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1、第第20章章 光的偏振光的偏振光的干涉、衍射光的干涉、衍射 光的光的波动性波动性 .机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别:机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝横波有偏振现象横波有偏振现象第第20章章 光的偏振光的偏振振动相对于传播方向的不对称性，称为振动相对于传播方向的不对称性，称为偏振性偏振性。 光的偏振光的偏振 光波是光波是横波横波. 自然光自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量，且在所有可能的方向上的振幅都相等向的光矢量，且在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光（轴对称）这样的光叫自然光 . 自然光可以用互相自然光可以用互相垂
2、直垂直的互的互为独立的振幅相等的光振动表示为独立的振幅相等的光振动表示 , 并各具有并各具有一半一半的振动能量的振动能量 .符号表示符号表示没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解20-120-1 自然光自然光 偏振光偏振光一、自然光一、自然光一、自然光一、自然光 偏振光偏振光偏振光偏振光 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方：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向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .符号表示符号表示光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光 .振动面振动面2 2、
3、偏振片的起偏和检偏、偏振片的起偏和检偏、偏振片的起偏和检偏、偏振片的起偏和检偏起偏起偏：使自然光（或非偏振使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。光）变成线偏振光的过程。检偏检偏：检查入射光的偏振性。：检查入射光的偏振性。自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光1、偏振片、偏振片 偏振化方向：偏振化方向：只允许沿某一特定振动方向的光通过的光学器件只允许沿某一特定振动方向的光通过的光学器件。偏振片允许通过的光矢量的振动方向。偏振片允许通过的光矢量的振动方向。 偏振片：偏振片：偏偏振振化化方方向向二、二、 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 自然光通过偏振片后成为线偏振光，线偏振光自然光通
4、过偏振片后成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。 自然光通过旋转的检偏器自然光通过旋转的检偏器 -光强不变光强不变偏振光通过旋转的检偏器偏振光通过旋转的检偏器两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直, 光强为零光强为零-光强变化光强变化当当 P1 / P2 时，时，透射光最强。透射光最强。当当 P1 P2 时，时，透射光为透射光为0。实验发现实验发现消光消光起偏器起偏器检偏器检偏器I?P待检光待检光I不变不变？是什么光？是什么光I变，有消光变，有消光？是什么光？是什么光I变，无消光变，无消光？是什么光？是什么光问题问题三三
5、. 马吕斯定律马吕斯定律强度为强度为I1的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为：的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为： -线偏振光的振动方向与检偏线偏振光的振动方向与检偏器的偏振化方向之间的夹角。器的偏振化方向之间的夹角。 例：两偏振片偏振化方向夹角为例：两偏振片偏振化方向夹角为 则有：则有： 解：解：设两偏振片偏振化设两偏振片偏振化方向间的夹角为方向间的夹角为 ，（1）(2) 三个偏振片时，中间偏振片三个偏振片时，中间偏振片与前后两偏振片夹角均为与前后两偏振片夹角均为30例例:两两个个偏偏振振片片叠叠放放在在一一起起，强强度度为为I0的的入入射射自自然然光光垂垂直直照照射其上，透射光强为射
6、其上，透射光强为I0 /8，求：求：1) 这两个偏振片的偏振化方向的夹角？这两个偏振片的偏振化方向的夹角？ 2) 若若在在两两偏偏振振片片中中间间再再插插入入另另一一偏偏振振片片，其其偏偏振振化化方方向向与与前前后后两两片片偏偏振振片片的的偏偏振振化化方方向向夹夹角角相相等等，那那么么通通过过三三个偏振片后的透射光强又是多少个偏振片后的透射光强又是多少？ 自然光自然光Io 由马吕斯定律由马吕斯定律例例 : 强度为强度为Io自然光连续通过三个叠在一起的偏振片自然光连续通过三个叠在一起的偏振片A、B、C，A C，求最大求最大透射光强。透射光强。解解 : 设偏振片设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为偏
7、振化方向间的夹角为 ，有，有 ABC自然光自然光Io 透射光强为透射光强为可见可见最大最大透射光强为透射光强为例例: 一束光是自然光和线偏振光的混合。当它通过一一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偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5倍，倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。解解: 设入射光中自然光的光强为设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强为，线偏振光的光强为I2，则透射光强，则透射光强即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。四四四四. . 偏振
8、光的应用偏振光的应用偏振光的应用偏振光的应用汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜1. 1. 防止对面来的灯光耀眼防止对面来的灯光耀眼2.立体电影立体电影原理：利用人眼的双眼效应原理：利用人眼的双眼效应有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰消除了反射光的干扰 自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射时，不但射时，不但光的传播方向要改变光的传播方向要改变，而且，而且光的偏振状态也光的偏振状态也要改变要改变，所以反射光和折射光都是部分偏振光。，所以反射
9、光和折射光都是部分偏振光。20-2 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一、反射和折射时光的偏振一、反射和折射时光的偏振自然光自然光部分部分偏振光偏振光反射反射和和折射折射的偏振化程度与入射角有关。的偏振化程度与入射角有关。部分部分偏振光偏振光 实验发现实验发现:在反射光中垂直于在反射光中垂直于入射面的光振动多于平行振动入射面的光振动多于平行振动;而在折射光中平行于入射面的而在折射光中平行于入射面的光振动多于垂直振动。光振动多于垂直振动。二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律自然光自然光线偏振光线偏振光部分部分偏振光偏振光当入射角等于某一当入射角等于某一特定值特定值i0，且满足且满足时反射光成为线偏
10、振光。时反射光成为线偏振光。布儒斯特角布儒斯特角当入射角为当入射角为 i0 时，反射线和折射线正交，即时，反射线和折射线正交，即即即结论结论自然光自然光线偏振光线偏振光部分部分偏振光偏振光利用玻璃片堆产生线偏振光利用玻璃片堆产生线偏振光i0(接近线偏振光接近线偏振光)玻璃片堆玻璃片堆最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光1.自然光以自然光以 60 的入射角照射到某一透明介质表面时，的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：反射光为线偏振光，则知： B （A）折射光为线偏振光）折射光为线偏振光, 折射角为折射角为 30 ；（B）折射光为部分偏振光
11、，折射角为）折射光为部分偏振光，折射角为 30 ；（C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；）折射光为线偏振光，折射角不能确定； （D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；2.一束自然光自空气射向一块平板玻璃一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图如图)，设入射角等于布儒斯特角，设入射角等于布儒斯特角i0，则在界面则在界面 2 的反射光的反射光 B （A）光强为零；）光强为零；（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面； （C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于
12、入射面；（D）是部分偏振光。）是部分偏振光。一一一一. . 双折射现象双折射现象双折射现象双折射现象 对于对于各向异性晶体各向异性晶体，一束光射入晶体后，一束光射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。可以观察到有两束折射光的现象。n1n2io光光e光光(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光寻常光线寻常光线(o光光) -遵守折射定律遵守折射定律非常光线非常光线(e光光) -不遵守折射定律不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光。光都是线偏振光。20-3 双折射双折射光光双双折折射射纸面纸面光光方解石方解石 晶体晶体例如：例如：白纸上写一个光字，将方解石放在纸上，可白纸上写一个光字，将方解石放
13、在纸上，可观察到两个光字，旋转方解石，一个字不动，另一观察到两个光字，旋转方解石，一个字不动，另一个子旋转。个子旋转。光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光光光光双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体 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光旋转光旋转二、二、二、二、 晶体的光轴与主平面晶体的光轴与主平面晶体的光轴与主平面晶体的光轴与主平面 当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折射，该方
14、向称为折射，该方向称为晶体的光轴晶体的光轴。“光轴光轴”是一是一特殊的特殊的“方向方向” 。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：只有一个光轴的晶体双轴晶体双轴晶体：有两个光轴的晶体：有两个光轴的晶体AB光轴光轴102主平面：主平面：晶体内任一光线和光轴所决晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此光线的主平面。定的平面为此光线的主平面。光轴光轴方解石方解石o光的振动方向与它的主平面垂直，光的振动方向与它的主平面垂直，e光的振动方向与它的主平面平行。光的振动方向与它的主平面平行。e光和光和o光的电矢量振动方向垂直光的电矢量振动方向垂直。O光
15、波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴光轴 寻常光线寻常光线 在晶体中在晶体中各方向上传播速度相同各方向上传播速度相同. . 常量常量 非常光线非常光线 晶体中各晶体中各方向上传播速度不同方向上传播速度不同, ,随随方向改变而改变方向改变而改变. .三三. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体 no ，ne 称为称为晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体：正晶体：ne no负晶体：负晶体：ne no(ve vo)点波源点波源vo tve t光轴光轴 石英石英vo tve t光轴光轴 点波源点波源方解石方解石如石英晶体如石英晶体如方解石晶体如方解石晶体负晶体负晶体对对o光偏折
16、大，对光偏折大，对e光偏折小。光偏折小。正晶体正晶体对对o光偏折小，对光偏折小，对e光偏折大。光偏折大。 单一的方解石晶体产生的单一的方解石晶体产生的o、e偏振光靠得很近，尼偏振光靠得很近，尼克尔棱镜可使两束光分得较开。克尔棱镜可使两束光分得较开。将加工后的两块方解石用加拿大胶粘合起来制成。将加工后的两块方解石用加拿大胶粘合起来制成。光轴光轴加拿大胶加拿大胶四、尼克尔棱镜四、尼克尔棱镜对于对于e光光可以透过，则获得偏振光。可以透过，则获得偏振光。对于对于o光光产生全反射产生全反射尼科耳棱镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏(A) 传播方向相同传播方向相同,光矢量的振光矢量的振动方向互相
17、垂直动方向互相垂直. C (D) 传播方向不相同传播方向不相同,光矢量的光矢量的振动方向不互相垂直振动方向不互相垂直.(C) 传播方向不相同传播方向不相同,光矢量的光矢量的振动方向互相垂直振动方向互相垂直.(B) 传播方向相同传播方向相同,光矢量的振光矢量的振动方向不互相垂直动方向不互相垂直.例例. ABCD 为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与面内且与AB 成一锐角成一锐角q ,如图所示如图所示.一束平行的单色自一束平行的单色自然光垂直于然光垂直于 AB 端面入射端面入射.在方解石内折射分解为在方解石内折射分解为 o 光光和和 e 光光, o 光和光和 e 光的光的 :
