大學(xué)物理-物理光學(xué)

物理光學(xué)第五章什么是物理光學(xué)？光學(xué)幾何光學(xué)物理光學(xué)波動(dòng)光學(xué)量子光學(xué)以光線為基礎(chǔ)，研究光的傳播和成像規(guī)律，不涉及光的本性。從波動(dòng)角度研究光的各種現(xiàn)象。從粒子角度研究光的各種現(xiàn)象。光是一種電磁波平面電磁波方程真空中的光速可見光的范圍

光矢量用矢量表示光矢量,它在引起人眼視覺和底片感光上起主要作用.主要內(nèi)容§5-1光度學(xué)基礎(chǔ)§5-2光的干涉§5-3光的衍射§5-4光的偏振§5-5光的其他現(xiàn)象

旋光現(xiàn)象光的吸收光的散射§5.1光度學(xué)基礎(chǔ)光度學(xué)是一門研究光強(qiáng)弱的學(xué)科輻射通量

定義：單位時(shí)間內(nèi)，光波通過面積為dS截面的能量。單位：瓦不同顏色的光，在輻射通量相同的情況下使人眼感到的明亮程度不同。視見函數(shù)實(shí)驗(yàn)表明，較明亮條件下，人眼對(duì)波長為555nm的綠光最為敏感定義：

在亮暗感覺相同的條件下，波長555nm的光功率和某波長的光功率之比

光通量考慮人眼的視覺因素，將視見函數(shù)作為權(quán)重引入輻射通量，描述視覺感受到的光功率的量基于上述考慮，光通量和入射光的輻射通量和視見函數(shù)的乘積成正比

R為光功當(dāng)量，R=683lm/W單位：

流明（lm）1W555nm波長的光的光通量為683lm。發(fā)光強(qiáng)度定義：點(diǎn)光源在某方向立體角dΩ內(nèi)的光通量是dF，則在該方向上的發(fā)光強(qiáng)度為單位：

坎德拉（cd）1cd=1lm/sr照度一個(gè)被光照射的面，其照明情況可用照度描述定義：

如在面元dS上接受到的光通量為dF,則此面元上的照度為單位：勒克斯（lx）1lx=1lm/m2前面我們引入了多個(gè)單位：流明，坎德拉和勒克斯，在實(shí)際應(yīng)用中，需選定其中一個(gè)作為基本單位，其他作為導(dǎo)出單位在光度學(xué)中選定發(fā)光強(qiáng)度的單位坎德拉作為基本單位。1979年國際計(jì)量大會(huì)規(guī)定：坎德拉是發(fā)出540×1012Hz頻率的單色光源在給定方向上的發(fā)光強(qiáng)度，在該方向上的輻射強(qiáng)度為（1/683）W/sr坎德拉是國際單位制中七個(gè)標(biāo)準(zhǔn)單位之一-長度-米-溫度-開爾文-時(shí)間-秒-質(zhì)量-千克-電流-安培-物質(zhì)的量-摩爾-發(fā)光強(qiáng)度-坎德拉豐富多彩的干涉現(xiàn)象水膜在白光下白光下的肥皂膜§5.2光的干涉蟬翅在陽光下蜻蜓翅膀在陽光下白光下的油膜肥皂泡玩過嗎?1、光的相干性一、光波的干涉條件:振動(dòng)方向相同，頻率相同，位相差恒定相干條件兩列波必須：相長干涉相消干涉振動(dòng)方向相同，頻率相同，位相差2kπ振動(dòng)方向相同，頻率相同，位相差(2k+1)π二、相長相消的判據(jù)據(jù)波的相位傳播公式相長相消兩個(gè)相同相位出發(fā)的兩列波x1x2三、光程光在介質(zhì)中的速度光在真空中的速度真空中的波長介質(zhì)的折射率介質(zhì)中的波長

相位差物理意義：光在媒質(zhì)中通過的幾何路程r相當(dāng)于真空中的路程nr.這樣就可以將不同媒質(zhì)中光的傳播都折算為在真空中的傳播。介質(zhì)中的波長1)光程:媒質(zhì)折射率與光的幾何路程之積=*P*2）光程差

(兩光程之差)光程差干涉加強(qiáng)相位差干涉減弱*P*AB透鏡對(duì)光程的影響AB焦平面（透鏡只改變光路，不引起附加的光程差）四、普通光源的發(fā)光特點(diǎn)一個(gè)原子兩次發(fā)光隨機(jī)不相干兩個(gè)原子同時(shí)發(fā)光也不相干隨機(jī)間歇大量原子隨機(jī)發(fā)光，彼此不滿足相干條件從普通光源中獲得相干光的原則：從一個(gè)原子一次發(fā)光中獲得基本方法先分光然后再相遇分波面法分振幅法五、利用普通光源獲得相干光的方法分波面法：從一次發(fā)光的波面上取出兩部分再相遇滿足相干條件相遇區(qū)分束裝置分振幅法：一支光線中分出兩部分再相遇薄膜上表面下表面12分束相遇光的干涉分波陣面干涉分振幅干涉（薄膜干涉）楊氏雙縫干涉勞埃德鏡菲涅耳雙鏡等傾干涉等厚干涉牛頓環(huán)劈尖邁克爾遜干涉儀托馬斯·楊(1773-1829)托馬斯·楊像

兩歲認(rèn)字，四歲能讀圣經(jīng)，23歲獲醫(yī)學(xué)學(xué)位。因牛頓反對(duì)波動(dòng)說，光的微粒說在百年中占了上風(fēng)，波動(dòng)說幾乎銷聲匿跡。面對(duì)牛頓如日中天的氣勢(shì)，楊以不唯名的勇敢精神說：“盡管我仰慕牛頓的大名，但我并不因此非得認(rèn)為他是百無一失的。我遺憾地看到他也會(huì)弄錯(cuò)，而他的權(quán)威也許有時(shí)甚至阻礙了科學(xué)的進(jìn)步?！?、

楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)楊氏雙縫干涉實(shí)驗(yàn)波程差p實(shí)驗(yàn)裝置DD減弱加強(qiáng)暗紋明紋pD討論條紋間距明暗條紋的位置1）條紋間距與的關(guān)系;若變化，則將怎樣變化？一定時(shí)，暗紋明紋一定時(shí)，若變化，則將怎樣變化？1）2）

條紋間距與的關(guān)系如何？一定時(shí)，白光入射的楊氏雙縫干涉照片紅光入射的楊氏雙縫干涉照片雙縫干涉光強(qiáng)分布合光強(qiáng)干涉項(xiàng)若其中則光強(qiáng)分布圖紫光光強(qiáng)分布圖波長不同條紋間距不同紅光光強(qiáng)分布圖

例以單色光照射到相距為0.2mm的雙縫上,雙縫與屏幕的垂直距離為1m.(1)從第一級(jí)明紋到同側(cè)的第四級(jí)明紋的距離為7.5mm,求單色光的波長;(2)若入射光的波長為600nm,求相鄰兩明紋間的距離.解（1）（2）P菲涅耳雙鏡D勞埃德鏡

半波損失：光從光速較大的介質(zhì)射向光速較小的介質(zhì)時(shí)反射光的相位較之入射光的相位躍變了π，相當(dāng)于反射光與入射光之間附加了半個(gè)波長的波程差，稱為半波損失.PMLPL3、薄膜干涉（等傾）DC34E5A1B2反射光的光程差加強(qiáng)減弱PLDC34E5A1B2透射光的光程差注意：透射光和反射光干涉具有互補(bǔ)性，符合能量守恒定律.根據(jù)具體情況而定PLDC34E5A1B2當(dāng)光線垂直入射時(shí)當(dāng)時(shí)當(dāng)時(shí)★等傾干涉的實(shí)驗(yàn)觀察★解(1)例一油輪漏出的油(折射率=1.20)污染了某海域,在海水(=1.30)表面形成一層薄薄的油污.(1)如果太陽正位于海域上空,一直升飛機(jī)的駕駛員從機(jī)上向下觀察,他所正對(duì)的油層厚度為460nm,則他將觀察到油層呈什么顏色?(2)如果一潛水員潛入該區(qū)域水下,又將看到油層呈什么顏色?綠色(2)透射光的光程差紅光紫光紫紅色鏡頭顏色為什么發(fā)紫?

增透膜和增反膜?。ㄔ鰪?qiáng)）氟化鎂為增透膜利用薄膜干涉可以提高光學(xué)器件的透光率.為了增加透射率,求照相機(jī)上氟化鎂膜的最小厚度.已知空氣,氟化鎂,減弱解

則23玻璃SM劈尖角1.劈尖明紋暗紋4、等厚干涉劈尖干涉（明紋）（暗紋）討論1）劈尖為暗紋.3）條紋間距（明紋或暗紋）2）相鄰明紋（暗紋）間的厚度差劈尖干涉每一條紋對(duì)應(yīng)劈尖內(nèi)的一個(gè)厚度，當(dāng)此厚度位置改變時(shí)，對(duì)應(yīng)的條紋隨之移動(dòng)。

4）干涉條紋的移動(dòng)

例有一玻璃劈尖,放在空氣中,劈尖夾角,用波長的單色光垂直入射時(shí),測得干涉條紋的寬度,求這玻璃的折射率.解2）測膜厚1）干涉膨脹儀劈尖干涉的應(yīng)用空氣3）檢驗(yàn)光學(xué)元件表面的平整度4）測細(xì)絲的直徑2.牛頓環(huán)由一塊平板玻璃和一平凸透鏡組成光程差

牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)裝置牛頓環(huán)干涉圖樣觀察鏡SLM半透半反鏡TR光程差明紋暗紋rd暗環(huán)半徑明環(huán)半徑

4）應(yīng)用例子:可以用來測量光波波長，用于檢測透鏡質(zhì)量，曲率半徑等.

1）從反射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？從透射光中觀測，中心點(diǎn)是暗點(diǎn)還是亮點(diǎn)？2）屬于等厚干涉，條紋間距不等，為什么？3）將牛頓環(huán)置于的液體中，條紋如何變？

工件標(biāo)準(zhǔn)件暗環(huán)半徑明環(huán)半徑討論（同一級(jí)條紋半徑變?。┡ｎD環(huán)的應(yīng)用——檢測透鏡質(zhì)量將標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)規(guī)覆蓋于待測透鏡表面，兩者之間形成空氣膜，因此可觀察到牛頓圈。如圈數(shù)越多，說明誤差越大。如牛頓圈偏離圓形，說明透鏡表面不規(guī)則。

例用氦氖激光器發(fā)出的波長為633nm的單色光做牛頓環(huán)實(shí)驗(yàn)，測得第個(gè)k

暗環(huán)的半徑為5.63mm,第k+5暗環(huán)的半徑為7.96mm，求平凸透鏡的曲率半徑R.解SL

例如圖所示為測量油膜折射率的實(shí)驗(yàn)裝置,在平面玻璃片G上放一油滴，并展開成圓形油膜，在波長的單色光垂直入射下，從反射光中可觀察到油膜所形成的干涉條紋.已知玻璃的折射率，問：當(dāng)油膜中心最高點(diǎn)與玻璃片的上表面相距時(shí)，干涉條紋如何分布？可見明紋的條數(shù)及各明紋處膜厚?中心點(diǎn)的明暗程度如何?若油膜展開條紋如何變化?,油膜的折射率G解：條紋為同心圓明紋當(dāng)油滴展開時(shí)，條紋間距變大，條紋數(shù)減少.由于故可觀察到四條明紋.油膜邊緣明紋總結(jié)

1）干涉條紋為光程差相同的點(diǎn)的軌跡，即厚度相等的點(diǎn)的軌跡2）厚度線性增長條紋等間距，厚度非線性增長條紋不等間距3）條紋的動(dòng)態(tài)變化分析（變化時(shí)）4）半波損失需具體問題具體分析單色光源反射鏡反射鏡一邁克耳孫干涉儀與成角補(bǔ)償板

分光板移動(dòng)導(dǎo)軌邁克耳孫干涉儀的工作過程反射鏡反射鏡單色光源光程差的像當(dāng)不垂直于時(shí)，可形成劈尖型等厚干涉條紋.反射鏡反射鏡單色光源干涉條紋移動(dòng)數(shù)目邁克爾孫干涉儀的主要特性

兩相干光束在空間完全分開，并可用移動(dòng)反射鏡或在光路中加入介質(zhì)片的方法改變兩光束的光程差.移動(dòng)距離移動(dòng)反射鏡干涉條紋的移動(dòng)當(dāng)與之間距離變大時(shí)，圓形干涉條紋從中心一個(gè)個(gè)長出,并向外擴(kuò)張,干涉條紋變密;距離變小時(shí)，圓形干涉條紋一個(gè)個(gè)向中心縮進(jìn),干涉條紋變稀.插入介質(zhì)片后光程差光程差變化干涉條紋移動(dòng)數(shù)目介質(zhì)片厚度光程差光的干涉基本要求理解相干光的條件及產(chǎn)生相干光的方法掌握楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)過程及對(duì)波長的計(jì)算方法（重點(diǎn)）了解菲涅耳雙鏡及勞埃德鏡實(shí)驗(yàn)理解半波損失及光程的概念掌握等傾干涉光程差公式（尤其注意半波損失問題）掌握等厚干涉公式及計(jì)算（尤其注意半波損失問題）一、光的衍射在一定條件下，光波遇到障礙物（圓孔、狹縫等），且障礙物的線度與光波波長可以相比擬時(shí)，產(chǎn)生偏離直線傳播和光能在空間分布不均勻的現(xiàn)象。其特點(diǎn)是光在什么方向受到了限制、衍射圖樣就在什么方向鋪展且限制愈甚，鋪展愈甚，即衍射效果愈明顯。

二、光的衍射種類光源衍射屏diffractionscreen接收屏receivingscreen菲涅耳衍射（近場衍射）

夫瑯禾費(fèi)衍射（遠(yuǎn)場衍射）§5.3光的衍射菲涅爾衍射和夫瑯禾費(fèi)衍射夫瑯禾費(fèi)衍射光源、屏與縫相距無限遠(yuǎn)縫在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)夫瑯禾費(fèi)衍射菲涅爾衍射縫光源、屏與縫相距有限遠(yuǎn)三、惠更斯-菲涅耳原理1、惠更斯原理可以解釋光偏離直線傳播。優(yōu)點(diǎn)：不能解釋衍射圖樣中光強(qiáng)分布不均勻。缺點(diǎn)：惠更斯原理:波前上每一點(diǎn)都可以看作是發(fā)出球面子波的新波源，這些子波的包絡(luò)面就是下一時(shí)刻的波前。 ChristianHuygens,(荷),1690

曾任土木工程師，1814年開始研究光學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論，1823年被選為巴黎科學(xué)院院士，1825年被選為英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)員。菲涅耳對(duì)光的本性進(jìn)行了研究，獨(dú)立提出光的波動(dòng)說，他發(fā)展了惠更斯理論，對(duì)光的偏振和雙折射現(xiàn)象、旋光理論都有深刻的研究。菲涅耳（1788-1827）：法國物理學(xué)家2、惠更斯-菲涅耳原理

波前S上每個(gè)面元dS都可以看成是發(fā)出球面子波的新波源，空間任意一點(diǎn)P的振動(dòng)是所有這些子波在該點(diǎn)的相干疊加。：波陣面上面元(子波波源)：時(shí)刻波陣面*子波在點(diǎn)引起的振動(dòng)振幅并與有關(guān).面元在點(diǎn)引起的振動(dòng)可以表示為由子波相干疊加得到在點(diǎn)的合振動(dòng)為：為傾斜因子，其大小隨增加減小

時(shí)，，即子波不能向后傳播

菲涅爾指出衍射圖中的強(qiáng)度分布是因?yàn)檠苌鋾r(shí)，波場中各點(diǎn)的強(qiáng)度由各子波在該點(diǎn)的相干疊加.P點(diǎn)振動(dòng)是各子波在此產(chǎn)生的振動(dòng)的疊加.夫瑯禾費(fèi)單縫衍射衍射角（衍射角：向上為正，向下為負(fù).）菲涅爾波帶法四

單縫（長度遠(yuǎn)大于寬度）衍射一半波帶法縫長干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）（介于明暗之間）（個(gè)半波帶）個(gè)半波帶個(gè)半波帶中央明紋中心二光強(qiáng)分布干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）當(dāng)較小時(shí)，討論（1）第一暗紋距中心的距離第一暗紋的衍射角干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）一定，越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.光直線傳播增大，減小一定減小，增大衍射最大第一暗紋的衍射角角范圍線范圍中央明紋的寬度（2）中央明紋（的兩暗紋間）單縫寬度變化，中央明紋寬度如何變化？越大，越大，衍射效應(yīng)越明顯.入射波長變化，衍射效應(yīng)如何變化?（4）單縫衍射的動(dòng)態(tài)變化單縫上移，零級(jí)明紋仍在透鏡光軸上.單縫上下移動(dòng)，根據(jù)透鏡成像原理衍射圖不變.（3）條紋寬度（相鄰條紋間距）除了中央明紋外的其它明紋、暗紋的寬度干涉相消（暗紋）干涉加強(qiáng)（明紋）（5）入射光非垂直入射時(shí)光程差的計(jì)算（中央明紋向下移動(dòng)）（中央明紋向上移動(dòng)）思考：1.如果入射光為白光時(shí)，圖樣的特征？2.衍射與干涉的區(qū)別？答：兩者都利用了波的疊加原理，都是光波相干疊加的表現(xiàn)。本質(zhì)上沒有區(qū)別，習(xí)慣上干涉是指那些有限多的分立的光束的相干疊加；而衍射是指波面上連續(xù)的無窮多子波發(fā)出的光波的相干疊加。兩者常常出現(xiàn)于同一個(gè)現(xiàn)象中。一光柵許多等寬度、等間距的狹縫排列起來形成的光學(xué)元件.衍射角五、

光柵衍射明紋位置相鄰兩縫間的光程差：光柵常數(shù)：光柵常數(shù)d衍射角：透光部分的寬度：不透光部分的寬度二光柵衍射條紋的形成光柵的衍射條紋是衍射和干涉的總效果光柵方程1)主極大位置滿足的光程差公式是光柵方程三光柵衍射圖樣特征1條縫20條縫3條縫5條縫方程決定了光柵主極強(qiáng)的位置，但與縫數(shù)無關(guān)。當(dāng)單縫的縫寬一定時(shí)，光柵的縫數(shù)越多，主極大的光強(qiáng)越強(qiáng)，條紋越尖銳。2)極小位置滿足的光程差公式是

m＝1，2，3時(shí)，為暗條紋位置，當(dāng)m＝N，2N，3N時(shí)，符合光柵方程中產(chǎn)生明條紋的條件，由此可見主極大之間有N-1條暗紋，又由于相鄰兩暗紋之間有一個(gè)次極大，故在相鄰的主極大之間共有N-2次極大。次極大亮度很弱，可以認(rèn)為光柵衍射除主極大外是一片黑色背景。3)主極大的強(qiáng)度由單縫衍射進(jìn)行了調(diào)制四主極大的缺級(jí)由于單縫衍射滿足極小所以使得這一級(jí)主極大無法出現(xiàn)這一現(xiàn)象叫主極大缺級(jí)如果某主極大的位置同時(shí)又是單縫衍射極小位置則該衍射角同時(shí)滿足兩個(gè)光程差公式結(jié)果:和缺級(jí)滿足關(guān)系從得和缺級(jí)能看出缺哪些級(jí)次嗎?d/a是多少?入射光為白光時(shí)，不同，不同，按波長分開形成光譜.一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜五衍射光譜光柵光譜例如二級(jí)光譜重疊部分光譜范圍二級(jí)光譜重疊部分:一級(jí)光譜二級(jí)光譜三級(jí)光譜用途——光譜分析由于不同元素（或化合物）各有自己特定的光譜，所以由譜線的成分，可分析出發(fā)光物質(zhì)所含的元素或化合物；還可從譜線的強(qiáng)度定量分析出元素的含量．

例用白光垂直照射在每厘米有6500條刻痕的平面光柵上，求第三級(jí)光譜的張角.解紅光第三級(jí)光譜的張角第三級(jí)光譜所能出現(xiàn)的最大波長綠光紫光不可見例波長為的單色光垂直入射在一光柵上，第三級(jí)譜線出現(xiàn)的衍射角滿足，第四級(jí)缺級(jí)。試求該光柵的光柵常量d以及光柵狹縫的最小可能寬度a。然后，按此d和a的值，列出屏上可能呈現(xiàn)的譜線的全部級(jí)數(shù)。解：依題意由第四級(jí)缺級(jí)可得：因此a的最小寬度為因?yàn)槎?、8級(jí)譜線為缺級(jí)，故能呈現(xiàn)的譜線為中央明紋及±1,±2,±3,±5,±6,±7,±9級(jí)譜線六

圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)愛里斑：愛里斑直徑一瑞利判據(jù)對(duì)于兩個(gè)強(qiáng)度相等的不相干的點(diǎn)光源（物點(diǎn)），一個(gè)點(diǎn)光源的衍射圖樣的主極大剛好和另一點(diǎn)光源衍射圖樣的第一極小相重合，這時(shí)兩個(gè)點(diǎn)光源（或物點(diǎn)）恰好能被這一光學(xué)儀器所分辨.**二光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)最小分辨角（兩光點(diǎn)剛好能分辨）光學(xué)儀器分辨率光學(xué)儀器的通光孔徑由前面的分析可以看出，提高光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)，主要有兩個(gè)途徑：1）增大透鏡的直徑

實(shí)例：大口徑天文望遠(yuǎn)鏡2）減小照射光的波長實(shí)例：電子顯微鏡電子具有波粒二象性，其德布羅意波長比可見光短得多。利用電子束代替可見光的電子顯微鏡，分辨率可比光學(xué)顯微鏡高千倍以上。英國天文學(xué)家威廉·赫歇爾的天文望遠(yuǎn)鏡。1990年發(fā)射的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡的凹面物鏡的直徑為2.4m，最小分辨角，在大氣層外615km

高空繞地運(yùn)行,可觀察130億光年遠(yuǎn)的太空深處,發(fā)現(xiàn)了500億個(gè)星系.解（1）（2）

例設(shè)人眼在正常照度下的瞳孔直徑約為3mm，而在可見光中，人眼最敏感的波長為550nm

（1）人眼的最小分辨角有多大？（2）若物體放在距人眼25cm（明視距離）處，則兩物點(diǎn)間距為多大時(shí)才能被分辨？

例有人說，長城是太空中肉眼所能看到的唯一一座人造建筑。長城寬約為5m，國際空間站高度約為350km。在國際空間站上能看到長城嗎？解：肉眼最小分辨角：長城的張角為顯然，在空間站上是無法用肉眼看到長城的。光的衍射總結(jié)：惠更斯-菲涅耳原理單縫衍射圖樣特征及明暗條紋公式光柵衍射圖樣特征及缺級(jí)現(xiàn)象光柵光譜愛里斑及瑞利判據(jù)光學(xué)儀器分辨率光的衍射基本要求

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掌握用波帶法來分析單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射條紋分布規(guī)律的方法，會(huì)分析縫寬及波長對(duì)衍射條紋分布的影響.3掌握光柵衍射公式,會(huì)確定光柵衍射譜線的位置，會(huì)分析光柵常數(shù)及波長對(duì)光柵衍射譜線分布的影響，會(huì)計(jì)算主極大缺級(jí)的位置.

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理解衍射對(duì)光學(xué)儀器分辨率的影響.1了解惠更斯－菲涅耳原理及它對(duì)光的衍射現(xiàn)象的定性解釋.光的波動(dòng)性光的干涉、衍射.機(jī)械橫波與縱波的區(qū)別（根據(jù)振動(dòng)對(duì)波的傳播方向是否為軸對(duì)稱）機(jī)械波穿過狹縫§5.4光的偏振光波是橫波光的偏振.形象說明偏振的原理通光方向腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門一光的偏振狀態(tài)

自然光：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個(gè)方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（軸對(duì)稱）這樣的光叫自然光.

自然光以兩互相垂直的互為獨(dú)立的

（無確定的相位關(guān)系）振幅相等的光振動(dòng)表示,并各具有一半的振動(dòng)能量.符號(hào)表示注意各光矢量間無固定的相位關(guān)系.

二互相垂直方向是任選的.線偏振光符號(hào)表示光振動(dòng)只沿某一固定方向的光.振動(dòng)面

部分偏振光：某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光為部分偏振光.符號(hào)表示

圓偏振光和橢圓偏振光圓偏振光和橢圓偏振光可視為兩束傳播方向和頻率相同，振動(dòng)方向垂直，相位差為某固定值的線偏振光的合成。5/43/27/4=0/4

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/4線、圓和橢圓偏振光均為完全偏振光光按偏振分類光自然光偏振光部分偏振光完全偏振光線偏振光圓偏振光橢圓偏振光第一如何判別光源的偏振態(tài)偏振光的檢驗(yàn)三個(gè)基本途徑原理：布儒斯特定律二向色性雙折射第二如何從普通光源中取得偏振光從實(shí)用的角度必須解決兩大問題二偏振光的起偏與檢偏空氣入射面入射光線和法線所成的平面.反射光部分偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng).折射光

部分偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng).理論和實(shí)驗(yàn)證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān).光反射與折射時(shí)的偏振玻璃方法一：布儒斯特定律（1812年）反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光。當(dāng)時(shí)，1）反射光和折射光的角度關(guān)系討論玻璃空氣

2）根據(jù)光的可逆性，當(dāng)入射光以角從介質(zhì)入射于界面時(shí)，此角即為布儒斯特角.玻璃玻璃1空氣

例

一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角，問在界面2的反射光是什么光？玻璃2注意：一次起偏垂直入射面的振動(dòng)很小。所以反射偏振光很弱。一般應(yīng)用玻璃片堆增強(qiáng)反射偏振光的強(qiáng)度。注意對(duì)于一般的光學(xué)玻璃,反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度的7.5%,大部分光將透過玻璃.利用玻璃片堆產(chǎn)生線偏振光缺點(diǎn)：所透射的偏振光中還殘留一些與透振方向垂直的振動(dòng)成分；對(duì)不同波長能量的吸收具有選擇性。討論討論下列光線的反射和折射（起偏角）.例：一矩形介質(zhì)板在水中，板面與水面夾角θ，兩邊平行于水面且與入射光垂直。若已知水的折射率nw＝1.33，介質(zhì)折射率n＝1.68，若要使水面和介質(zhì)面的反射光均為線偏振光，求θ應(yīng)為多大？解：要使水面反射光為線偏振光，入射角為：折射角為：要使介質(zhì)面反射光為線偏振光，入射角為：作圖可知，θ

有兩種可能，分別為：

起偏二向色性:某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng),而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過,這種性質(zhì)稱二向色性.偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片偏振化方向：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的偏振化方向.偏振化方向起偏器方法二：偏振片起偏與檢偏檢偏器

檢偏起偏器NM馬呂斯定律（1809年）檢偏器起偏器NM馬呂斯定律強(qiáng)度為的偏振光通過檢偏振器后,出射光的強(qiáng)度為例1有兩個(gè)偏振片,一個(gè)用作起偏器,一個(gè)用作檢偏器.當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為30°時(shí),一束單色自然光穿過它們,出射光強(qiáng)為;當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為60°時(shí),另一束單色自然光穿過它們,出射光強(qiáng)為,且.求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比.解設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為和.經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為和.經(jīng)過檢偏器后在兩塊正交偏振片之間插入另一塊偏振片，光強(qiáng)為的自然光垂直入射于偏振片，討論轉(zhuǎn)動(dòng)透過的光強(qiáng)與轉(zhuǎn)角的關(guān)系.討論若

在間變化，如何變化？（C）用偏光鏡消除了反射偏振光使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見（A）玻璃門表面的反光很強(qiáng)（B）用偏光鏡減弱了反射偏振光利用偏振光實(shí)現(xiàn)立體電影動(dòng)光學(xué)雙折射現(xiàn)象波

動(dòng)光學(xué)方法三：雙折射的尋常光和非尋常光恒量玻璃折射定律方解石晶體（各向異性）尋常光（o光）(ordinaryrays)服從折射定律的光線(extraordinrayrays)非常光（e光）不服從折射定律的光線（一般情況下，非常光不在入射面內(nèi)）上述現(xiàn)象表明，光在晶體中分為了兩束，它們的折射程度不同，這種現(xiàn)象稱為雙折射。

在雙折射現(xiàn)象中，兩條光線分別稱為尋常光（o光）和非常光（e光）光通過雙折射晶體

產(chǎn)生雙折射的原因O光波陣面

光波陣面光軸

尋常光在晶體中各方向上傳播速度相同.常量非常光在晶體中各方向上傳播速度不同,隨方向改變而改變.為主折射率方解石晶體（天然平行六面體）光軸：在方解石這類晶體中存在一特殊方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播時(shí)o光和e光傳播速度相等，即折射率相同，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。稱這一方向?yàn)榫w的光軸。光軸AB光軸ACBoeDeo法線與光軸組成的平面稱為主截面。只有當(dāng)入射面與主截面重合時(shí)，非常光在入射面內(nèi)。晶體中某條光線和光軸構(gòu)成的平面稱為主平面。實(shí)驗(yàn)表明，o光和e光都是線偏振光。o光的電矢量與振動(dòng)方向與主平面垂直。e光的電矢量振動(dòng)方向與主平面平行。思考：有人說：“因?yàn)楣饩€沿光軸方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，所以，如圖情況沒有雙折射現(xiàn)象?！睂?duì)嗎？尼科耳棱鏡（利用方解石制成的偏振器，只允許一束偏振光通過，另一束因全反射不能通過）BCAD

光光加拿大樹膠主截面（光入射晶面的法線與光軸構(gòu)成的平面）示意圖BC處有黑色涂料將o光吸收，從尼科爾棱鏡中出射光是振動(dòng)方向平行于主截面的線偏振光。尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏主截面平行主截面垂直總結(jié)前述：從普通光源中獲得線偏振光的方法利用各向異性物質(zhì)的二向色性(偏振片)

物質(zhì)對(duì)振動(dòng)方向顯現(xiàn)出吸收系數(shù)的不同2.利用自然光在兩個(gè)各向同性介質(zhì)表面的反射

(玻璃片堆)

物質(zhì)對(duì)振動(dòng)方向顯現(xiàn)出反射系數(shù)的不同3.利用各向異性晶體的雙折射(晶體偏振器)

物質(zhì)不同方向上顯現(xiàn)出光的傳播速度不同

理解自然光與偏振光的區(qū)別

掌握布儒斯特定律和馬呂斯定律理解線偏振光的獲得方法和檢驗(yàn)方法了解雙折射現(xiàn)象

光的偏振基本要求§5-5光的其他現(xiàn)象

偏振光通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線轉(zhuǎn)過一定的角度.

旋光現(xiàn)象

旋光物質(zhì)

能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的物質(zhì).（如石英晶體、糖溶液、酒石酸溶液等）起偏器，檢偏器，盛有液體旋光物質(zhì)的管子.

旋光儀觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器.一旋光現(xiàn)象1811年實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家阿喇果發(fā)現(xiàn)，線偏振光通過某些透明物質(zhì)時(shí)，其偏振面將旋轉(zhuǎn)一定的角度。d偏振片2偏振化方向

單色自然光偏振片1偏振化方向光軸方向P2P’2石英晶片(不產(chǎn)生雙折射)（原消光）（現(xiàn)消光）物質(zhì)的旋光性：對(duì)于固體旋光物質(zhì)

設(shè)為偏振光通過旋光物質(zhì)后振動(dòng)面所轉(zhuǎn)過的角度為旋光物質(zhì)的濃度為旋光物質(zhì)的透光長度為旋光物質(zhì)的旋光率對(duì)于旋光性物質(zhì)的溶液為溶液的旋光率（一定）旋光物質(zhì)的分類1）右旋物質(zhì)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針的旋光物質(zhì).（如葡萄糖溶液）2）左旋物質(zhì)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為逆時(shí)針的旋光物質(zhì).（如果糖溶液）菲涅耳對(duì)偏振的解釋：線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L)、右(R)旋圓偏振光的合成。設(shè):入射時(shí)L，R初相為0，旋光物質(zhì)長l.EELER·o例如，石英晶體有左旋,右旋兩類旋光體,是因?yàn)樗姆肿拥目臻g排列方式有兩類。對(duì)旋