光学 力学世界 (36).pdf
1 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 一一. .起偏起偏 起偏的原理起偏的原理：利用某种光学的不对称性利用某种光学的不对称性 起偏器起偏器（polarizer）：）：起偏的光学器件起偏的光学器件 从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 （1 1）物质的二向色性，）物质的二向色性， （2 2）散射，）散射， （3 3）反射和折射，）反射和折射， （4 4）双折射）双折射. . 2 偏振片偏振片（Polaroid）（获得线偏振光）获得线偏振光）： 微晶型：微晶型： 分子型：分子型： x y z z 线栅起偏器线栅起偏器 入射入射 电磁波电磁波 非偏振光非偏振光 线偏振光线偏振光 光轴光轴 电气石晶片电气石晶片 非偏振光非偏振光I0线偏振光线偏振光 I P 偏振化方向偏振化方向 （通光方向通光方向） 0 2 1 II 线偏振光的起偏：线偏振光的起偏： 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 3 二二. . 马吕斯定律马吕斯定律（Malus law） I0 I P PE0 E = E0cos , 2 00 EI 2 0 cosII 0max 0III ， 0 2 I， 马吕斯定律马吕斯定律（18091809） 消光消光 22 0 2 cos EEI 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 4 三三. . 线偏振光的检偏线偏振光的检偏 检偏：检偏：用偏振器件检验光的偏振态用偏振器件检验光的偏振态 I ? P 待检光待检光 若若 I 不变不变 ？是什么光是什么光 若若 I 变，有消光变，有消光 ？是什么光是什么光 若若 I 变，无消光变，无消光 ？是什么光是什么光 思考思考 设入射光可能是设入射光可能是自然光自然光或或线偏振光线偏振光 或由线偏振光与自然光混合而成的或由线偏振光与自然光混合而成的 部分偏振光部分偏振光 旋转旋转 演示演示线偏振光的起偏和检偏线偏振光的起偏和检偏 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 上述办法能区分出自然光和圆偏振光吗？上述办法能区分出自然光和圆偏振光吗？ 能区分出部分偏振光和椭圆偏振光吗？能区分出部分偏振光和椭圆偏振光吗？ 5 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 6 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 7 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 8 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 9 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 10 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 11 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 12 . . . . . 起偏器起偏器检偏器检偏器 自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化 两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零 13 思考：思考： 两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什两个正交偏振片中间再加一个偏振片，将出现什 么现象？么现象？ PA 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 14 . . . . . 检偏器检偏器 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 自然光自然光 15 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 16 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 17 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 18 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 19 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 20 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 21 . . . . . 检偏器检偏器 自然光自然光 自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变 0 2 1 II 22 例题：例题：光强的调制。光强的调制。在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和检偏和检偏 器器 N 之间，插入一片以角速度之间，插入一片以角速度旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P， 入射自然光强为入射自然光强为，试求由系统出射的光强是多少？试求由系统出射的光强是多少？ 0 I MN P t P N M ttAAcossin)2/ 0 （ 出 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 23 )4cos1)(16/( cossin)2/ 0 22 0 tI ttII （ 出 )cos1 ( 2 1 2 sin 每旋转偏振片每旋转偏振片P一周，输出光强有“四明四零”。一周，输出光强有“四明四零”。 t=00,900,1800,2700时，时，输出光强为零。输出光强为零。 t=450,1350,2250,3150时，时，输出光强为输出光强为。 8/ 0 I 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 24 四四. . 偏振片的应用偏振片的应用 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。 制成偏光眼镜，可观看立体电影。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与若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 地面成地面成4545 角、且向同一方向倾斜的偏振片，角、且向同一方向倾斜的偏振片， 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 可以避免汽车会车时灯光的晃眼可以避免汽车会车时灯光的晃眼。 5.2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验 25 5.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 1809年马吕斯发现，自然光经两种媒介分界面反射和 折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。在一定条 件下，能达到最大的偏振度。 反射光中垂直入射面的分量比例大，反射光中垂直入射面的分量比例大， 折射光中平行入射面的分量比例大。折射光中平行入射面的分量比例大。 自然光反射和折射自然光反射和折射 后产生部分偏振光后产生部分偏振光 n1 n2 i i r 入射角入射角 i 变变 反射、折射光的偏振度也变，反射、折射光的偏振度也变， 当当 i=i0 时时, ,反射光中只有垂反射光中只有垂 直入射面的分量，直入射面的分量， 发现此时发现此时i0+ro =90=90O O 26 i0 布儒斯特角布儒斯特角, , 也叫起偏角。也叫起偏角。 由折射定律有由折射定律有 020201 cossinsininrnin 21 1 2 0 tann n n i 布儒斯特（布儒斯特（BrewsterBrewster）定律定律 （1812年）年） 起偏振角起偏振角 n1 n2 i0i0 r0 线偏振光线偏振光 S i0+ro =90=90O O. . 5.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 27 例例: : 若若 n1=1.00(1.00(空气空气) )，n2=1.50(1.50(玻璃玻璃) )。 互余互余 空气空气玻璃玻璃 玻璃玻璃空气空气 4233 50 . 1 00. 1 1856 00. 1 50. 1 0 0 tani tani 理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入 射自然光总能量的射自然光总能量的7.4%，而约占，而约占85%的垂的垂 直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。 5.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振
