1 第五章 光的偏振
§1 光的横波性及偏振态
一、偏振现象
日常生活中可发现光的许多偏振现象。如：电视接收天线方向与电磁振动方向一致时，信
号最清晰，而不是与传播方向一致时；又如：超快开关，利用光波偏振的电光效应，可制成s9
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的高速开关；量糖汁，利用偏振光在糖溶液中振动面的旋转，测量糖溶液的浓度。
干涉和衍射揭示光的波动性，但波有给、横波之分，干涉、衍射并不能体现这种区别。
二、偏振定义
横波
纵波：
区别：横波有偏振，纵波无偏振
波的偏振：振动方向相对于传播方向不对称
例：机械波
横波
（1）能通过 （2）不能通过
纵波：装置无论怎样摆置，均能通过
可看出：纵波的振动方向对传播方向有对称性；
横波的振动方向对传播方向没有对称性；
例：光学实验，两块偏振片P
1、P
2；
21pp
透光
21pp
消光
光发生类似的偏振现象，光是横波
电矢量与光的传播方向垂直
但在与传播方向垂直的二维空间里电矢量可以有各种不同的振动状态（称为偏振态）
如：（用一块偏振片）
从普通光源出来的光，通过P
1，有光，（转动P
1）。而从P
1出来的光射入P
2，（转动P
2，有
时有光，某位置又无关），说明普通光源的光与从P
1出来的光的偏振态是不同。
有五种偏振状态：
自然光（非偏振奋光），平面偏振
光（线编光）部分偏振光、圆偏
光，椭圆偏光。
三、偏振态
1、平面偏振光（线偏光）
只包含一种振动方向的光，即
振动方向只限于某一确定方向，平偏 2 光的数学表达式（一般）
ykytAE：
yxkytAE：
x
yyxx
)cos( )cos(
方向方向
而对于任意方向振动的平偏光，
可将此振动分解，用两个位相相同，
振方互相垂直的光波迭加来描述，其与x
轴夹角为
。
sin ,cos)cos()(
AAAAkytyAxAyExEE
yxyxyx
)cos()(kytyAxAE
yx
2、自然光
第5、6节 光的衍射__光的偏振
光的衍射
[探新知·基础练]
1．衍射现象
光通过很窄的缝或很小的孔时，光没有沿直线传播，而是绕过缝或孔的边缘传播到相当宽的地方的现象。
2．衍射条纹特点
衍射条纹是一些明暗相间的条纹，中央条纹最宽、最亮，离中央条纹越远，亮条纹的宽度越小，亮度越低。
[辨是非](对的划“√”，错的划“×”)
1．一切光都会发生衍射。(√)
2．单缝衍射中，中央条纹亮而宽。(√)
3．阳光下茂密的树荫中地面上的圆形亮斑是光的衍射形成的。(×)
[释疑难·对点练]
1．单缝衍射图样的特点
(1)中央条纹亮而宽。
(2)两侧亮条纹具有对称性，亮条纹宽度逐渐变窄，亮度逐渐减弱。
(3)波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大；单缝不变时，波长大的中央条纹宽，各条纹间距大。
(4)白光的单缝衍射条纹是中央为白色亮条纹，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近白色亮条纹的内侧为紫色。
2．圆孔衍射
(1)圆孔衍射：
如图甲所示，当挡板AB上的圆孔较大时，光屏上出现图乙所示的圆形亮斑(光的直线传播)；减小圆孔，光屏上出现光源的像(小孔成像)；当圆孔很小时，光屏上出现图丙所示的亮、暗相间的圆环(衍射图样)。
(2)圆孔衍射的图样特征：
①单色光的圆孔衍射图样：中央亮圆的亮度大，外面是明暗相间的不等距的圆环；越向外，圆(亮)环亮度越低；
②白光的圆孔衍射图样：中央亮圆为白色，周围是彩色圆环。
3．圆板衍射
(1)各种不同形状的障碍物都能使光发生衍射，致使影的轮廓模糊不清，若在单色光(如激光)传播途中放一个较小的圆形障碍物，会发现在影的中心有一个亮斑，这就是著名的泊松亮斑。
(2)形成泊松亮斑时，圆板阴影的边缘是模糊的，在阴影外还有不等间距的明暗相间的圆环。
(3)圆板衍射图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小。
[试身手]
1．(多选)下列说法正确的是( )
A．当光的波长比圆孔的直径大时，可以产生明显的衍射现象
48 第5章 光的偏振
[基本要求]
1．阐明惠更斯作图法，说明光在晶体中传播的规律
2．介绍布儒斯特定律和马吕斯定律．
3．阐明自然光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的概念及其检测方法．
4．介绍41波片的功用．
5．干涉、衍射和偏振都是波动光学的主要内容，在讨论光的本性时，必须把它们联系在一起．由于通常的光学仪器大部分都与成像和摄谱有关，所以在前四章之后紧接着介绍它们在光学仪器中的应用，巩固所学概念，然后再学习偏振．这样安排还考虑到偏振现象比较不易观察，涉及到各向异性晶体等，初学者比较难于接受．在实际教学中，完全可以根据具体情况加以适当调整．
5.1自然光与偏振光
[教学目标]
1．掌握线偏振光；
2．理解自然光。
[重点]
线偏振光。
[教学内容]
一、光的偏振性
偏振：振动方向对于传播方向的不对称性，叫偏振。
1）纵波：沿传播方向任一截面内振动完全相同，没有不对称性，故纵波无偏振现象。
2）横波：沿传播方向包含振动矢量的截面内有振动，与不包含振动矢量的截面不同，有不对称性，故横波有偏振现象。
结论：偏振现象是横波区别于纵波的主要特征，只有横波才有偏振现象。
干涉和衍射是纵波和横波共同具有的特性，而偏振则是横波所独具的性质。所以，光的偏振有力地证明了光波是横波。
线偏振光：如果光矢量E只在一个固定平面内，并沿一个固定方向振动，叫线偏振光（也叫平面偏振光）
（1） 平面偏振光表示如图。
（2） 问题：与图面有夹角的平面偏振光如何表示？
（3） 怎样分解？
二、自然光和线偏振光
自然光：在与传播方向相垂直的平面内，在所有可能的方向上，E的振幅都相等，叫自然光。
（1） 自然光的表示。 49 （2） 自然光可以用两个任意方向的两个互相垂直的光振动来表示，且幅度相等。
（3） 自然光中的两个互相垂直的光振动不可以再合成起来，从而得到线偏振光，因没有固定的相位。
1 光的衍射 光的偏振
学习目标：1.观察光的衍射现象，认识衍射条纹的特点．区分双缝干涉与单缝衍射的图样.
2.知道产生明显衍射现象的条件.
3.观察光的偏振现象，知道光是横波.
4.知道自然光和偏振光的区别，知道偏振现象的一些应用．
学习重点：光的衍射现象、光的偏振现象
光的必须掌握的重要内容和规律：
一、光的衍射
1．现象
(1)一单色光照射到一条狭缝时，当狭缝较宽时，光沿___________传播，在光屏上形成一条宽度跟狭缝宽度___________的亮区；当狭缝较窄时，尽管亮区的___________有所减弱，但___________增大了，这表明光经过较窄的单缝时，并没有沿___________传播，而是绕过了单缝的边缘传播到了更宽的空间，这就是光的衍射现象，且缝的宽度越窄，在光屏上形成的亮区的范围越___________。
（2）明暗条纹产生的位置特点：来自前后两个面的反射光所经过的路程差不同，在某些位置，这两列波叠加后相互加强，出现了________，反之则出现暗条纹。
2．光产生明显衍射的条件是：障碍物或孔或狭缝的尺寸与光的波长______________，或比光的波长___________。
3.衍射光栅是由许多 的狭缝 地排列起来形成的光学元件，由衍射光栅得到的衍射图样与单缝衍射相比，衍射条纹的宽度 ，亮度 。
(1)单缝衍射的条纹比较宽，而且距中央亮条纹较远的条纹，亮度也较低。因此单缝衍射达不到实用要求。
(2)实验表明，如果增加狭缝的个数，衍射条纹的宽度将变窄，亮度将增加。光学仪器中用的衍射光栅就是据此制成的。
4．光的衍射现象表明，我们平时说的“光沿直线传播”只是一种________情况。光在________障碍物的________介质中是沿直线传播的；但是，在障碍物的尺寸可以跟光的波长________，甚至比光的波长________的时候，衍射现象________，这时就不能说光沿直线传播了。
