醫(yī)用物理學(xué) 第2版 課件 11-3 波動(dòng)光學(xué)

電磁波譜11.3.1自然光和偏振光設(shè)光振動(dòng)（電場(chǎng)強(qiáng)度）的振幅為E,由波的強(qiáng)度可知經(jīng)典物理證明：光是一定頻率范圍內(nèi)的電磁波，是橫波。稱為光矢量振動(dòng)稱為光振動(dòng)光的偏振進(jìn)一步證實(shí)光是橫波，因?yàn)榭v波不存在偏振性。由于引起視覺和感光作用是電場(chǎng)，因此在討論光時(shí)，不考慮磁場(chǎng)，只討論電場(chǎng)。光的本質(zhì)是什么？因此，光可以看做電場(chǎng)強(qiáng)度的振動(dòng)在空間的傳播。近代物理認(rèn)為光具有：波粒二象性光子能量為xy在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，所有可能1.自然光的方向都有光振動(dòng)，而且沒有一個(gè)方向較其它方向占優(yōu)勢(shì)。即在所有可能的方向上，光振動(dòng)的振幅E都相等。太陽(yáng)光及普通光源發(fā)出的光都是自然光。這是由于普通光源的發(fā)光機(jī)制決定的，將在激光一章中詳細(xì)介紹。自然光是由大量的偏振光組成。②用任意兩個(gè)相互垂直的光振動(dòng)表示自然光，它們有相同的強(qiáng)度，都等于自然光強(qiáng)度的一半。自然光表示方法：對(duì)于自然光，可以把光矢量分解在兩個(gè)相互垂直的方向上.注意：

①由于各方向光振動(dòng)的振幅都相等，所以兩個(gè)相互垂直的方向的選取是任意的。xy自然光的分解xy

一束自然光可分解為振動(dòng)方向相互垂直、等幅的兩束線偏振光。

或者說(shuō)一束自然光可用兩束振動(dòng)方向相互垂直、等幅的線偏振光來(lái)表示。zxy2.偏振光光振動(dòng)E在一個(gè)固定平面內(nèi)只沿一個(gè)固定方向作振動(dòng)。（又稱為線或平面偏振光）zxy線偏振光的表示法：或線偏振光的表示法：平行于屏幕面振動(dòng)垂直于板面振動(dòng)振動(dòng)面—光振動(dòng)的方向與傳播方向所構(gòu)成的面為振動(dòng)面。面對(duì)光的傳播方向看面對(duì)光的傳播方向看/video/av255150855/在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，所有可能的方向都有光振動(dòng)，但不同方向上光振動(dòng)的振幅不相同，有一個(gè)方向光振動(dòng)振幅最大，與之垂直的另一方向上光振動(dòng)的振幅最小。部分偏振光的表示方法：3.部分偏振光平行于板面的光振動(dòng)強(qiáng)垂直于板面的光振動(dòng)弱。垂直于板面的光振動(dòng)強(qiáng)平行于板面的光振動(dòng)弱。部分偏振光的分解

部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的線偏振光。或者說(shuō)一束部分偏振光等效于兩束振動(dòng)方向相互垂直、不等幅的線偏振光。偏振光、自然光和部分偏振光，在頻率相同、強(qiáng)度相同條件下，人眼無(wú)法分辨！用來(lái)檢測(cè)光是否為偏振光的過(guò)程稱為檢偏；所用裝置稱為檢偏器。使自然光變成偏振光的過(guò)程稱為起偏；所用裝置稱為起偏器。偏振片是最常用的起偏器和檢偏器。我們身邊的偏振光：彩虹是部分偏振光。水面反光（反射）是部分或線偏振光。玻璃反光（反射）是部分或線偏振光。地板、桌面、家具反光（反射）是部分偏振光。手機(jī)、計(jì)算器液晶顯示是線偏振光。起偏器和檢偏器統(tǒng)稱偏振器一.偏振片

透明玻璃片具有二向色性的材料（如硫酸金雞納鹼或電氣石等）制成的簿膜二向色性:晶體對(duì)于相互垂直的2個(gè)光振動(dòng)具有選擇吸收的性質(zhì)，稱二向色性。偏振化方向又稱為偏振器透射軸或透光軸！偏振片是最常用起偏振器和檢偏振器.偏振化方向（透射軸）偏振片透射軸(偏振化方向)

：它只讓振動(dòng)方向與其偏振化方向相同的光通過(guò)，而不允許振動(dòng)方向與其偏振化方向垂直的光通過(guò).11-3.2偏振片的起偏與檢偏馬呂斯定律自然光偏振光偏振化方向（透射軸）允許豎直方向光振動(dòng)通過(guò)，吸收了水平方向的光振動(dòng)。

自然光經(jīng)過(guò)偏振片后，變成了振動(dòng)方向與偏振片偏振化方向相同的偏振光！I0

強(qiáng)度為入射自然光強(qiáng)度的一半。此時(shí)偏振片的作用是起偏，即為起偏振器。二.偏振片的用途A）起偏振器I0I0/2起偏--從自然光獲得偏振光的過(guò)程B）檢偏振器檢偏--檢查某束光是否是偏振光偏振光光的亮度不變化I0I0/2I0/2自然光偏振光轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，如果透射光的強(qiáng)度不發(fā)生變化，則說(shuō)明入射光為自然光。變暗（消光）I0自然光I0/2I0/2起偏振器檢偏振器轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，如果透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，并且出現(xiàn)消光現(xiàn)象，則入射偏振片上的是線偏振光。轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，如果透射光的強(qiáng)度發(fā)生變化，但不出現(xiàn)消光現(xiàn)象，則入射偏振片上的是部分偏振光。汽車車燈與窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜

防止對(duì)面來(lái)的燈光耀眼偏振光的應(yīng)用三、馬呂斯定律P1

若P1與P2的偏振化方向間的夾角不是0，也不是90度，則有沒有光通過(guò)？是不是偏振光？光強(qiáng)為多少？自然光I0I0P2

實(shí)驗(yàn)證實(shí)：當(dāng)入射偏振光與偏振片的偏振化方向?yàn)槿我饨嵌?/p>

時(shí)，仍然有光通過(guò)偏振片，透射出的光是線偏振光，其振動(dòng)方向和偏振片的偏振化方向相同。EI0OE馬呂斯定律：強(qiáng)度為I0的偏振光透過(guò)偏振片后強(qiáng)度變?yōu)?/p>

（

為入射的偏振光的振動(dòng)方向與偏振片偏振化方向間的夾角）EI0OEOEE將入射到偏振片的線偏振光分解為平行和垂直于偏振片偏振化方向的分量，則平行于偏振片偏振化方向的分量能通偏振片，垂直分量不能通過(guò)。P1P2例：一束自然光，光強(qiáng)度為I0，讓其入射兩個(gè)偏振片，兩個(gè)偏振片透射軸之間的夾角為450，求從第二個(gè)偏振片出射的偏振光強(qiáng)度。解：I0自然光I0/2已知：1和3之間的透射軸相互垂直.求：1和2之間的透射軸之間夾角分別為0、45°和90°時(shí)，從3輸出光強(qiáng).作答正常使用主觀題需2.0以上版本雨課堂13I02I主觀題10分例1和3之間的透射軸相互垂直.13I02求I1和2之間的透射軸之間夾角分別為0、45°和90°時(shí)，從3輸出光強(qiáng).解1和2之間為0°時(shí)：從2輸出的光振動(dòng)方向與3的透射軸方向垂直，通不過(guò)，所以：I=01和2之間為90°時(shí)：從1輸出的光振動(dòng)方向與2的透射軸方向垂直，通不過(guò)，由于沒有光通過(guò)2和3，所以：I=01和2之間為45°時(shí)：從2輸出的線偏振光的強(qiáng)度為：兩塊偏振片的透射軸相互垂直，在它們之間插入兩塊偏振片，使相鄰兩個(gè)偏振片透射軸之間的夾角都為300.如果入射自然光的強(qiáng)度為I0，求通過(guò)所有偏振片后光的強(qiáng)度。作答正常使用主觀題需2.0以上版本雨課堂3214I0主觀題10分32例：兩塊偏振片的透射軸相互垂直，在它們之間插入兩塊偏振片，使相鄰兩個(gè)偏振片透射軸之間的夾角都為300.如果入射自然光的強(qiáng)度為I0，求通過(guò)所有偏振片后光的強(qiáng)度。14I0解：入射的自然光強(qiáng)度為I0，通過(guò)第一個(gè)偏振片后的光強(qiáng)為通過(guò)第二、第三和第四個(gè)偏振片后的光強(qiáng)I2、I3和I4分別為光在各向同性均勻介質(zhì)界面的反射與折射11-3.3反射和折射時(shí)光的偏振布儒斯特定律一、反射和折射光中的偏振現(xiàn)象①反射光與折射光一般都是部分偏振光；②一般情況下，反射光中垂直入射面的振動(dòng)強(qiáng)；折射光中平行于入射面的振動(dòng)強(qiáng)；③反射光、折射光偏振化的程度隨入射角的不同而不同。n2n1入射光線與界面法線所確定的平面為入射面。實(shí)驗(yàn)表明：二、布儒斯特定律

反射光為偏振光折射光為部分偏振光；

反射光與折射光互相垂直。n2n1

i0

為布儒斯特角或起偏振角；反射光成為垂直入射面線偏振光。折射光是部分偏振光。當(dāng)入射角i等于一特定角i0

時(shí)，i0滿足說(shuō)明：/video/BV1TP4y1T7fP/n2n1由折射定律解決辦法：多次反射和折射。玻璃堆：?jiǎn)栴}：1）反射光強(qiáng)度一般較小；2）折射光仍為部分偏振光。n2n1通過(guò)反射與折射獲得偏振光n1n2n1n2入射角為布儒斯特角時(shí)：由布儒斯特定律：即：滿足布儒斯特定律。例：自然光以60

的入射角照射到某一透明介質(zhì)表面時(shí)，反射光為線偏振光，則知：折射光為線偏振光，折射角為30

；折射光為部分偏振光，折射角為30

；折射光為線偏振光，折射角不能確定；折射光為部分偏振光，折射角不能確定。ABCD提交單選題2分此題未設(shè)置答案，請(qǐng)點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置按鈕例：一束自然光自空氣射向一塊平板玻璃(如圖)，設(shè)入射角等于布儒斯特角i0，則在界面2的反射光

光強(qiáng)為零；是線偏振光且光矢量的振動(dòng)方向垂直于入射面；是線偏振光且光矢量的振動(dòng)方向平行于入射面；是部分偏振光。ABCD提交單選題2分此題未設(shè)置答案，請(qǐng)點(diǎn)擊右側(cè)設(shè)置按鈕一、雙折射現(xiàn)象自然光O光e光方解石雙折射現(xiàn)象--同一束光線通過(guò)折射后分為兩束的現(xiàn)象1）兩束光均是偏振光:一束叫尋常光線（O光）一束叫非常光線（e光）2）O光遵守折射定律，而e光不遵守所知的折射定律。11.3.4光的雙折射現(xiàn)象物質(zhì)的旋光性及其在醫(yī)學(xué)應(yīng)用旋光現(xiàn)象---偏振光通過(guò)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(guò)一定的角度。二、旋光現(xiàn)象

能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的叫旋光物質(zhì)(如石英晶體、糖溶液、酒石酸溶液等）；物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為旋光性。旋光儀---觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器。1.晶體的旋光性線偏振光通過(guò)旋光晶體時(shí)，振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度與晶體的長(zhǎng)度成正比

旋光物質(zhì)d式中

是與旋光物質(zhì)及入射光波長(zhǎng)有關(guān)的常量，稱為該物質(zhì)的旋光率;左旋物質(zhì)：面對(duì)光的入射方向，使光振動(dòng)面逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的旋光物質(zhì)（旋光率為負(fù)值，如天然氯霉素）。右旋物質(zhì)：面對(duì)光的入射方向，使光振動(dòng)面順時(shí)針旋轉(zhuǎn)的旋光物質(zhì)(旋光率為正值，如葡萄糖溶液）；藥物也有右旋與左旋之分，且右旋與左旋藥物的臨床療效不同。生物物質(zhì)也有左右旋之分。2.溶液的旋光性線偏振光通過(guò)溶液時(shí)振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)的角度除了與容液的長(zhǎng)度成正比外，還與溶液的濃度成正比在制糖工業(yè)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、藥物濃度測(cè)定中應(yīng)用廣泛各物理量的單位：旋光儀（或稱為糖量計(jì)）就是根據(jù)