大学物理（上） 第10章 光的偏振.pdf

第10章光的偏振本章知识要点自然光偏振光起偏与检偏马吕斯定律反射光与折射光的偏振布儒斯特定律光的双折射*旋光现象*第一节自然光和偏振光目录,第二节起偏和检偏马吕斯定律,第三节反射与折射时光的偏振 布儒斯特定律,第四节光的双折射*,第五节旋光现象*第一节自然光和偏振光横波的偏振性）横波的传播方向和质点的振动方向垂直，通过波的传播方向且包含 振动矢量的那个平面称为振动面。振动面与包含传播方向在内的其他平面不同，这称为波的振动方向相 对传播方向没有对称性，这种不对称叫作偏振。实验表明，只有横波才有 偏振现象。4第一节自然光和偏振光横波的偏振性第一节自然光和偏振光光的横波性P光的干涉和衍射现象显示了光的波动性，但无法说明光是纵波还是 横波。光的偏振现象从实验上清楚地显示出光的横波性，这一点和光的 电磁理论的预言完全一致，光的偏振现象为光的电磁波本性提供了进一 步的证据。6第一节自然光和偏振光光的偏振性光矢量：光是电磁波，产生感光和生理作用的是光波中的电场强度E,也称为光矢量。光的振动面：光矢量和传播方向所在的平面。光矢量的表示:予Cmu光矢量平行于纸面光矢量垂直于纸面C7第一节自然光和偏振光自然光一般光源发出的光，包含各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅 都相等。没有一个方向较其它方向占优势，各光矢量间无恒定位相差。符号表示V8第一节自然光和偏振光线偏振光光矢量始终沿某一方向振动，也称为完全偏振光或平面偏振光。符号表示9第一节自然光和偏振光部分偏振光某一方向的光振动比与之相垂直方向的光振动占优势。符号表示传播方向传播方向目录,第一节自然光和偏振光第二节起偏和检偏马吕斯定律,第三节反射与折射时光的偏振 布儒斯特定律,第四节光的双折射*,第五节旋光现象*第二节起偏和检偏马吕斯定律起偏和检偏P二向色性：某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直 的光振动通过，这种性质称二向色性偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片。起偏器：从自然光获得线偏振光的器件。检偏器：用于鉴别某光是自然光还是线偏振光的仪器。第二节起偏和检偏马吕斯定律起偏和检偏偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光 通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向。起偏检偏起偏器检偏器第二节起偏和检偏马吕斯定律起偏和检偏14第二节起偏和检偏马吕斯定律马吕斯定律E=Eicosa【0琉1=1。cos2 a马吕斯定律。为线偏光的光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角第二节起偏和检偏马吕斯定律例104某光束可以看成由线偏振光和自然光混合而成，当 它通过偏振片时，发现透射光的光强最大值是最小值的5倍。求入射光束中两种光的相对光强之比。解：设自然光光强为IQ，偏振光光强为1无论通过何种偏振片，自然光光强变为线偏振光通过偏振片时，由马吕斯定律，光强最大为,最小为0-/0+A根据题意 2-=5 11：10=2:116第二节起偏和检偏马吕斯定律例10-2有两个偏振片，一个用作起偏器，一个用作检偏器。当它们偏振 化方向间的夹角为30时，一束单色自然光穿过它们，出射光强为A；当它 们偏振化方向间的夹角为60。时，另一束单色自然光穿过它们，出射光强为4,且/尸以求两束单色自然光的强度之比。解：设前后两束自然光光强分别为Ao20它们通过起偏器后，均变为线偏光，且光强变为原来的一半两束线偏振光通过检偏器时，根据马吕斯定律1 9 1 9Ir=-I1()Cos2300=-I2()Cos260Q=I2 T-1*3 10 2 20 1 17第二节起偏和检偏马吕斯定律4练一练光强为，0的自然光依次通过两个偏振片Pl、P2,若Pl和P2的偏振化方向的夹角a=30。，则透射光强是_o1解：自然光通过Pi后，光强变为J4根据马吕斯定律，通过P2后，光强变为1 3-/0-cos230=-/02 0 818第二节起偏和检偏马吕斯定律练一练自然光通过两个偏振片，它们的偏振化方向夹角 为60。，透射光为/1,现将第三块偏振片插在两者之间，使之 与两者偏振化夹角均为成30。，求透射光强的大小。解：设自然光光强为4,第二种情况下透射光的光强为4根据马吕斯定律1 9 1A=-70COS 60=Io1 9 9 92=-I0 cos2 3 30 cos2 30=Zo32 o19第二节起偏和检偏马吕斯定律偏振片的应用L汽车前窗和前窗玻璃，加偏振片防止强光2、摄像镜头前加上偏振镜消除反光3、3D电影4、地质上，偏光显微镜检查矿石的种类20第二节起偏和检偏马吕斯定律左摄像头拍摄的影片画面 投射光线振动方向右摄像头拍摄的影片画面 投射光线振动方向水平方向偏振片投射出水平振动方向光线I1竖直方向偏振片投射出婴直振动方向光线Q _(DL左眼看到的画面 右眼看到的画面画面通过眼镜分离目录,第一节自然光和偏振光,第二节起偏和检偏马吕斯定律第三节反射与折射时光的偏振 布儒斯特定律,第四节光的双折射*,第五节旋光现象*第三节布儒斯特定律反射和折射时光的偏振自然光在界面上反射和折射时，都成为部分偏振光 反射光是以垂直于入射面的光振动占优势 折射光是以平行于入射面的光振动占优势 入射角改变时，反射光的偏振化程度也随之改变 在特殊情况下，反射光有可能成为完全偏振光图10-7反射光和折射光的偏振：（a）反射光的偏振；（b）折射光的偏振23第三节布儒斯特定律布儒斯特定律当入射角等于某一定值4时，反射光成为完全偏振光且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光根据光的可逆性，当入射光以/角从巧介质入射于界面时,此/角也为布儒斯特角ta 叫=90（反射光和折射光垂直）24第三节布儒斯特定律布儒斯特定律为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法25第三节布儒斯特定律布儒斯特定律的应用61、测量不透明介质的折射律2、外腔式气体激光器中的布儒斯特窗3、相机的偏振镜头第三节布儒斯特定律例10-3 已知介质4对介质6的全反射临界角为60。现使一束自然光由介质6 入射到介质Z,欲获存全偏振的反射光，则入射角均应为多少？图10-9自然光的反射与折射解 设介质4 6的折射率分别为j、巧,如图109所示。已知介质工对介质3的全反射临界角为60,由折射定律 可以得到“sin 600=巧sin 900 由布儒斯特定律，可得从介质6入射到介质且获取全偏振的反射光的条件为 tan石=马 27第三节布儒斯特定律例10-4 测得从池塘水面反射出来的太阳光是线偏振光，已 知水的折射率为1.35,求此时太阳相对地平线的仰角。解 图10.10所示为水面发出的太阳光，由布儒斯特定律图1070水面反射太阳光tanzb=1.35,可得反射光为完全线偏振光的布儒斯特角为4=tan-11.35因此，可以得到太阳相对于地平线的仰角6,即8=90。一%=36.53。28第三节布儒斯特定律练一练已知某材料在空气中的布儒斯特角4=58，求该 材料的折射率。若将它放在水中（水的折射率为L33）,求此 时的布儒斯特角。解：设该材料的折射率为，空气的折射率为1根据布儒斯特定律tan ih=n tan58=1.6 b 1若放置于水中=4=50.3b%1.3329第三节布儒斯特定律练一练自然光以入射角57。由空气投射到一块平玻璃上时,反射光为完全偏振光，求此时的折射角。解：当光线以布儒斯特角入射时，反射光和折射光垂直，即4+z=90所以折射角为r=90-4=37目录,第一节自然光和偏振光,第二节起偏和检偏马吕斯定律,第三节反射与折射时光的偏振 布儒斯特定律,第四节光的双折射*,第五节旋光现象*光的双折射光的双折射：同一束入射光折射后分成两束的现象寻常光（。光）：满足折射定律，sin sin九=常数（%）非常光（e光）：不满足折射定律，sin i/sin y产 常数（4（，）图1072寻常光和非常光(b)。光和e光均为偏振光32光的双折射光轴主平面主截面光轴：当光线沿某方向入射时,不产生双折射,此方向为晶体的光轴。主平面：晶体中任一光线与晶体的光轴所组成的平面。0光的光振动垂直于。光的主平面e光的光振动在e光的主平面内主截面：光轴和晶体表面法线方向组成的平面。当入射面是主截面时,。光的振动垂直主截面,e光的振动平行于主截面34人为双折射人为双折射：用人工的方法，使某些物质呈现双折射现象r加压力或拉伸力光弹效应加电场加磁场克尔效应 法拉第效应克尔效应的应用：应制成弛豫时间极短的电控光开关光弹效应的应用：在工业上可以制成各种零件的透明模型，在外力作用 下，观测和分析这些条纹的色彩和形状，从而判断模型内部的受力情况。目录,第一节自然光和偏振光,第二节起偏和检偏马吕斯定律,第三节反射与折射时光的偏振 布儒斯特定律,第四节光的双折射*第五节旋光现象*第五节旋光现象旋光现象旋光现象：当线偏振光通过某种透明物质时，线偏振光的振动面将旋转 一定的角度，这种现象称为振动面的旋转，也称为旋光现象。旋光物质：能使振动面旋转的物质称为旋光物质。如石英晶体、糖和酒石酸等溶液均为旋光物质实验证明：振动面旋转的角度取决于旋光物质的性质、厚度或浓度 以及入射光的波长等。37第五节旋光现象旋光现象图10-13旋光实验(1)不同的旋光物质可以使线偏振 光的振动面向不同方向旋转 对于固体旋光物质，振动面转 过的角度。正比于光在旋光物质内 通过的距离/6=al(比例系数a为旋光物质的旋光率)(3)对于液体旋光物质，振动面转过 的角度。为9=acl(。是旋光物质的浓度)