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1、武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振Chapter 19 polarization of light武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振natural light and polarized light 武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振Ev0 H光矢量光矢量 振动面振动面偏振面若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量1 自然光和偏振光面内振动称这种光线为线偏振光或平面偏振光。的振动面，称这种振动状态为面偏振态。都在一个平1、自然光和偏振光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振机械横波与纵波的区别 武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振在横波的情况下，振动面与
2、其他包含 波的传播方向但不包含振动矢量在内 的任何平面波都是不相同的，这显示 出波的振动方向对传播方向的不对称 性。这种振动方向对于传播方向的不 对称性叫做偏振。对于纵波，波的振 动方向对传播方向无对称性的概念。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振2、自然光：各种振动面的光出现的机会相等,沿同一振动面的原子光波列的强度与振动面方向无关,称这种光为自然光。A、 自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的 、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的 光强等于自然光光强的一半。B、自然光的表示法： . . . . . . . . . . . . 武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振3、部
3、分偏振光：如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个 分量部分地削弱，所得的光线称为部分偏振光。部分偏振光表示法：. . . . . . 武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振4、线偏振光的表示法：. . . . . . . . .光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面斜交光矢量与屏平面斜交 武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振5、圆偏振光和椭圆偏振光这两种光的特点是在垂直于光的传播方向的平面 内，光矢量按一定频率旋转（左旋或右旋）。A、圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个圆 ，这种光叫圆偏振光。B、椭圆偏振光：如果光矢量端点轨迹是一个 椭圆，
4、这种光叫椭圆偏振光。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振偏振片偏振片： 有些薄膜材料能吸 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，这个方向称为偏振化方向。 偏 振 化 方 向自然 光振线偏 光偏振片2 起偏与检偏 马吕斯定律一、起偏与检偏称这些薄膜为偏振片。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振自然光通过偏振片后变为线偏振光，称为起偏起偏。偏 振 化 方 向自然光振线偏 光偏振片偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为检偏检偏。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物
5、理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九
6、章 光的偏振. . . . .起偏器检偏器自然光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . . .起偏器检偏器自然光线偏振光两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .检偏器自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. .
7、. .检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . .检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振. . . . .注意：自然光通过一个偏振片光强即变为原来光强的一半检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振检偏器偏 振化方向. .起偏器检偏器自然光线偏振光AIA00II0I=A A022马吕斯定律二、马吕斯定律=cosA02A022aA A0 acosAA0
8、=a检偏器前偏振光振动方向与检偏器aI0I=cos2a偏振化方向之间的夹角武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振讨论：I0=I0=I2. 此定律只适用于没有光吸收的理想偏马吕斯定律I0I=cos2a=0 ，当a， 2=a1. 当振片。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振n1 n2. . . .r以任意角度入射1、以任意角度入射时, 反射光和折射光都为部 分偏振光。实验和理论都表明：反射光中垂直于入 射面振动的光的强度 比较大，折射光中在 入射面内振动的光的 强度比较大。3 反射和折射时光的偏振i武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振2、以布儒斯特角入射 时，反射光为线偏振光，折
9、射光为部分偏振光。并且：. . .i0i0n1 n2900r以布儒斯特角入射90r0+=i0nsini sinr1n20=n21sini sinr0=sini sin0()90i00tg i=0tg i0n1n2=n21由折射定律：布儒斯特定律武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振A、自然光以布儒斯特角入 射时，反射光为线偏振光， 折射光为部分偏振光。如图注意：i0i n1 n290rB、线偏振光以布儒斯特 角入射时要注意，事实上 反射光只能反射偏振化方 向与入射面垂直的那部分 偏振光。C、反射光的光强只占 入射光强很小一部分。0. . .ii n1 n90r.200武汉工程大学 大学物理
10、 第十九章 光的偏振武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振利用玻璃堆获得偏振光.线偏振光自然光入射武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振一、实验发现1809年，法国人马吕斯(Malus)在寻求双折射现象 的数学理论时，深深地被方解石晶体奇妙的双折射性质 所吸引。传说1809年的一天傍晚，他站在家中的窗户旁 研究方解石晶体，当时夕阳西照，阳光从离他家不远的 巴黎卢森堡宫的窗户玻璃上反射到他这里。当他观察反 射光透过他手中的
11、方解石晶体成象时偶然发现，方解石 转到某一位置时，原本出现的两条双折射光线中有一条 意外的消失了。这一奇怪现象立即引起了他的注意。由 此，马吕斯想到玻璃反射时光被偏振化了。1812年，布儒斯特(Brewster)通过实验定量给出了 反射光偏振的规律。4 光的双折射武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振象折射现双折射现o光e光方解石晶体 CaCO3纸面二、双折射现象武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振寻常光线（o光）(ordinary rays)(extraordinray rays) 非常光线（e光）服从折射定律的光线不服从折射定律的光线. .eo.oeACDB三、寻常光与非常光武汉
12、工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振不服从折射定律指的是：1. 折射光线一般不在入射面内；2. 入射角的正弦与折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光线的方向有关。武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振光光当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时， o o光不动，光不动，e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双 折 射纸面纸面方解石晶体武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振光光当方解石晶体旋转时，当方解石晶体旋转时， o o光不动，光不动，e e光围绕光围绕o o光旋转光旋转双 折 射纸面纸面方解石晶体武汉工程大学 大学物理 第十九章 光的偏振7801020780 78010201020光轴光轴：在方解石这类晶体中存在 一个特殊的方向，当光线沿这一 方向传播时不发生双折射现象。 称这一方向为晶体的光轴。单轴晶体：只有一个光轴（方解石、石英）双轴晶体：有两个光轴（云母、硫磺）主截面：自然晶面法线
