大學(xué)物理第19章光的偏振

1、 偏振偏振光的振動(dòng)在其振動(dòng)平面內(nèi)具有特定的方向性，稱為光的偏振。光的振動(dòng)在其振動(dòng)平面內(nèi)具有特定的方向性，稱為光的偏振。偏振是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的特點(diǎn)，光的偏振現(xiàn)象是光屬于橫波的直偏振是橫波區(qū)別于縱波的最明顯的特點(diǎn)，光的偏振現(xiàn)象是光屬于橫波的直接證明。接證明。 光是橫波，若在一個(gè)垂直于傳播方向的平面內(nèi)觀察，可能會(huì)在某一個(gè)光是橫波，若在一個(gè)垂直于傳播方向的平面內(nèi)觀察，可能會(huì)在某一個(gè)方向上光振動(dòng)強(qiáng)，而另一個(gè)方向振動(dòng)弱。方向上光振動(dòng)強(qiáng)，而另一個(gè)方向振動(dòng)弱。EHu按照光的傳播方向與光矢量按照光的傳播方向與光矢量E E的關(guān)系可以把光分為以下三類：的關(guān)系可以把光分為以下三類：l完全偏振光：完全偏振光：l

2、非偏振光：非偏振光： 自然光自然光l部分偏振光：介于部分偏振光：介于兩者之間兩者之間的光的光線偏振光線偏振光 一、自然光與偏振光1.1.線偏振光（完全偏振光）線偏振光（完全偏振光） 若從垂直于光速平面觀若從垂直于光速平面觀察，察，一束光一束光的電矢量的電矢量E E只沿只沿一個(gè)固定的方向振動(dòng)，這樣一個(gè)固定的方向振動(dòng)，這樣的光稱為的光稱為線偏振光線偏振光，或，或完全完全偏振光偏振光。線偏振光的表示線偏振光的表示E播播傳傳方方向向振振動(dòng)動(dòng)面面面對(duì)光的傳播方向看面對(duì)光的傳播方向看 2.2.自然光自然光 普通光源發(fā)出的光，普通光源發(fā)出的光，是是大量不同振動(dòng)方向的光波列大量不同振動(dòng)方向的光波列組成的集合組

3、成的集合，在與光速垂直，在與光速垂直的平面內(nèi)，電矢量的平面內(nèi)，電矢量E E沿各個(gè)沿各個(gè)方向的平均值相等，沒(méi)有哪方向的平均值相等，沒(méi)有哪個(gè)方向占優(yōu)勢(shì)，這種光稱為個(gè)方向占優(yōu)勢(shì)，這種光稱為完全非偏振光，即自然光。完全非偏振光，即自然光。自然光的表示自然光的表示沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可沿任意給定的一束自然光可沿任意給定的方向分解為兩束振動(dòng)方向相方向分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光（沒(méi)有確定的相的線偏振光（沒(méi)有確定的相位差）。位差）。 3.3.部分偏振光部分偏振光 自然光與線偏振光混合自然光與線偏振光混合之后，使得垂直于光

4、速平面之后，使得垂直于光速平面內(nèi)的光振動(dòng)各個(gè)方向都有，內(nèi)的光振動(dòng)各個(gè)方向都有，但沿某一方向的振動(dòng)最強(qiáng)，但沿某一方向的振動(dòng)最強(qiáng)，與此方向垂直的方向最弱。與此方向垂直的方向最弱。這種光稱為這種光稱為部分偏振光。部分偏振光。部分偏振光的表示部分偏振光的表示部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、動(dòng)方向相互垂直的、不等幅不等幅的、不相干的線偏振光。的、不相干的線偏振光。 4.4.圓偏振光圓偏振光, , 橢圓偏振光橢圓偏振光右旋圓右旋圓偏振光偏振光右旋橢圓右旋橢圓偏振光偏振光 y yx z傳播方向傳播方向 /2x某時(shí)刻左旋圓偏

5、振光某時(shí)刻左旋圓偏振光E E隨隨z z的變化的變化E 0 一、偏振片的起偏與檢偏1.1.偏振片偏振片 在透明的基片上涂上一層定向排列的在透明的基片上涂上一層定向排列的“二向色性二向色性”晶粒的薄片叫晶粒的薄片叫偏振偏振片片。所謂。所謂“二向色性二向色性”晶粒是具有晶粒是具有選擇吸收性能選擇吸收性能的物質(zhì)，只允許沿特定方的物質(zhì)，只允許沿特定方向振動(dòng)的光波列通過(guò)，而對(duì)另一與之垂直方向的振動(dòng)光波列有強(qiáng)烈的吸收。向振動(dòng)的光波列通過(guò)，而對(duì)另一與之垂直方向的振動(dòng)光波列有強(qiáng)烈的吸收。 起偏起偏從自然光獲得偏振光的過(guò)程叫從自然光獲得偏振光的過(guò)程叫起偏起偏。檢偏檢偏檢查一束光線是否是偏振光的過(guò)程叫檢查一束光線是

6、否是偏振光的過(guò)程叫檢偏檢偏。檢偏器檢偏器起偏器起偏器線偏振光線偏振光自然光自然光自然光自然光線偏振光線偏振光無(wú)光無(wú)光2.2.起偏與檢偏起偏與檢偏 二、馬呂斯定律自然光通過(guò)偏振片后所得到的偏振光光強(qiáng)為原自然光光強(qiáng)的一半自然光通過(guò)偏振片后所得到的偏振光光強(qiáng)為原自然光光強(qiáng)的一半. .即即: :20II 線偏振光通過(guò)偏振片后所得到的偏振光光線偏振光通過(guò)偏振片后所得到的偏振光光強(qiáng)與原偏振光光強(qiáng)的的關(guān)系為強(qiáng)與原偏振光光強(qiáng)的的關(guān)系為: :20cosII 上述結(jié)論叫上述結(jié)論叫馬呂斯定律馬呂斯定律。cos0EE 證明oPoEE20cosII 例例如圖所示，在偏振化方向相互垂直的兩偏振片之間插入另一個(gè)偏如圖所示，

7、在偏振化方向相互垂直的兩偏振片之間插入另一個(gè)偏振片。問(wèn)新插入的偏振片的偏振化方向與原偏振化方向夾角為多大時(shí)，振片。問(wèn)新插入的偏振片的偏振化方向與原偏振化方向夾角為多大時(shí)，自然光入射時(shí)透過(guò)的光強(qiáng)最大。自然光入射時(shí)透過(guò)的光強(qiáng)最大。解：解：設(shè)第二個(gè)偏振片與第一設(shè)第二個(gè)偏振片與第一個(gè)偏振片的偏振化方向夾角個(gè)偏振片的偏振化方向夾角為為，由馬呂斯定律，透過(guò)，由馬呂斯定律，透過(guò)第二個(gè)偏振片后光強(qiáng)為：第二個(gè)偏振片后光強(qiáng)為：20212cos21cosIII透過(guò)第三個(gè)偏振片后光強(qiáng)為：透過(guò)第三個(gè)偏振片后光強(qiáng)為：2sin81cossin21)90(cos20220223IIIIoI1I2I3I所以當(dāng)所以當(dāng)為為4545

8、時(shí)出射光強(qiáng)最大。時(shí)出射光強(qiáng)最大。 一、反射與折射中的偏振 一般的講，當(dāng)自然光在某一般的講，當(dāng)自然光在某兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生反射與兩種介質(zhì)的界面上發(fā)生反射與折射時(shí)折射時(shí), ,反射光和折射光都是部反射光和折射光都是部分偏振光，分偏振光，反射光中垂直入射反射光中垂直入射面的光振動(dòng)較強(qiáng)，折射光中的面的光振動(dòng)較強(qiáng)，折射光中的平行于入射面的光振動(dòng)較強(qiáng)。平行于入射面的光振動(dòng)較強(qiáng)。入射面：入射面：入射線與入射點(diǎn)所在面元的法線構(gòu)成的平面稱入射線與入射點(diǎn)所在面元的法線構(gòu)成的平面稱為為入射面入射面。1n2ni 二、布儒斯特定律布儒斯特定律 當(dāng)自然光的入射角滿足如下條件時(shí)，反當(dāng)自然光的入射角滿足如下條件時(shí)，反射光是完

9、全偏振光且振動(dòng)方向垂直于入射面，射光是完全偏振光且振動(dòng)方向垂直于入射面，而折射光仍是部分偏振光。相應(yīng)的入射角即而折射光仍是部分偏振光。相應(yīng)的入射角即布儒斯特角布儒斯特角。21tanoninoi1n2n 討論由折射定律：由折射定律：布魯斯特定律布魯斯特定律21tanonin折射光與反射光折射光與反射光垂直！垂直！1.1.布儒斯特定律布儒斯特定律sinsin201nin20i0201cossinininoi1n2n 2.2.入射光是偏振光時(shí)入射光是偏振光時(shí)入射角為布儒斯特角入射角為布儒斯特角 例題例題(作業(yè)題作業(yè)題19.8)：以下五種情況下，以自然光或線偏振光從：以下五種情況下，以自然光或線偏振光從空氣中入射到兩種介質(zhì)的表面上時(shí)，問(wèn)反射光和折射光各屬空氣中入射到兩種介質(zhì)的表面上時(shí)，問(wèn)反射光和折射光各屬于什么性質(zhì)的光？圖中于什么性質(zhì)的光？圖中i0為布儒斯特角，為布儒斯特角， i i0 i .i0.i0 i i0. 光線以布儒斯特角從空氣