2021-2022学年高二物理竞赛课件：光的偏振状态.pptx

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1、光的偏振状态光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振.机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝 劳厄实验是为了实现劳厄实验是为了实现X射线的衍射线的衍射而设计的。晶体相当于三维光栅，射而设计的。晶体相当于三维光栅，衍射图样（衍射图样（劳厄斑劳厄斑）证实了）证实了X射线的射线的波动性。波动性。劳厄劳厄 劳厄实验劳厄实验X 射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑单晶的劳厄相单晶的劳厄相劳厄获劳厄获1914年年 Nobel 物理学奖。物理学奖。d:晶面间距晶面间距(晶格常数）晶格常数）:掠射角掠射角CABd布拉格父子获布

2、拉格父子获1915年年 Nobel 物理学奖。物理学奖。1.同一层晶面上各原子的散射同一层晶面上各原子的散射光，反射线的强度最大。光，反射线的强度最大。2.不同晶面间反射光相互干涉。不同晶面间反射光相互干涉。干涉加强条件干涉加强条件布拉格公式布拉格公式 布拉格公式布拉格公式 应用应用1.已知已知、可测可测d X射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。2.已知已知 、d 可测可测 X射线光谱分析。射线光谱分析。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向不同的振动方向 偏振状态偏振状态光矢量：光矢量：光波的光波的 矢量。矢量。线偏振光（平面偏振光

3、）线偏振光（平面偏振光）光矢量在传播中始终光矢量在传播中始终保持在一个固定平面上振动。保持在一个固定平面上振动。线偏振光（平面偏振光）：线偏振光（平面偏振光）：平行平行斜交斜交垂直垂直 yz yz沿沿 yz 平面内任一方向振动的线偏振光平面内任一方向振动的线偏振光两个相互垂直、同频率、两个相互垂直、同频率、同相位（或相位差为同相位（或相位差为p p）的）的（相干）（相干）线偏振光的叠加线偏振光的叠加EyEz自然光自然光 每个原子发射的光波列为偏振光。每个原子发射的光波列为偏振光。自然光自然光：大量原子随机发射的光波列：大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、的集合，每个光波列的

4、频率、相位、振动方向、波列长度均不同。振动方向、波列长度均不同。就各振动方向而言，光强具有就各振动方向而言，光强具有轴对称轴对称分布。分布。自然光的图示：自然光的图示：一束自然光可分解为两束振动方向相互一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、垂直、同频率、同频率、等幅、等幅、不相干不相干的线偏振的线偏振光。光。y z y zIy=Iz部分偏振光部分偏振光部分偏振光：部分偏振光：光矢量在各振动方向光矢量在各振动方向的光强的光强不具有轴对称分布，不具有轴对称分布，而是在而是在某一方向占优势。某一方向占优势。部分偏振光的图示：部分偏振光的图示：线偏振光线偏振光完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光

5、完全偏振光完全偏振光+自然光自然光 光矢量绕着光的传播方向旋光矢量绕着光的传播方向旋转，其旋转角速度对应光的角频率；对着光的传播转，其旋转角速度对应光的角频率；对着光的传播方向看去方向看去,光矢量端点的轨迹是一个椭圆光矢量端点的轨迹是一个椭圆(圆圆)。椭圆（圆）偏振光：椭圆（圆）偏振光：四、圆偏振光和椭圆偏振光四、圆偏振光和椭圆偏振光 两个相互垂直、同频率、两个相互垂直、同频率、相位差确定相位差确定的线偏的线偏振光的叠加振光的叠加椭圆（圆）偏振光椭圆（圆）偏振光当当 时为椭圆偏振光；时为椭圆偏振光；当当 ，且，且振幅相等振幅相等时为圆偏振光。时为圆偏振光。yx z O yx z O y z y

6、 z右旋右旋左旋左旋传播方向传播方向起偏和检偏起偏和检偏 偏振片：偏振片：能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直能吸收某一方向的光振动，而只让与之垂直方向上的光振动通过方向上的光振动通过(二向色性二向色性)的一种透明薄片。的一种透明薄片。是获得和检验线偏振光的最简单装置。是获得和检验线偏振光的最简单装置。偏振化方向偏振化方向(P)：允许通过允许通过的光振动方向。的光振动方向。检偏：检偏：旋转旋转P2一周，一周，出射光强有出射光强有两明两暗两明两暗的变化。的变化。起偏起偏检偏检偏二、马吕斯（二、马吕斯（Malus）定律）定律光强为光强为 I1 的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为 证明：证明：马吕斯定律马吕斯定律（不考虑偏振片的吸收）（不考虑偏振片的吸收）其他情形，其他情形，0 I2 I1自然光入射，出射光强为自然光入射，出射光强为 Ia0消光消光消光消光(线偏振光入射线偏振光入射)