大学物理课件 光的偏振.ppt

一、偏振是横波的特性,偏振：光矢量只在垂直于传播方向的平面内某一方向 振动，或某一方向振动较强。,偏振现象是横波区别于纵波的重要标志。 只有横波有偏振现象。,二、自然光、偏振光及其表示,1、定义：,自然光：在垂直于传播方向的平面上光矢量 具有各个方向的振动，且振动 概率相等，在垂直传播方向的平面 上 矢量振幅完全相等。,偏振光（线偏振光）：在垂直传播方向的 平面上，只有一个确定的方向有 光矢量 的振动。,部分偏振光：在垂直传播方向的平面上， 光矢量 在某一方向的振动较强。,2、表示方法：,振动面：光矢量的振动方向与传播方向 所构成的平面。,用短线（或双箭头）表示纸面内的光振动； 点表示垂直于纸面的振动； 疏密程度表示该振动方向的振动强度。,三、线偏振光的获得方法和检验方法,1、获得方法：,（1）起偏法：,起偏-从自然光获得偏振光,检偏-检查某束光是否是偏振光；,起偏振器-从自然光获得偏振光的装置；,检偏振器-检查某束光是否是偏振光的装置。,偏振片：,自然光,偏振光,（2）反射法： 自然光以一定条件入射到两介质界面上，反射光 和折射光分别为部分偏振光。,（3）利用玻璃堆多次反射和折射获得完全偏振光（线 偏振光）。,（4）利用双折射晶体的棱镜获得。,2、检验方法： 用偏振片检验,变暗,四、马吕斯定律,若P1 P2的偏振化方向间的夹角不为0，也不为90度， 则出射的光强为多少？,P1,变暗,P2,垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强：,或：,马吕斯定律,(其中 ),例12-1, 波长为的平行单色光垂直入射到缝宽为a的单缝上，在缝 后凸透镜L的焦平面E处有一观察屏，如例12-1图所示。若在缝前 盖上两块偏振片P1和P2，两块偏振片各遮盖一半缝宽，而且P1的 偏振化方向与缝平行，而P2的偏振化方向与缝垂直，试问： （1）屏上的衍射条纹宽度宽度如何变化？ （2）自然光通过偏振片后，光强如何变化？,解 （1）当没有P1、P2时，屏上为单缝衍射图样，中央明纹的角 宽度为,中央明纹在屏上的线宽度为,第k级明纹的角宽度为,当很小时，有,即,其线宽度为,当加上P1，P2后，单色入射光分为振动方向相互垂直的两束单色 平行光，相当于宽度为a/2的两条狭缝的单缝衍射。由于它们不相干 则各自在屏上形成单缝衍射条纹，屏上为两缝对应条纹的非相干叠 加，但它们产生的中央明纹中心与未加P1，P2之前重合。由于此 时a=a/2，所以,即衍射条纹谱线宽度加倍,（3）自然光通过偏振片后，光强减半，再加上条纹加宽，因此光 强进一步减弱。,【例12-2】 如图(a)所示，在两块偏振化方向相互垂直的正交偏 振片P1和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，求转动P2时，透过P3的光强与转角之间的关系。,解 设任一时刻，P1和P2的透振方向间的夹角为，则该时刻透 过各偏振片的光振幅矢量如图(b)所示。由于各偏振片只允许和 自己的偏振化方向相同的偏振光透过，所以透过各偏振片的光 振幅的关系为,因而,所以,又由于,最后得,由此可见，当不断旋转P2时，透过P3的光强将在最强（I0/8）与零 之间作周期性变化。,一、反射和折射光中的偏振现象,1、反射光中垂直振动 强于平行的振动；,2、折射光中平行的振 动强于垂直振动；,3、反射光折射光偏振 化的程度随入射角 的不同而不同。,实验发现：,二、布儒斯特定律（1812年）,这个特定的角称为 布儒斯特角；,此时折射光仍为 部分偏振光；,入射角为起偏振角 时，反射光与折射 光互相垂直,是完全 偏振光。,注意：,当入射角等于一特定角，使反射光与折射光相互垂直时,反射光只有垂直于入射面的振动而无平行于入射面的振动。,解决办法：多次反射 和折射。,玻璃堆：,问题：,1）反射光强一般 较小；,2）折射光仍为部 分偏振光。,三、通过反射与折射获得偏振光,【例12-3 】 一束自然光入射到折射率分别为n1和n2的两种介质 的交界面上，发生反射和折射。已知反射光是完全偏振光，求折 射角r的值。,一、双折射、寻常光和非常光,自然光透射在晶体界面上而折射，晶体内的折射光分为 两束光，此现象称双折射现象。,O光,e光,方解石,原因：光学各向异 性：光在许多晶体 中的传播速度和光 的传播方向与振动 方向有关。,1、寻常光和非寻常光（1687年惠更斯研究）,1）两束光均是偏振光，一束叫寻常光（O光）， 一束 叫非寻常光（e光）,2）O光遵守折射定律，而e光不遵守所知的折射定律。,2、晶体的光轴,光轴-当光在晶体中传播时，不发生双折射的方向。,光轴仅代表一个方向，与OO平行的线都是光轴。,3、主截面、主平面,主截面：晶面法线与光轴组成的平面。 主平面：任一已知光线与光轴组成的平面。 入射面：入射光线和晶面法线组成的平面。,注意：,（1）一般o光主平面与e光主平面不重合 （2）o光的振动方向与主平面垂直，e光的振动方向在主 平面内,（3）入射面与主截面重合时，让光垂直于光轴入射，对 不同的晶体， e光折射率： n e可以也可也可<v0,o光,e光,晶体,（负晶体）,1）入射面与主截面平行的情况,A）光轴与晶体表面有一夹角（斜入射）,二、用惠更斯原理解释双折射现象,（负晶体）,1）入射面与主截面平行的情况,B）光轴与晶体表面有一夹角（正入射）,自然光,（负晶体）,C）光轴与晶体表面平行（正入射）,自 然 光,o光,e光,O e二光通过厚度d的光程差：,四分之一波片,二分之一波片（半波片）,自 然 光,o光,e光,光轴,（负晶体）,D）光轴与晶体表面垂直（正入射）,o光,e光,光轴,负晶体,o光,e光,朝左看,看到了！,三、利用双折射产生偏振光的装置,自然光,尼科尔棱镜（WNicol 1928年）,no=1.658,ne=1.486,o光,e光,O光以76入射到加拿大树胶，产生 全反射后被吸收。,e光出射成为偏振光,A,C,方解石,可用于起偏和检偏,表示两尼科耳棱镜主截面的夹角,1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。,2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成 角 入射到厚度为l的波片内分成o、e 两光；两光的频率相同、周相差恒定、振动方向 相互垂直。 （2）o、e两光的光程差为 o、e两光的光程差为,3、椭圆偏振光:线偏振光通过晶片后产生双折射现象得到 o、e两光， o、e两光的合成光矢量的末端 轨迹为椭圆。（ o、e光振幅不相等） 圆偏振光：合成光矢量的末端轨迹为圆。（ o、e光振 幅相等）,线偏振光通过 片后，其合成光为线偏振光，但振动 方向相对于原入射光振动方向转过一个角度。,4、（1）二分之一波片（ 片）： 能使o、e两光周相差为 或 的奇数倍（即光 程差为 或 的奇数倍）的晶体。,（2）四分之一波片（ 片）：,当入射偏振光的振向与晶片光轴成 时， 片 可以使入射偏振光振动面旋转 。,能使o、e两光周相差为 或 的奇数倍（即光程差为 ）的晶体。,线偏振光通过 片后，合成光为椭圆偏振光，若 ，o、e两光振幅相等，则合成为圆偏振光。,5、偏振光的干涉：,进入晶体前线偏振光的光矢量,从晶体出来后分成两束：,周相差为：,经过第二个尼科耳棱镜（或偏振片）后，两束光：,由于方向相反有额外周相差,因此总的周相差为：,偏振光的应用,汽车车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜,1）防止对面来的灯光耀眼,2）放立体电影,原理：利用人眼的双眼效应,双眼睁开,一只眼睁开， 一只眼关闭,拍摄：,立体电影原理：,