物理基础 光的偏振幻灯片.ppt

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1、物理基础 光的偏振第1页，共40页，编辑于2022年，星期日2.光波的特点：光波的特点：由于光源发光是由大量原子发光组成，由于光源发光是由大量原子发光组成，每个原子发光的振动方向都是随机的，每个原子发光的振动方向都是随机的，E 和和 B 在各方向的振动都存在。可引起人的视在各方向的振动都存在。可引起人的视觉的只有觉的只有 E 矢量（光矢量）。矢量（光矢量）。E每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。E第2页，共40页，编辑于2022年，星期日13.9.1 自然光自然光用相互垂直的光振动描写自然光。用相互垂直的光振动描写自然光。这两个方向的光振动的光强为自然光强度

2、的一这两个方向的光振动的光强为自然光强度的一半。半。第3页，共40页，编辑于2022年，星期日13.9.2 偏振光偏振光-线偏振光线偏振光只有某一个方向的光振动。只有某一个方向的光振动。部分偏振光部分偏振光某一个方向的光振动占优势。某一个方向的光振动占优势。第4页，共40页，编辑于2022年，星期日 某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射上时，只允许某个特定方向的光当自然光照射上时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光。振动通过，形成偏振光。1.偏振片偏振片 聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片间制成偏

3、振片。间制成偏振片。2.偏振化方向偏振化方向允许特定光振动通过的方向。允许特定光振动通过的方向。13.10 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律 13.10.1 起偏和检偏起偏和检偏第5页，共40页，编辑于2022年，星期日3.起偏起偏将自然光转变成偏振光的过程。将自然光转变成偏振光的过程。偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器第6页，共40页，编辑于2022年，星期日4.检偏检偏检测偏振光的过程。检测偏振光的过程。检偏器检偏器起偏器起偏器第7页，共40页，编辑于2022年，星期日自自然然光光I0线线 偏偏 振振光光I偏偏 振振 化化方向方向线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器

4、检偏器自自然然光光I0最亮最亮线线 偏偏 振振光光I自自然然光光I0线线 偏偏 振振光光I最暗最暗第8页，共40页，编辑于2022年，星期日当当 P1/P2 时，时，透射光最强。最亮透射光最强。最亮当当 P1 P2 时，时，透射光为透射光为0。最暗。最暗实验发现实验发现第9页，共40页，编辑于2022年，星期日马吕斯马吕斯马吕斯马吕斯(Etienne Louis Malus 1775-1812 Etienne Louis Malus 1775-1812 Etienne Louis Malus 1775-1812 Etienne Louis Malus 1775-1812)马吕斯从事光学方面的研

5、究。马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。马吕斯从事光学方面的研究。1808180818081808年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了确定了偏振光强度变化的规律（现称为马吕斯定律）。他研究了光在晶体中的双折射现象，光在晶体中的双折射现象，光在晶体中的双折射现象，光在晶体中的双折射现象，1811181118111811年，他与年，他与年，他与年，他与J.J.J.J

6、.毕奥各自独立地发现折毕奥各自独立地发现折毕奥各自独立地发现折毕奥各自独立地发现折射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。射时光的偏振，提出了确定晶体光轴的方法，研制成一系列偏振仪器。法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎，巴黎，巴黎，巴黎，1796179617961796年毕业于巴黎工艺学院，曾在年毕业于巴黎工艺学院，曾在年毕业于巴黎工艺学院，曾在年毕业于

7、巴黎工艺学院，曾在工程兵部队中任职。工程兵部队中任职。工程兵部队中任职。工程兵部队中任职。1808180818081808年起在巴黎工艺年起在巴黎工艺年起在巴黎工艺年起在巴黎工艺学院工作。学院工作。学院工作。学院工作。1810181018101810年被选为巴黎科学院院士，年被选为巴黎科学院院士，年被选为巴黎科学院院士，年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。曾获得过伦敦皇家学会奖章。曾获得过伦敦皇家学会奖章。曾获得过伦敦皇家学会奖章。13.10.2 马吕斯定理马吕斯定理第10页，共40页，编辑于2022年，星期日 两偏振片偏两偏振片偏振化方向夹角振化方向夹角为为 。将通过将通过 P

8、1 的光的光矢量振幅矢量振幅 A1，分解分解为平行于为平行于P2 的分量的分量 A2 和垂直于和垂直于P2的分量的分量 A。第11页，共40页，编辑于2022年，星期日垂直分量垂直分量 A 不能通过不能通过P2，平平行分量行分量 A2 可通过可通过 P2。由于光强与光振幅平方成正比，由于光强与光振幅平方成正比，马吕斯定律马吕斯定律第12页，共40页，编辑于2022年，星期日马吕斯定律马吕斯定律讨论：讨论：1.当当时，时，2.当当时，消光时，消光第13页，共40页，编辑于2022年，星期日例例1.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中

9、一偏振片慢慢射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动转动180 时透射光强度发生的变化为时透射光强度发生的变化为:B （A）光强单调增加；光强单调增加；（B）光强先增加，后有减小至零；光强先增加，后有减小至零；（C）光强先增加，后减小，再增加；光强先增加，后减小，再增加；（D）光强先增加，然后减小，再增加再光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。减小至零。第14页，共40页，编辑于2022年，星期日例例2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏一块

10、的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度振片以恒定的角速度 w 绕光传播的方向旋绕光传播的方向旋转，设入射自然光的光强为转，设入射自然光的光强为 I0。试证明：试证明：此此自然光通过这一系统后，出射光的光强为自然光通过这一系统后，出射光的光强为第15页，共40页，编辑于2022年，星期日第16页，共40页，编辑于2022年，星期日第17页，共40页，编辑于2022年，星期日 当自然光入射到当自然光入射到媒质表面时，反射光媒质表面时，反射光和折射光都是部分偏和折射光都是部分偏振光。振光。当当入射角满足入射角满足时，反射光为时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。偏振光，折射光为部分偏

11、振光。1 13.11 3.11 反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律布儒斯特定律 13.11.1 反射和折射产生的偏振反射和折射产生的偏振13.12.2 布儒斯特定律布儒斯特定律第18页，共40页，编辑于2022年，星期日反射线与折射线垂直。反射线与折射线垂直。证明：证明：由折射定律由折射定律和布儒斯特定律和布儒斯特定律第19页，共40页，编辑于2022年，星期日证毕证毕即反射线与折射线垂直。即反射线与折射线垂直。第20页，共40页，编辑于2022年，星期日玻璃玻璃n2=1.5，布儒斯特角布儒斯特角水水n2=1.33，玻璃堆可产生较玻璃堆可产生较强的反射偏振光。强的反射偏振光

12、。玻璃片堆起偏和检偏玻璃片堆起偏和检偏第21页，共40页，编辑于2022年，星期日例例.一束自然光自空气射向一一束自然光自空气射向一块平板玻璃块平板玻璃(如图如图)，设入射，设入射角等于布儒斯特角角等于布儒斯特角i0，则在界则在界面面 2 的反射光的反射光 B （A）光强为零；光强为零；（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；于入射面；（C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；行于入射面；（D）是部分偏振光。是部分偏振光。第22页，共40页，编辑于2022年，星期日 当一束自然光穿过双折射晶体时，分成当一束自然

13、光穿过双折射晶体时，分成两束偏振光。如方解石晶体。两束偏振光。如方解石晶体。例如：例如：白纸上涂一个黑白纸上涂一个黑点，将方解石放在纸上，点，将方解石放在纸上，可观察到两个黑点，旋转可观察到两个黑点，旋转方解石，一个黑点不动，方解石，一个黑点不动，另一个黑点旋转。另一个黑点旋转。1 13.12 3.12 双折射现象双折射现象13.12.1 晶体的双折射现象晶体的双折射现象第23页，共40页，编辑于2022年，星期日1.寻常光寻常光-o光光 服从折射定律，沿各方向的光的传播服从折射定律，沿各方向的光的传播速度相同，各向折射率速度相同，各向折射率 no 相同，为偏振光。相同，为偏振光。寻常光、非常

14、光寻常光、非常光第24页，共40页，编辑于2022年，星期日2.非常光非常光-e光光 不服从折射定律，沿各方向的光的传不服从折射定律，沿各方向的光的传播速度不相同，各向折射率播速度不相同，各向折射率 ne 不相同，为不相同，为偏振光。偏振光。第25页，共40页，编辑于2022年，星期日1.光轴光轴 在该方向上在该方向上o光、光、e光的传播速度相同，光的传播速度相同，折射率相同，两光线重合。折射率相同，两光线重合。AB两点的连线为光轴，两点的连线为光轴，平行于光轴方向平行于光轴方向o、e光重合光重合垂直于光轴方向垂直于光轴方向no、ne相差最大，相差最大，o、e光偏离最大。光偏离最大。光轴、主平

15、面、正负晶体光轴、主平面、正负晶体第26页，共40页，编辑于2022年，星期日2.主平面主平面-主截面主截面 晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此晶体内任一光线和光轴所决定的平面为此光线的主平面。光线的主平面。o 光、光、e 光都有各自的主平面。光都有各自的主平面。o光的振动方向与它的光的振动方向与它的主平面垂直，主平面垂直，e光的振动方向与它的光的振动方向与它的主平面平行。主平面平行。垂直入射时，两主平垂直入射时，两主平面重合。面重合。光轴光轴方解石方解石第27页，共40页，编辑于2022年，星期日3.正负晶体正负晶体正晶体正晶体负晶体负晶体如方解石晶体如方解石晶体如石英晶体如石英晶体第28

16、页，共40页，编辑于2022年，星期日例例.ABCD 为一块方解石的一个截面，光轴为一块方解石的一个截面，光轴方向在屏幕面内且与方向在屏幕面内且与AB 成一锐角成一锐角 ,如图所如图所示示.一束平行的单色自然光垂直于一束平行的单色自然光垂直于 AB 端面入端面入射射.在方解石内折射分解为在方解石内折射分解为 o 光和光和 e 光光,o 光光和和 e 光的光的:第29页，共40页，编辑于2022年，星期日(A)传播方向相同传播方向相同,光矢量光矢量的振动方向互相垂直的振动方向互相垂直.C (D)传播方向不相同传播方向不相同,光矢光矢量的振动方向不互相垂直量的振动方向不互相垂直.(C)传播方向不相

17、同传播方向不相同,光矢量光矢量的振动方向互相垂直的振动方向互相垂直.(B)传播方向相同传播方向相同,光矢量光矢量的振动方向不互相垂直的振动方向不互相垂直.第30页，共40页，编辑于2022年，星期日1.一束光强为一束光强为 I0 的自然光垂直穿过两个偏振片，的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成且此两偏振片的偏振化方向成 45 角，若不角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为：后的光强为：B （A）（B）（C）（D）第31页，共40页，编辑于2022年，星期日2.三个偏振片三个偏振片 P1、P2与与P3 堆叠在一起，堆叠

18、在一起，P1 与与 P3 的片振化方向相互垂直，的片振化方向相互垂直，P2 与与 P1 的片的片振化方向间的夹角为振化方向间的夹角为 30 。强度为。强度为 I0 的自的自然光垂直入射到偏振片然光垂直入射到偏振片 P1，并依次透过偏振并依次透过偏振片片 P1、P2 与与 P3，若不考虑偏振片的吸收和反若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光光强为：射，则通过三个偏振片后的光光强为：C （A）（B）（C）（D）第32页，共40页，编辑于2022年，星期日3.自然光以自然光以 60 的入射角照射到某一透明介的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，则知：质表面时，反射光为线偏振

19、光，则知：B （A）折射光为线偏振光折射光为线偏振光 30 ；（B）折射光为部分偏振光，折射角为折射光为部分偏振光，折射角为 30 ；（C）折射光为线偏振光，折射角不能确定；折射光为线偏振光，折射角不能确定；（D）折射光为部分偏振光，折射角不能确折射光为部分偏振光，折射角不能确定；定；第33页，共40页，编辑于2022年，星期日4.一束自然光自空气射向一一束自然光自空气射向一块平板玻璃块平板玻璃(如图如图)，设入射，设入射角等于布儒斯特角角等于布儒斯特角i0，则在则在界面界面 2 的反射光的反射光 B （A）光强为零；光强为零；（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂是完全偏振光且光矢量的振动方

20、向垂直于入射面；直于入射面；（C）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；于入射面；（D）是部分偏振光。是部分偏振光。第34页，共40页，编辑于2022年，星期日5.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的是最小值的 5 倍，那么入射光束中自然光与倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：线偏振光的光强比值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3

21、.第35页，共40页，编辑于2022年，星期日6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动慢慢转动180 时透射光强度发生的变化为时透射光强度发生的变化为:B （A）光强单调增加；光强单调增加；（B）光强先增加，后有减小至零；光强先增加，后有减小至零；（C）光强先增加，后减小，再增加；光强先增加，后减小，再增加；（D）光强先增加，然后减小，再增加再减小光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。至零。第36页，共40页，编辑于2022年，星期日7.使一光强为使一光强为 I0 的平面偏振光

22、先后通过两个偏的平面偏振光先后通过两个偏振片振片 P1 和和 P2.P1 和和 P2 的偏振化方向与原入的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角是射光光矢量振动方向的夹角是a 和和 90，则，则通过这两个偏振片后的光强通过这两个偏振片后的光强 I是是:C (B)0.(A)(C)(D)(E)第37页，共40页，编辑于2022年，星期日8.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片。若以此入射光束为轴旋转垂直通过一偏振片。若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的 5 倍，那么入射光束中自然

23、光与线偏振光的光强倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为比值为（A）1/2（B）1/5（C）1/3（D）2/3 A 第38页，共40页，编辑于2022年，星期日9.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是表面上，反射光是（A）在入射面内振动的完全偏振光。在入射面内振动的完全偏振光。（B）平行于入射面的振动占优势的部分偏平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。振光。（C）垂直于入射面振动的完全偏振光。垂直于入射面振动的完全偏振光。（D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光光.C 第39页，共40页，编辑于2022年，星期日第40页，共40页，编辑于2022年，星期日