大学物理课件-光的偏振.ppt
在垂直于传播方向平面内，光矢量的振动状态（端点轨迹），称为光的偏振态;振动方向与传播方向构成平面，称为振动面。,一、偏振光（polarized light),光矢量端点轨迹随时间变化轨迹是确定的，称为偏振光。,1.线偏振光（linearly polarized light）,光矢量只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光，也称为平面偏振光。,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,表示法：,2.圆偏振光（circularly polarized light）,椭圆偏振光（ellipticly polarized light）,为某个确定值的线偏振光的合成。,右旋圆偏振光的合成。,圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、,传播方向一致、,振动方向相互垂直、,相位差,线偏振光则可以看成是两束频率相同、,相位相同、,振幅相同、,传播方向亦相同的,左、,相位差/2或3/2,和 2,二、自然光（natural light）,垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,一束自然光可分解为两束振动方向相互,光矢量 取向是杂乱无章的、对于光的传播方向是对称分布的,称为自然光。,表示法：,三、部分偏振光,表示法：,部分偏振光可看成,自然光和线偏振光混合,部分偏振光可以分解如下：,光矢量沿某一方向振动比其它方向占优势，称为部分偏振光。,一、偏振片（Polaroid）,原理：利用“二向色性”晶体制成。,允许通过光振动的方向称为偏振化方向，即透光轴。,线偏振光的起偏：,自然光入射时,二、马吕斯定律（Malus law）,M:起偏器,N:检偏器,Io 与 I 关系：,马吕斯定律,透射光最大,透射光为零,三、线偏振光的检偏,若 I 不变,若 I 变有消光,若 I 变无消光,或由线偏振光与自然光混合而成的部,设入射光可能是,自然光或线偏振光,分偏振光,线偏,自然,部分,四、偏振片的应用,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。,若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装 上偏振片，可以避免汽车会车时灯光 的晃眼。,作为许多光学仪器中的起偏和检偏装 置。,与地面成45角、且向同一方向倾斜,怎样装?,立体电影,一、反射起偏 布儒斯特定律,2当取某一入射角 i0 时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，折射光为部分偏振光。i0 称为布儒斯特角（起偏角）。,反射光垂直入射面分量(S)比例大,折射光平行入射面分量(P)比例大,1自然光反射和折射后成为部分偏振光,偏振化程度与入射角有关。,布儒斯特定律,此时有：i0+r=90o,二、折射起偏玻璃片堆,利用玻璃片堆使折射光趋近与P偏振光,用玻璃片堆能增强反射偏振光的强度,在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反射光的干扰？,有反射光干扰的橱窗,在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰,一、双折射现象,1.双折射,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光折射线也不一定在入射面内。,一束光入射到各向异性介质时，折射光分成两束的现象。,方解石,o,e,演示,以入射方向为轴旋转方解石,双折射的两束光振动方向相互垂直,3.晶体的光轴(optical axis of crystal),光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发,例如，方解石晶体（冰洲石）,光轴是一个特殊的方向，,一个光轴的晶体，如方解石。,两个光轴的晶体，如云毋。,由钝隅引出的与三个棱边成等角的方向就是光轴。,该方向称为晶体的光轴。,生双折射，,于此方向的直线均为光轴。,凡平行,单轴晶体：,双轴晶体：,4.主平面（principal plane）,10 o光振动垂直主平面，e光振动在主平面内。,晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面叫该束光的主平面。,晶体解理面的法线与晶体光轴构成的平面称为晶体的主截面。,2o 通常o、e光主平面不重合，两者振动方向不垂直。当入射面与主截面重合时，两者主平面与主截面重合，振动方向垂直。,5.折射率(refractive index),光矢量垂直与光轴振动的光波折射率no、平行与光轴振动的光波折射率ne称为晶体的主折射率。,单轴晶体中，o光折射率始终是no；e光的折射率介于no ne之间，当传播方向垂直于光轴方向时，折射率是ne。,二、尼科耳棱镜（Nicol prism),制作：,原理：,全反射,一、偏振光干涉装置,二、偏振光干涉的分析,在P2 后：,在P1 后：,通过晶体C后的相位差是,再通过P2 后：,（明）,单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。,（暗）,石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）,单色光入射，d不均匀，则屏上为等厚条纹。,于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，,若白光入射，且晶片d 均匀，,则：屏上由,若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。,硫酸钠晶片的色偏振图片,一、人工双折射,人为使各向同性介质转化造成各向异性介质，而产生双折射效应，称为人工双折射。,1.光弹效应（photoelastic effect）,由于受力作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为光弹效应。,在一定应力范围内：,k是比例系数,模型的光弹图象,钓钩的图象光弹,2.电光效应（photoelastic effect）,由于电场作用，使各向同性介质转化造成各向异性介质，称为电光效应。,泡克尔斯效应,应用：,可作为光开关（响应时间10-9s），,用于高速摄影、,激光通讯、,光速测距等,二、旋光现象（roto-optical phenomena),1.物质的旋光性（optical activity）,除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性。,1811年，法国物理学家阿喇果（Arago）,其振动面能发生旋转，,发现，,线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时,这称为旋光现象。,a 旋光率,旋转的角度：,旋光率 a 与旋光物质和入射波长有关，,对于溶液，与浓度有关：,可以有左旋体和右旋体.,物质旋光性和物质原子排列结构有关的，,2.磁致旋光（magnetic opticity）,一些物质在磁场作用下，也会产生旋光现象，称为磁光效应。,水、二硫化碳、,食盐等,是磁致旋光物质。,旋转的角度:,V 费德尔常量，,磁致旋光效应的应用：,研究物质结构,测电流和磁场,磁光调制,1.马吕斯,2.布儒斯特,3.双折射,例1.,两个偏振片组成结构，在它们偏振化方,向成30o角时，观测一束自然光；又在60o角时，观测另一束自然光。两次测得透射光强度相同，求两束自然光强度。,解：,设两束自然光强度是I1、I2,透射光强度是：,，则,例2.,求：透射光强,偏振片，透射光强为，若这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 角。,使自然光通过两个偏振化方向成 角,透射光强为：,解：,例3.,令其通过旋转着的偏振片，若测得出射光的最大光强为，最小光强为，则混合光中偏振光和自然光的强度各为多少？,一束混合光包含线偏振光和自然光，,解：,例4,水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.50,1光由水中射向玻璃反射时,布儒斯特角为多少?,2光由玻璃射向水中反射时,布儒斯特角为多少?,解:,例5.,它在界面同一侧的布儒斯特角时多少?,解:,光在某两种媒质界面上全反射临界角是,根据全反射特性有:,由布儒斯特定律有:,
