大学物理光的偏振1.pptx

理学院：李明明理学院：李明明光的偏振光的偏振（Polarization of light）看立体电影时，为什么要带一副特制的眼镜？看立体电影时，为什么要带一副特制的眼镜？为了清楚地拍摄到橱窗内的物体，为什么在镜头前加一为了清楚地拍摄到橱窗内的物体，为什么在镜头前加一个特殊的光学元件？个特殊的光学元件？为什么要带偏光太阳镜为什么要带偏光太阳镜光的波动性光的波动性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光的偏振光的偏振.光的干涉、衍射光的干涉、衍射?光波是横波光波是横波?11-10 光的偏振光的偏振 马吕斯定律马吕斯定律一一.光的偏振性光的偏振性Polarization 1.光波是电磁波光波是电磁波-横波横波 2 2、光波中参与物质相互作用（感光作用、生理作用）、光波中参与物质相互作用（感光作用、生理作用）的是的是 E E 矢量，称为光矢量。矢量，称为光矢量。E E 矢量的振动称为光振动矢量的振动称为光振动光的偏振态可以分为三类光的偏振态可以分为三类:完全偏振光完全偏振光自然光自然光部分偏振光部分偏振光 3、光矢量、光矢量 在垂直于波线的平面内的具体振动方式在垂直于波线的平面内的具体振动方式,称称为光的偏振态。为光的偏振态。4.14.1、自然光（、自然光（natural lightnatural light）发光的随机性发光的随机性 发光的间歇性发光的间歇性E2E3E4E1E6E5光矢量光矢量E E的振动在任何方向上没有任何一方占优势。的振动在任何方向上没有任何一方占优势。X XY Y 一一束束自自然然光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、等幅的、不相干的线偏振光。等幅的、不相干的线偏振光。自然光的分解自然光的分解自然光的分解自然光的分解4.24.2、线偏振光、线偏振光(linearly polarized lightlinearly polarized light ）符号表示符号表示光矢量只在某一固定的方向振动的光光矢量只在某一固定的方向振动的光X XY Y线偏光线偏光线偏振光可沿两个相互线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解垂直的方向分解:y yx xo4.34.3、部分偏振光部分偏振光 ：部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光 部部分分偏偏振振光光可可分分解解为为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、不不等等幅的、不相干的线偏振光。幅的、不相干的线偏振光。表示法：表示法：平行屏面的平行屏面的光振动较强光振动较强垂直屏面的垂直屏面的光振动较强光振动较强光波既不是完全偏振光光波既不是完全偏振光,也不是自然光也不是自然光,而是两者的混合而是两者的混合光矢量光矢量E E的振动在某一方向占优势。的振动在某一方向占优势。偏振光在科学研究等领域获得极为广泛的偏振光在科学研究等领域获得极为广泛的应用应用,但是普通光源发出的光是自然光但是普通光源发出的光是自然光,通过什通过什么途径来获得线偏振光么途径来获得线偏振光?偏偏振振化化方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光1 1、偏振片（、偏振片（Polaroid）:二、偏振片二、偏振片 起偏和检偏起偏和检偏作用：用于产生偏振光和检验光的偏振性作用：用于产生偏振光和检验光的偏振性。偏振片：能够将自然光变为线偏光的偏振片：能够将自然光变为线偏光的元件。只允许某一方向的光振动通过。元件。只允许某一方向的光振动通过。偏振片的作用机制：偏振片的作用机制：x x y yz zz z线栅起偏器线栅起偏器 入射入射电磁波电磁波（2 2）二向色性晶体。）二向色性晶体。（1 1）分子型：含有传导电子）分子型：含有传导电子的聚合物高分子链的聚合物高分子链偏偏振振化化方方向向自然光自然光偏振片偏振片线偏振光线偏振光偏振片的偏振化方向：偏振片的偏振化方向：有一特殊方向有一特殊方向P P：凡光振动与凡光振动与P P平行的，几乎全部通过；平行的，几乎全部通过；重要结论重要结论:1 1）自然光通过偏振片变为线偏振光；）自然光通过偏振片变为线偏振光；2 2）自然光通过偏振片光强：）自然光通过偏振片光强：光振动与光振动与P P垂直的几乎全部被吸收，垂直的几乎全部被吸收，P P方向叫做偏振化方向方向叫做偏振化方向2 2、起偏和检偏：、起偏和检偏：如何判断一种光是自然光、线偏振光、部分偏振光？如何判断一种光是自然光、线偏振光、部分偏振光？起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。检偏：检查入射光的偏振性。检偏：检查入射光的偏振性。消光：透过偏振片的光强为零的现象。消光：透过偏振片的光强为零的现象。I I 有变化有变化,最小值为零最小值为零(消光消光)是什么光？是什么光？I I 有变化有变化,但最小值不为零，但最小值不为零，是什么光？是什么光？I I 不变不变，是什么光？是什么光？慢慢旋转检偏片慢慢旋转检偏片,观察透过偏振片的光的光强观察透过偏振片的光的光强I I如何变化？如何变化？自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光蓝天白云蓝天白云如何拍摄蓝天下的白云？如何拍摄蓝天下的白云？自然光自然光空气分子空气分子 部部分分偏偏振振光光 线线偏偏振振光光制成立体眼镜，可观看立体电影。制成立体眼镜，可观看立体电影。三、三、马吕斯定律（马吕斯定律（Malus law)法国物理学家法国物理学家法国物理学家法国物理学家 线偏振光垂直入射到偏振片上，透过的光强如何计算？线偏振光垂直入射到偏振片上，透过的光强如何计算？I I0 0I IP P 马吕斯定律（马吕斯定律（180180）P P E E0 0讨论：讨论：3 3、其它位置光强将有所减弱。其它位置光强将有所减弱。1 1、线偏振光通过偏振片光振动方向发生了旋转！、线偏振光通过偏振片光振动方向发生了旋转！I I0 0I IP P消光消光4 4、自然光通过偏振片后，光强减半。、自然光通过偏振片后，光强减半。例题、一束光是自然光和线偏振光的混合例题、一束光是自然光和线偏振光的混合,当它通过一偏当它通过一偏振片时发现透射光的强度取决于偏振片的取向振片时发现透射光的强度取决于偏振片的取向,其强度可其强度可以变化以变化5倍倍,求入射光中两种光的强度各占总入射光强度的求入射光中两种光的强度各占总入射光强度的几分之几？几分之几？解解:设入射混合光强为设入射混合光强为I，其中线偏振光强：其中线偏振光强：xI，自然光强自然光强：(1-x)I,最大透射光强最大透射光强:最小透射光强最小透射光强:线偏振光占总入射光强的线偏振光占总入射光强的2/3,自然光占自然光占1/3 1 11-11 1-11 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振反射和折射：使入射的自然光产生一定程度的偏振化！反射和折射：使入射的自然光产生一定程度的偏振化！自然光自然光部分部分偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光实验表明：布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律（苏格兰物理学家苏格兰物理学家苏格兰物理学家苏格兰物理学家）反射光与折射光垂直：反射光与折射光垂直：当入射角满足一定条件时？反射光为线偏振光当入射角满足一定条件时？反射光为线偏振光:自然光自然光点式点式偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光有反射光干扰的橱窗有反射光干扰的橱窗加偏振镜消除了反射光加偏振镜消除了反射光的干扰的干扰光的偏振的应用光的偏振的应用软软X射线多层膜偏振光的产生与应用！射线多层膜偏振光的产生与应用！讨论光线的反射和折射讨论光线的反射和折射(起偏角起偏角 )玻璃堆起偏器玻璃堆起偏器 问：为什么最后出射角是问：为什么最后出射角是？自然光自然光“点点”式式偏振光偏振光“线线”式偏振式偏振光光最新发展与前沿：最新发展与前沿：、软、软X射线多层膜偏振光的产生与应用！射线多层膜偏振光的产生与应用！、偏振片薄膜化研究与液晶显示方面的应用！、偏振片薄膜化研究与液晶显示方面的应用！、偏振显微镜对人体生物球晶的检测，预测疾、偏振显微镜对人体生物球晶的检测，预测疾 病！等等病！等等应用：应用：、偏振显微镜探矿等；、偏振显微镜探矿等；、偏光天文罗盘等！、偏光天文罗盘等！、汽车头灯防眩目装置？、汽车头灯防眩目装置？小小 结结3、掌握、掌握马吕斯定律马吕斯定律。4 4、了解反射和折射光的偏振性、了解反射和折射光的偏振性、掌握布儒斯特定律掌握布儒斯特定律。1、了解光的偏振性，、了解光的偏振性，光的偏振态的分类！光的偏振态的分类！2、了解偏振片，、了解偏振片，掌握偏振片的起偏和检偏。掌握偏振片的起偏和检偏。练习：如图所示，两偏振片的透偏振方向间的夹角为练习：如图所示，两偏振片的透偏振方向间的夹角为，光源为自然光源。光源为自然光源。1 1、求通过第二个偏振片的光强。、求通过第二个偏振片的光强。2 2、如、如果在两偏振片之间插入第三个偏振片，问它们的夹角如何果在两偏振片之间插入第三个偏振片，问它们的夹角如何选取才能使最后透过的光强最大？选取才能使最后透过的光强最大？.P P1 1P P2 2P P1 1I I1 1I I0 0I I2 2S S1 1、求通过第二个偏振片的光强、求通过第二个偏振片的光强?.P P1 1P P2 2P P1 1I I1 1I I0 0I I2 2S S如果第三个偏振片的偏振化方向与前两个偏振片的偏如果第三个偏振片的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方向之间夹角相等时，最后透过的光强最大。振化方向之间夹角相等时，最后透过的光强最大。2 2、如果在两偏振片之间插入第三个偏振片，问它们的夹角如何选、如果在两偏振片之间插入第三个偏振片，问它们的夹角如何选取才能使最后透过的光强最大？取才能使最后透过的光强最大？.P P1 1P P2 2P P1 1I I1 1I I0 0I I2 2S SP P3 3 P P3 3P P1 1-I I3 34.3.4.3.椭圆偏振光：椭圆偏振光：光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆。光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆。左旋偏振光；左旋偏振光；右旋偏振光。右旋偏振光。4.4.4.4.圆偏振光圆偏振光: