//

A cos 0
而光强 I A2
I // IO

A/2/ A0 2

( Ao
c os a) 2 A0 2
I I0 cos2 a
AM 0
A

N

A//
o
14
如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式
一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动， 振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
x E
c z
y
S
5
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分 布的均匀性，具有这种特性的光就叫自然光 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动， 且又无固定的位相关系的光)。
9
§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光变成偏振光。
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动
光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。 自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而
另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
将i0=600代入，得
tan i0

n2 n1
n2
n=1.73
26
§14-4 光的双折射现象 一、光的双折射
当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射光，折射定律为：
大学物理--光的偏振(完全)

大学物理--光的偏振(完全)


e
方 解 石 的 主 平 面

o
图
21
3.惠更斯原理研究双折射现象 作图方法 1. o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为 球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面 为旋转椭球面。 2. o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波 面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方 向上速度相差最大。 3.对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光 的子波面(球面)。
图
例题 一束光是自然光和线偏振光的混合。当它通 过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5 倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。 解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光 强为I2，则透射光强
1 1 I max I1 I 2 , I min I1 2 2 I max 2I 2 I 2 2 5 1 , I1 I min I1
图
8
例题 自然光连续通过两个叠在一起的偏振片后， 透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振片偏振 化方向之间的夹角。 解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是 Io
自然光
1 Io 2
图

1 2 ( I o ) cos 2
由
解得： =45°(or 135°)。
9
1 1 2 I I o cos I o 2 4
2
1.自然光 部分偏振光 线偏振光 普通光源发出的光、阳光都是自然光。 由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发 出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的 速度取0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个 方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。
大学物理-14章：光的偏振

大学物理-14章：光的偏振


A (2n) s2
As1 sin
2n
i2
i0
A (2n) P2
AP1
. 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰
未装偏振片
装偏振片
▪ 这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面 上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相 机指向与玻璃大约成45度角。
▪ 这张照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与 玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤 镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反 射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远， 玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法 把这样的反射光全部滤去。
反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光
n1 sin i10 n2 sin i2
n1 sin tg i10
i10
n2 n2 n1
sin( 900 i10) n2 cos i10
----布儒斯特定律
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：
三 折射光的偏振态
As2 2sini2 cosi1 As1 sin(i1 i2 )
解：设P1、P2的 I1 P1 I1' P2 I1' ' E
偏振化方向夹
角为
I2
I2' I2''
入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方
向夹角为
对自然光：
I1'
1 2
I1
I1''
1 2
I1
cos2
线偏振光：
I2' I2 cos2 I2 '' I2 cos2 cos2
因I1’’和I2’’是非相干光
(900 ) (900 i2 ) 180
大学物理第6章-光的偏振

大学物理第6章-光的偏振

起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law)
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。
大学物理光的偏振

大学物理光的偏振


（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 反射偏振光
（C）
用偏光镜消除 反射偏振光， 使玻璃门内的 人物清晰可见
例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布 儒斯特角，则在界面2的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。
【大学物理】第12光的偏振

【大学物理】第12光的偏振


注意： 这个特定的角称为
布儒斯特角；
n1
i0
n2
r0
此时折射光仍为 部分偏振光；
入射角为起偏振角 时，反射光与折射
光互相垂直,是完全
偏振光。
sin i0 n2 sin r0 n1 又i0 r0 90
tgi0

sin i0 cos i0
sin i0 sin r0

n2 n1
n21
i临介 arcsin
e光出射成为偏振光
1.550 1.658

70
可用于起偏和检偏 （a） S （b）S （c）S
表示两尼科耳棱镜主截面的夹角
0
0 2
2
§12—6，7椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉
1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。
2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成 角 00 , 900入射到厚度为l的波片内分成o、e
P2 A2
P3 A3
(b)
因而
A3

A1
cos
cos(
2
)

A1
cos
sin

1 2
A1 sin
2
所以
I3

1 4
I1
sin2
2
又由于
I1

1 2
I0
最后得
I

1 8
I0
sin
2
2
由此可见，当不断旋转P2时，透过P3的光强将在最强（I0/8）与零 之间作周期性变化。
§12－3反射和折射时的偏振 布儒斯特定律
时a=a/2，所以
0
大学物理 第三章 光的偏振

大学物理 第三章 光的偏振


9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 画出来. 画出来.图中i0 = tg-1 n2/n1 i≠i0
(E) I 0 cos α .
4
(B) 0.
1 2 (D) I 0 sin α. 4
[ C ]
6.如图,P1, P2为偏振化方向间夹角为α的两个偏 如图, , 为偏振化方向间夹角为α 如图 振片.光强为I 的平行自然光垂直入射到P 表面上, 振片.光强为 0的平行自然光垂直入射到 1表面上, 1 I cos α. 则通过P 的光强I= 则通过 2的光强 2
3. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 双折射,该方向称为晶体的光轴 光轴. 双折射,该方向称为晶体的光轴. 例如,方解石晶体(冰洲石) 例如,方解石晶体(冰洲石) 光轴是一特殊的方向 , 凡 平行于此方向的直线均为光 轴. 单轴晶体: 单轴晶体:只有一个光轴的晶体
υ e → ne =
c
υe
根据n 的关系可分为正, 根据 0 ,ne的关系可分为正,负晶体 负晶体 : ve > v0 方解石 : ve < v0 正晶体 英 ne< no,如 ne> no,如石
5. 单轴晶体的主平面 主平面: 主平面:单轴晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面. 光轴构成的平面.
α = 0,I = I max = I 0 三. 检偏
消光 α = ,I = 0 ——消光
2
旋转一周 2 明2 暗 自然光 部分偏振光
π
用偏振器件 分析, 分析,检验 光的偏振态
?
堆叠在一起, 例1. 三个偏振片 P1,P2与P3 堆叠在一起, 的偏振化方向相互垂直, P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直 , P2 与 P1 的偏振化方向间的夹角为 30 ° .强度为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1,并依次透过 偏振片 P1 , P2 与 P3 , 若不考虑偏振片的吸 收和反射,则通过三个偏振片后的光强为: 收和反射,则通过三个偏振片后的光强为:

大学物理-光的偏振


2、振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度l 有关。
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· · ··
垂直板面的 光振动较强
20-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏和检偏
起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。
检偏：检查入射光的偏振性。
偏振片
将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片，缓慢转动偏振 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。
透 光 轴 方 向
20-1
光的偏振状态
振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
1.自然光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有 时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 等幅的、不相干的线偏振光。
干涉的明暗条件
色偏振
三、人为双折射现象
某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质， 也呈现双折射现象。 1、光弹性效应——应力双折射 在机械应力作用下，显示光学各向异性
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2、克尔效应——电致双折射
在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性
透光轴相互垂直
P1
C
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转

大学物理实验光的偏振

大学物理实验光的偏振
光的偏振是指光在传播时，电场矢量的振动方向只能沿着某一特定方向，而不能沿着
所有方向振动。

光的偏振是光的一个重要性质，也是光学重要的研究内容之一。

我们可以通过光的偏振，来研究光的各种性质。

光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和
椭偏振三种类型。

实验中，我们可以使用偏振片和偏振光源来研究光的偏振。

下面我介绍两个光的偏振
实验。

我们可以使用偏振片来观察光的偏振现象。

偏振片本身的作用是把不偏振的光线变成
具有偏振性质的光线。

实验步骤：
1.将偏振片放在光源的前面，并让光通过偏振片。

2.将第二个偏振片放在第一个偏振片的后面，并使两个偏振片的透振方向相互垂直。

3.观察通过第二个偏振片的光，发现光线的亮度发生变化，当两个偏振片的透振方
向平行时，光的亮度最大，当两个偏振片的透振方向垂直时，光变暗。

实验原理：
我们可以通过双折射晶片来产生圆偏振光，然后通过偏振片观察光的偏振现象。

3.观察通过偏振片后的光线，可以发现无论偏振片的透振方向如何调整，光的亮度
都不会发生变化。

这是因为圆偏振光在所有方向都具有相同的偏振性质，无论用任何方
向的透振片都不会改变其偏振性质。

圆偏振光是指光的电场振动方向沿着一个圆周运动。

这种光不具有特定的偏振方向，
无论用任何方向的偏振片都可以通过。

总结
光的偏振是光学重要的研究内容之一。

我们可以通过偏振片和偏振光源的实验，研
究光的偏振现象。

本文介绍了光通过偏振片和双折射晶片形成的圆偏振光的实验，希望
对读者有所帮助。

大学物理光的偏振ppt课件

第8章、光的偏振
（polarization of light）
§8.1 光的偏振态 §8.2 偏振片的起偏和检偏 §8.3 反射和折射的偏振 §8.4 光的双折射 §8.5 偏振光的干涉 §8.6 人工双折射及其应用
作业：练习册 选择题 填空题
可编辑ppt
1
光的干涉和衍射现象显示了光的波动特性，但还不能 完全断定光是纵波还是横波。
解:(1)自然光通过偏振片A,光强
被吸收一半,有:
I1
1 2
I0.
N1
I0
I1
I21 2I0co 26s008 1I0， II0 28 1.
(2) I1I0co2s300
I2 I1 c2 o 60 s 0 I0 c2 o 30 s c 02 o 60 s0
I2 I0
3 16
(3 )考虑 ,I吸 Ico 2 收 3（ 0 s0 1 0 .1 ）
A0sin
A0 M ON偏振片的偏振化方向。
将A0分解成
A0cos A0sin
0 A0cos N 只有平行O于N的光矢量分量能通过
A0 cosα A（ 透 射 光 振 幅 ）
设：透射光强I，入射光强I0
I A2
I I0
A A022
A02cA02o2 s co2 sI I源自co2s可编辑ppt8
例：有两块偏振片A和B,偏振化方向的夹角为600。(1)入射光 是自然光,设偏振片无吸收,求穿过A和B后的透射光与入射光 的光强比;(2)入射光是线偏振光,振动方向与第一块偏振片的 偏振化方向的夹角为300,求穿过A,B后透射光与入射光的光强 比;(3)如果偏振片的吸收系数为0.1,再求(2)的结果.
可编辑ppt
12

大学物理实验——光的偏振


基本方法:在检偏器前加一块l/4波片 基本方法:在检偏器前加一块l/ l/4
检偏器
区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 有最大光强和消光的为圆偏振光, 有最大光强和消光的为圆偏振光,没有 变化的则为自然光. 变化的则为自然光.
区别部分偏振光和椭圆偏振光: 区别部分偏振光和椭圆偏振光: 同时转动波片和检偏器, 同时转动波片和检偏器 , 有消光现象的为 椭圆偏振光, 椭圆偏振光 , 没有消光现象的为部分偏振 光.
�
2,验证马吕斯定律: ,验证马吕斯定律:
移回望远镜,旋转检偏器, 移回望远镜,旋转检偏器,用激光功率计 观测检偏器P2转过的角度与光强I的变化 规律. 规律.在0~90间每10测一次. ~90间每10测一次. 间每10
3,观察线偏振光通过波片后的偏振状态 ,
1) 旋转检偏器至消光,然后将1/4波片置于 旋转检偏器至消光,然后将1/4 1/4波片置于 载物台,再旋转波片至消光, 载物台,再旋转波片至消光,
光的偏振
物理实验中心
一,实验原理
(1)什么是偏振光? 什么是偏振光? E
c
H
线偏振光
v E 代表光波振动方向
v v E = E0 sin ωt
Ey
E
Ex
E
椭圆偏振光
圆偏振光
椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成. 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成.
椭圆偏振光. (3)其它情况→椭圆偏振光. )
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自然光: 自然光:各个方向上的
部分偏振光:某些方向 部分偏振光:
光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机. 光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机.
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例14－3 在下图中，以线偏振光或自然光入射于界面时，问折 射光和反射光各属于什么性质的光，并在图中所示的折射光线和 反射光线上用点和短线把其振动方向表示出来：图中
i0 arctgn

i0
3
i i0
i0 i0
1
2
4
sin i / sin 常数
且入射线、法线、折射线在同一平面内，这是光在各向同性均 匀媒质中的折射现象。
例如光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英时。
但是，如果将光束射向各向异性的晶体中时，例如将一束光 投向方解石（冰州石），透过方解石的光则有两束。
所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。
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各向(同)异性的微观本质
折射角为：0=90o-60o=30o
折射率为： 或者，由 将i0=600代入，得
sin i0 n 1.73 sin 0
n2 tani0 n2 n1
n=1.73
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§14-4 光的双折射现象 一、光的双折射
当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射 光，折射定律为：
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
x
E c z
S
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y
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布 的均匀性，又有空间分布的均匀性，具有这种特性的光就叫自 然光 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动，且又无固定的位 相关系的光)。 结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。
...
u S
y x
u S
S
表示该光的振动方向垂直于纸平面；
表示该光的振动面就在纸平面内。
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三、部分偏振光，线（面，全）偏振光
①若沿某一方向的光振动优于其他方向，则谓之部分偏振光, 表示为
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光， 表示为
Ai

Aix
x
Ax Ay 由对称性知，有 所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果与坐标系
无关。
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3、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方 向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正 交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等 的振动，故此自然光常用下图表示：
完全偏光
自然光
i0
i0 90o
n1 n2

部分偏光
证明： 由折射定律 由布儒斯特定律有：
sin i0 n2 sin 0 n1
sin i0 n2 tgi0 cosi0 n1
sin 0 cosi0
i0 0

2
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④必须说明的是：虽然反射光是E矢量垂直于入射面的线偏振光， 但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的15%，即反 射偏振光非常微弱---这也说明了折射光依然是部分偏振光。
n2 tgi0 n1
时，反射光中只有垂直入射面的Ε矢量而成为线偏振光，但折 射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。 ②使反射光成为全偏振光 时的入射角i0称为布儒斯 特角。
n1
i0
n2
③当入射角为布儒斯特 角时，反射线和折射线互 相垂直，即有
r0
i0 0 / 2
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三、应用
①用玻璃片堆获取偏振光
i0
接近完全偏振光
② 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是偏振光。
③ 也可用玻璃片作检偏器。 ④ 在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和， 可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射 光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装 22 有偏振片的眼镜，或在望远镜前加偏振片。
证明： 设入射线偏振光的振幅为A0，其振动方向沿OM方向，与偏 振片的偏振化方向ON成α角。由于只有平行于偏振化方向的振 动A//才能透过，由图可知：
A// A0 cos
而光强 I A2
A
A0
M
2 I // A// ( Ao cosa) 2 2 2 I O A0 A0
N

例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射 光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
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§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律 一、偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光变成偏振光。 1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动 光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。 自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而 另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。 偏振器 自然光 偏振光
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3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验 ① 自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到 不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎 样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。 ② 如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动 方向成90°角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏 振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。 ③ 如果入射的是部分偏振 偏振片转一周 光，则转动偏振片时，视场 中光强有变化，但不十分明 消光 线偏光 显，无消光现象。 强度变，无 应用：制成安全汽车灯； 部分偏光 消光 在大房间内的风洞上 强度不变 自然光 装上两块可自由旋转的偏 振片，可使室内光线具有 透光轴 12 浪漫色彩。
1 I0 I 2
最小值是：
由题意知：
1 I0 I 2 5 1 I0 2
1 I0 2
I0 1 因此： I 2
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§14-3 反射光和折射光的偏振
光在两种介质界面上的行为比较复杂。例如传播方向可能 改变，能流（即振幅）将重新分配，位相可能突变。下面的讨 论表明，在界面上可能还有偏振特性的改变。
一、反射光和折射光的偏振
在一般情况下，反射光 和折射光都是部分偏振光。 反射光中是垂直入射 面的E矢量占优势，在折 射光中则是平行入射面的 E矢量占优势。 反射光、折射光的偏 振化程度随入射角i而变。
n1 n2
i
r
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二．布儒斯特定律
①当入射角为某角度 i0 ，即满足
I0

I1 I2

I3

I4
1 I1 I 0 2
I 2 I1 cos2 I 3 I 2 cos2
1 3 I0 2 2 3 I0 8
2
I 4 I 3 cos2
9 3 I0 32 2
27 I0 128
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2、自然光的分解
一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。 例如，一个振幅为Ａ的振动可分解为
Aix Ai cos
Aiy Ai sin
Aiy
y
Aix Aiy 且一般 自然光在各个方向上都有振动，其 中每个振动都可以这样分解，即
Ax Aix Ay Aiy
n1 故 tg 0 tg i0 ctgi0 2 n2
这说明在界面2处的反射角是起偏角，即界面2的反射光的光 振动是垂直于入射面的，从而其透射光亦为垂直于入射面的光 24 振动。即应选（A）。
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n2 tgi0 n1
n1 而 i0 0 2
2、振动面的概念
振动方向与传播方向组成的平面。
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二、自然光
1、自然光是非偏振光 光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。 •其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。 普通光源中每个原子所发出的光其位相关系及振动方向都是 随机的。 一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了 所有方向的光振动，振动面可以分布在一切可能的方位，任何 方向光矢量对时间的平均值是相等的。
5
答：（1）（2）（3）中反射光、折射光均为线偏振光。 （4）的折射光为线偏振光，没有反射光。
（5）的反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。
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例14－4 如图所示，一自然光自空气射到一块平板玻璃上，设 入射角为起偏角，则在界面2处的反射光透过玻璃后的光线2中 振动方向是 （A）垂直于纸面， i0 n1 （B）平行于纸面， （C）以上两个方向的振动均有， 0 n2 （D）光线2不存在。 解：由布儒斯特定律
第十四章
§14-1 §14-2 §14-3 §14-4 §14–5
应 力 双 折 射
光的偏振
自然光和偏振光 起偏和检偏 马吕斯定律 反射与折射时光的偏振 光的双折射 偏振光的干涉 双折射现象会Fra bibliotek光的 电光效应
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§14-1 自然光和偏振光
• 光的干涉和衍射现象不能分辨光波是横波还是纵波，因 为这两种波都能产生干涉现象。 • 光的偏振现象则清楚地显示了光的横波性。 • 光的偏振也是肯定光是电磁波的根据之一。 • 由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。
2
3 3 I0 8 2
2
9 I0 32
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例14－2 用相互平行的一束自然光和一束线偏振光构成的混 合光垂直照射在一偏振片上，以光的传播方向为轴旋转偏振片 时，发现透射光强的最大值为最小值的5倍，则入射光中，自 然光强I0与线偏振光强I之比为＿＿＿＿。 1 I1 I 0 解：自然光经过偏振片后的光强： 2 相互平行时： I 2 I 而线偏振光经过偏振片后的光强： 相互垂直时： I 2 0 则经过偏振片后的光强最大值是：