单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,光 的 偏 振,第 24 章,1,干涉、衍射,光的波动性,光的偏振,光波是横波,对传播方向不对称,对传播方向对称,横波,纵波,光矢量,2,形象说明偏振的原理,通光方向,腰横别扁担进不了城门,纵波,声波是否也有偏振现象？,3,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 反射和折射时间的偏振,24.4 双折射现象,4,教学根本要求,一,理解,自然光和偏振光。,二,理解,马吕斯定律和布儒斯特定律。,三,了解,双折射现象。,5,24.1 光的偏振状态,一、非偏振光,二、完全偏振光,三、局部偏振光,6,一、非偏振光,非偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，包含有各个方向的光矢量，在全部可能的方向上的振幅都相等。,一般光源发出的光为自然光。,初相,互不相关,振动方向,互不相关且随机分布,缘由：参与发光的大量的原子或分子各次发出的光的波列,自然光,7,自然光的光矢量可以用两个,相互独立,、,振幅相等,、,振动方向相互垂直,的分振动来表示。,符号表示,注 意,各光矢量间无固定的相位关系。,二相互垂直方向是任选的。,两光矢量振幅相等，各具有一半的振动能量。,8,二、,完全偏振光,：在垂直于光传播方向的平面内，,光矢量,只沿,一个固定的方向,振动。,振动面,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：,E,E,y,E,x,y,x,线偏振光表示法：,光振动垂直板面,光振动平行板面,1,线偏振光,面对光的传播方向看,光矢量,9,2,椭圆偏振光(圆偏振光),光矢量大小转变,右旋椭圆,偏振光,右旋圆,偏振光,观测,0,y,y,x,z,传播方向,/2,x,某时刻右旋圆偏振光,E,随,z,的变化,E,观测,光矢量大小保持不变,线、圆和椭圆偏振光,完全偏振光,10,圆和椭圆偏振光可看成是两束频率一样、传播方向全都、振动方向相互垂直、相位差恒定的线偏振光的合成。,x,相位超前,y,相位,/2,x,y,x,，,y,振幅相同,x,y,x,相位落后,y,相位,/2,11,三、局部偏振光,表示法：,局部偏振光含有自然光和完全偏振光两种成分，可看成是自然光和线偏振光的混合。,分解,不相干,平行板面的光振动较强,垂直板面的光振动较强,天空中的散射光和水面的反射光均为局部偏振光。,局部偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。,12,24.2 线偏振光的获得与检验,一、起偏与检偏,二、马吕斯定律,三、偏振片的应用,13,偏振片,：只让一个方向的光振动通过的光学元件。,检偏器,起偏器,最亮,最暗,自然光,偏振光,一、起偏与检偏,光振动通过的方向叫偏振片的,偏振化方向,。,14,偏振光,通过旋转的检偏器，光强发生变化；,自然光,通过旋转的检偏器，光强不变。,注 意,15,消光,不变,入射光,入射光,入射光,线偏振,自然光,局部偏振,光强变化,入射光,出射光,观察出射光强的变化,三类入射光,16,二、马吕斯定律,设P,1,、P,2,分别表示起偏器和检偏器的偏振化方向，,为它们之间的夹角,P,1,P,2,A,0,设投到检偏器和透过检偏器的光强分别为,I,0,和,I,，则,马吕斯定律,一束自然光通过一块偏振片时，其光强变为原来的,一半,。,注 意,17,在两块正交偏振片P1、P3 之间插入另一块偏振片 P2，光强为I0 的自然光垂直入射于偏振片P1，争论转动 P2透过 P3的光强 I3 与转角的关系。,争论,18,假设 在02 间变化，I3 如何变化？,19,思考题 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过，当其中一偏振片缓慢转过1800时透射光强度发生的变化是 。,A光强单调增加B光强先增加，然后削减至零C光强先增加，后减小，再增加D光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零,B,20,例24.1 一束光是线偏振光与自然光的混合，合光强为 I0，当它通过一块偏振片时，觉察透射光强随偏振片的取向可变化 5倍，不计吸取，求入射光束中这两 个成分所占的比例。,解：,设该光束中线偏振光的强度为,I,01,，自然光的强度为,I,02,，则,由马吕斯定律，该光束通过偏振片后光强为：,且,I,max,=5,I,min,21,三、偏振片的应用,偏振片的应用很多，例如：,作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的,反射光。,制成偏光眼镜，可观看立体电影。,作为很多光学仪器中的起偏和检偏装置。,22,C,用偏光镜几乎消退了反射偏振光 使玻璃门内的人物清晰可见,A,玻璃门外表的反光很强,B,用偏光镜减弱了反射偏振光,23,24.3 反射和折射时间的偏振,自然光,反射光,折射光,垂直振动能量大于平行振动能量,平行振动能量大于垂直振动能量,i,M,N,理论和实践都证明：反射光和折射光的偏振化程度与入射角,i,有关。,反射光是线偏振光，且光振动垂直于入射面，而折射光仍为局部偏振光。,当入射角等于某一特定值ib，ib满足：,局部偏振光,局部偏振光,自然光,24,i,b,叫,布儒斯特角,，或称为,起偏振角,。这时折射光的偏振化程度最大。,i,b,M,N,可以证明：当入射角等于,起偏振角,时，反射光线和折射光线垂直。,证明：,比较上两式得：,即反射光线和折射光线垂直。,r,25,说明：,1、当入射角等于起偏振角时，反射光是线偏振光，光振动垂直于入射面，但光强很弱，垂直振动的能量约有15被反射；折射光是局部偏振光，光强很大，85的垂直振动能量及全部平行振动能量都被折射。自然光从空气射向玻璃，,2、为了增加反射光的强度及折射光的偏振化程度，可用多层玻璃进展折射和反射。,i,b,自然光,线偏振光,部分偏振光,(接近于线偏振光),26,争论,争论以下光线的反射和折射起偏振角ib,27,例24.2 一束光以起偏振角ib入射到平面玻璃的上外表，试证明玻璃下外表的反射光亦为线偏振光。,证明,：,i,b,i,b,可见r正是玻璃下外表的起偏振角，所以下外表的放射光也是线偏振光。,r,n,1,n,2,界面2的反射光是线偏振光且光矢量振动方向垂直于入射面,28,例24.3,一束自然光以某一角射到平面玻璃板上，反射光恰为线偏振光，且折射光的折射角为32,0,，求：(1)自然光的入射角；(2)玻璃的折射率；(3)经过玻璃片后透射光的偏振状态。,解：,(1)反射光为线偏振光时，反射光与折射光垂直,i,b,i,b,透射光为局部偏振光。,29,24.4 双折射,一、双折射的概念,二、晶体的光学性质,三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法,四、,格兰,汤姆逊偏振棱镜,.,30,i,一、双折射的概念,1、双折射：,n,1,n,2,r,o,r,e,(各向异,性介质),自然光,o,光,e,光,2、寻常o光和非寻常e光,o光,：,遵从折射定律,e光：,一般不遵从折射定律,e光折射线也不愿定在入射面内。,各向异性介质分界面时，,一束光入射到,折射光分成两束的现象。,31,双折射会映射出双像,32,方解石,o,e,e,o,以入射方向为,轴旋转方解石,方解石,偏振片,双折射的两,束光振动方,向相互垂直,方解石的双折射,33,当方解石晶体旋转时，,e光的像围绕 o,光的像旋转。,o,光的像不动，,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,o光的像,e光的像,34,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,连续旋转方解石晶体：,35,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,连续旋转方解石晶体：,36,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,连续旋转方解石晶体：,37,光,光,双,折,射,纸面,方解石,晶体,连续旋转方解石晶体：,38,1、晶体的光轴,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。,例如，自然方解石冰洲石晶体的光轴：由钝顶角引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴。,光轴是一个特殊的方向，,单轴晶体：,只有一个光轴的晶体，,如方解石。,双轴晶体：,有两个光轴的晶体，,如云母。,均为光轴(即并不限于一条特殊的直线)。,凡平行于此方向的直线,二、晶体的光学性质,分类,：,39,方解石的光轴,40,2、主平面,晶体中光的,传播方向,与,晶体光轴,构成的平面,o光,光轴,o光的,主平面,e光,光轴,e光的,主平面,叫该光线的,主平面,。,o光,的振动方向,垂直,于光的,主平面。,e光,的振动方向则在于光的,主平面内,。,41,o光：,n,o,，,n,e,称为,晶体的,主折射率,正晶体：,n,e,n,o,负晶体：,n,e,n,o,v,o,t,v,e,t,光轴,点波源,点波源,v,o,t,v,e,t,光轴,e光：,(,v,e,v,o,),如：石英,如：方解石,v,o,t,光轴,光轴,v,e,t,v,o,t,3、晶体的主折射率，正晶体、负晶体,42,e,e,三、单轴晶体中光传播的惠更斯作图法,1、光轴平行晶体外表，自然光垂直入射,光轴,晶体,o,、,e方向上虽没分开，,以,负晶体(,v,e,v,o,),为例：,o,o,但速度上是分开的，,这仍是双折射。,以惠更斯原理为依据的惠更斯作图法，,是争论光在晶体中传播的重要方法。,43,o,e,2、光轴平行晶体外表，且垂直入射面,晶体,光轴,r,e,i,v,o,t,v,e,t,o,e,c,t,自然光斜入射,在这种特殊的状况下，对e 光也可以用折射定律。,r,o,44,3、光轴与晶体外表斜交，自然光垂直入射,e,方解石,光轴,o,o,o,e,e,晶体,光轴,45,玻璃,n,=1.655 胶合剂,n,=1.655,方解石,n,o,=1.6584，,n,e,=1.4864,格兰,汤姆逊偏振棱镜,.,四、,光轴,对在水平线上下不超过 的入射光均适用。,可从自然光获得偏振程度很高的线偏振光。,46,温 馨 提 示,同步习题确定要做！而且最好全做！,对选择和填空题确定要理解，而不是去死记硬背！,计算题确定要理解！,习题不要往后拖，学完一局部完成一局部！,祝大家学习快乐，万事如意！,47,完成作业：,4.5-16，4.5-18,4.5-19,谢 谢 大 家,人一能之，己百之；人十能之，己千之！,48,