大学物理光的偏振省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第三章第三章 光偏振光偏振光波性质：光波性质：横波横波c电矢量电矢量E E代表光振动代表光振动光矢量光矢量在垂直于光传输方向平面内，光矢量可能有在垂直于光传输方向平面内，光矢量可能有不一样振动状态不一样振动状态光偏振态光偏振态非偏振光非偏振光完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光第1页一一.非偏振光非偏振光(自然光自然光)没有优势方向没有优势方向自然光分解自然光分解自然光表示法：自然光表示法：1 1 光偏振状态光偏振状态在垂直于其传输方向平面内在垂直于其传输方向平面内每一个光矢量每一个光矢量都能够分解为都能够分解为x x、y y 方向分方向分量量注意：以上两相互垂直分振动无固定相位关系注意：以上两相互垂直分振动无固定相位关系第2页1 1、线偏振光、线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光表示法：线偏振光表示法：光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面垂直光传输方向垂直光传输方向平面内平面内二二.完全偏振光完全偏振光EEyEx yx 第3页右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光2.2.圆偏振光圆偏振光,椭圆偏振光椭圆偏振光三三.部分偏振光部分偏振光部分偏振光部分偏振光某某一一方方向向振振动动强于其它方向强于其它方向部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：平行纸面光振动较强平行纸面光振动较强垂直纸面光振动较强垂直纸面光振动较强 部分偏振光分解部分偏振光分解部分偏振光可看成是自然光和线部分偏振光可看成是自然光和线偏振光混合偏振光混合第4页2 2 线偏振光取得与检验线偏振光取得与检验一一起偏起偏 起偏：起偏：从自然光取得偏振光从自然光取得偏振光 起偏器起偏器:起偏光学器件起偏光学器件自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向(透振方向透振方向)偏振片起偏偏振片起偏:第5页二二.马吕斯定律马吕斯定律(线偏振光入射偏振片线偏振光入射偏振片)I0IPP E0 E=E0cos 马吕斯定律马吕斯定律（18091809）消光消光三三.检偏检偏用偏振器件用偏振器件分析、检验分析、检验光偏振态光偏振态旋转一周旋转一周2 2明明2 2暗暗自然光自然光部分偏振光部分偏振光?第6页例例1.1.三三个个偏偏振振片片 P P1 1、P P2 2与与P P3 3 堆堆叠叠在在一一起起，P P1 1 与与 P P33偏偏振振化化方方向向相相互互垂垂直直，P P2 2 与与 P P1 1 偏偏振振化化方方向向间间夹夹角角为为 3030 。强强度度为为 I0 自自然然光光垂垂直直入入射射到到偏偏振振片片 P P1 1，并并依依次次透透过过偏偏振振片片 P P1 1、P P2 2 与与 P P3 3，若若不不考考虑虑偏偏振振片片吸吸收收和和反反射射，则则经经过三个偏振片后光强为：过三个偏振片后光强为：（A）（B）（C）（D）C第7页例例2.2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块偏振片化方向相互垂直，第二块和第第三块偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块偏振化方向相互平行，然后第二块偏振一块偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定角速度片以恒定角速度 w w绕光传输方向顺时针旋绕光传输方向顺时针旋转，如图所表示。设入射自然光光强为转，如图所表示。设入射自然光光强为I I。,经过这一系统后，出射光光强为何？经过这一系统后，出射光光强为何？第8页第9页例例3.3.一束光是自然光和线偏振光混合光，一束光是自然光和线偏振光混合光，让它们垂直经过一偏振片，若以此入射光束让它们垂直经过一偏振片，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为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值最小值55倍，那么入射光束中自然光与线倍，那么入射光束中自然光与线偏振光光强比值为：偏振光光强比值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.第10页3 3 反射和折射光偏振反射和折射光偏振一一.反射和折射时光偏振反射和折射时光偏振i0 0:起起偏偏角角或或布儒斯角布儒斯角i0+r0=90O 布儒斯特定律布儒斯特定律n1n2i ir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n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光起偏振角起偏振角第11页若若 n n1 1 =1.00(=1.00(空气空气)，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃)，则：，则：二二.玻璃片堆起偏玻璃片堆起偏i0 玻璃片堆玻璃片堆(线偏振光线偏振光)(靠近线偏振光靠近线偏振光)互余互余第12页4 4 光在晶体中双折射光在晶体中双折射(自学自学）方解石方解石oee o一一.双折射概念双折射概念1.1.双折射双折射n1n2irore(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o o光光:遵从折射定律遵从折射定律e e光光:普通不遵从折射定律普通不遵从折射定律e e光折射线普通在入射面内。光折射线普通在入射面内。o o光和光和e e光光都是线偏振光都是线偏振光双折射本质是双折射本质是o光和光和e光折射率不一样，传输速度不一样光折射率不一样，传输速度不一样o o光在入光在入射面内射面内第13页3.3.晶体光轴晶体光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传输输时时不不发发生生双折射，双折射，该方向称为晶体该方向称为晶体光轴。光轴。比如，方解石晶体比如，方解石晶体(冰洲石冰洲石)AB光轴光轴102 光光轴轴是是一一特特殊殊方方向向,凡凡平平行行于此方向直线均为光轴于此方向直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴晶体单轴晶体：只有一个光轴晶体双轴晶体：有两个光轴晶体双轴晶体：有两个光轴晶体单轴晶体单轴晶体方解石，石英，红宝石方解石，石英，红宝石云母，硫磺，蓝宝石云母，硫磺，蓝宝石第14页vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光:e光光:n00，ne称为晶体主折射率称为晶体主折射率 依据依据n00，ne关系可分为正、负晶体关系可分为正、负晶体4.4.光在单轴晶体内波面光在单轴晶体内波面 正晶体正晶体:ne no，如石英如石英负晶体负晶体:ne no，如方解石如方解石第15页5.5.单轴晶体主平面单轴晶体主平面主平面主平面：单轴晶体中光传输方向与晶体光：单轴晶体中光传输方向与晶体光轴组成平面。轴组成平面。e光光光轴光轴e光光主平面主平面o光光光轴光轴o光光主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面振动方向振动方向主平面主平面只有光轴在入射面内时，只有光轴在入射面内时，o o、e e光主平面以及入射光主平面以及入射面重合在一起面重合在一起第16页当光沿光轴方向入射晶体时，当光沿光轴方向入射晶体时，不发生不发生双折射现象双折射现象当光垂直光轴方向入射晶当光垂直光轴方向入射晶体时，体时，o o光、光、e e光沿同一方光沿同一方向传输，但速度不一样向传输，但速度不一样 e o e o光轴光轴晶体晶体 e o e o光轴光轴晶体晶体发生了发生了双折射现象双折射现象第17页偏振片应用偏振片应用v 眼镜、车灯、玻璃眼镜、车灯、玻璃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二向色性二向色性作业：作业：5.2 5.2 习题指导：习题指导：4 4；5 5；7 7看经典例题看经典例题声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片制作消音装置？为何？振片制作消音装置？为何？第18页偏振片应用偏振片应用v 眼镜、车灯、立体电影眼镜、车灯、立体电影声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片制作消音装置？为何？振片制作消音装置？为何？第19页1.1.自然光以自然光以 60 60 入射角照射到某一透明介质表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：面时，反射光为线偏振光，则知：B （A A）折射光为线偏振光）折射光为线偏振光 30 30 ；（B 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 30 ；（C 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 D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；第20页2.2.一束自然光自空气射向一束自然光自空气射向一块平板玻璃一块平板玻璃(如图如图)，设，设入射角等于布儒斯特角入射角等于布儒斯特角i i0 0，则在界面则在界面 2 2 反射光反射光 B （A A）光强为零；）光强为零；（B B）是完全偏振光且光矢量振动方向垂直于）是完全偏振光且光矢量振动方向垂直于入射面；入射面；（C C）是完全偏振光且光矢量振动方向平行于）是完全偏振光且光矢量振动方向平行于入射面；入射面；（D D）是部分偏振光。）是部分偏振光。第21页3.两偏振片堆叠在一起，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。当其中一偏振片慢射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动慢转动180 时透射光强度发生改变为时透射光强度发生改变为:B （A A）光强单调增加；）光强单调增加；（B B）光强先增加，后又减小至零；）光强先增加，后又减小至零；（C C）光强先增加，后减小，再增加；）光强先增加，后减小，再增加；（D D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。零。第22页4.4.一束光强为一束光强为 I I0 0 自然光垂直穿过两个偏振自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片偏振化方向成片，且此两偏振片偏振化方向成 45 45 角，若角，若不考虑偏振片反射和吸收，则穿过两个偏振不考虑偏振片反射和吸收，则穿过两个偏振片后光强为：片后光强为：B （A）（B）（C）（D）第23页5.5.使一光强为使一光强为I I0 0线偏振光先后经过两个偏振片线偏振光先后经过两个偏振片P P1 1和和P P2 2.P.P1 1和和P P2 2偏振化方向与原入射光光矢量偏振化方向与原入射光光矢量振动方向夹角分别是振动方向夹角分别是a a 和和9090 则经过这两个偏则经过这两个偏振片后光强振片后光强I I是是:C (B)0.(A)(C)(D)(E)第24页6.如图，如图，P1、P2为偏振化方向间夹角为为偏振化方向间夹角为a a两个偏振两个偏振片。光强为片。光强为I0平行自然光垂直入射到平行自然光垂直入射到P1表面上，则表面上，则经过经过P2光强光强I=。若在若在P1、P2之间插入第三个偏振片之间插入第三个偏振片P3，则经过，则经过P2光光强发生了改变。试验发觉，以光线为轴旋转强发生了改变。试验发觉，以光线为轴旋转P2，使其偏振化方向旋转一角度使其偏振化方向旋转一角度q q后，发生消光现象，后，发生消光现象，从而能够推算出从而能够推算出P3偏振化方向与偏振化方向与P1偏振化方向之间偏振化方向之间夹角夹角a a=。（假设题中所包括角均为锐。（假设题中所包括角均为锐角，且设角，且设a a a a）II0P1P3P2第25页7.7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是面上，反射光是（A A）在入射面内振动完全偏振光。）在入射面内振动完全偏振光。（B B）平行于入射面振动占优势部分偏振光。）平行于入射面振动占优势部分偏振光。（C C）垂直于入射面振动完全偏振光。）垂直于入射面振动完全偏振光。（D D）垂直于入射面振动占优势部分偏振光）垂直于入射面振动占优势部分偏振光.C 第26页8 8.如图所表示，一束自然光入射到平玻璃板如图所表示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面反射光线上，已知其上表面反射光线1 1为完全偏振光。为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线偏振情况。光线偏振情况。nn0n012第27页9.9.请将以下各图中反射光及折射光偏振态画请将以下各图中反射光及折射光偏振态画出来。图中出来。图中i i0 0=tg=tg-1 1 n n2 2n n1 1 ii ii0 0 第28页 拍摄玻璃窗内物体时，用偏振片拍摄玻璃窗内物体时，用偏振片去掉反射光干扰去掉反射光干扰 第29页n1n2n3用波长为用波长为 单色光垂直照射如同所表示劈尖单色光垂直照射如同所表示劈尖膜（膜（）观察反射光干涉。）观察反射光干涉。（1 1）从劈尖顶开始算起，第二条明条纹中心）从劈尖顶开始算起，第二条明条纹中心所对应膜厚度，第五条暗纹中心所对应膜厚所对应膜厚度，第五条暗纹中心所对应膜厚度度（2 2）相邻二明纹所对应薄膜厚度之差是多少）相邻二明纹所对应薄膜厚度之差是多少第30页在双缝干涉试验中，若单色光源在双缝干涉试验中，若单色光源 S S 到两缝到两缝 S S1,1,S S2 2 距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中 O O 处，现将光源处，现将光源 S S 向下移动到示意图中向下移动到示意图中 S S 位置，位置，则：则：（A A）中央明条纹也向下移动，）中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变；且条纹间距不变；（B B）中央明条纹向上移动，且）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大；条纹间距增大；（C C）中央明条纹向下移动，且）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大；条纹间距增大；（D D）中央明条纹向上移动，且）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变条纹间距不变。D 作业作业 4 习题指导习题指导P66 22第31页(A)P(A)P点处仍为明条纹。点处仍为明条纹。(B)P(B)P点处为暗条纹。点处为暗条纹。(C)(C)不能确定不能确定P P点处是明条绞还是暗条纹。点处是明条绞还是暗条纹。(D)(D)无干涉条纹。无干涉条纹。B在双缝干涉试验中，屏幕在双缝干涉试验中，屏幕E E上上P P点处是明条纹点处是明条纹若将缝若将缝S S2 2盖住，并在盖住，并在S S1 1 S S2 2连线垂直平分面连线垂直平分面处放一高折射率介质反射镜处放一高折射率介质反射镜M M，如图所表示，如图所表示，则此时则此时第32页在双缝干涉试验中，波长在双缝干涉试验中，波长=5500 单色平单色平行光垂直入射到缝间距行光垂直入射到缝间距d=210-4m 双缝双缝上，屏到双缝距离上，屏到双缝距离 D=2m 求：求：(1)中央明纹两侧两条第中央明纹两侧两条第 10 级明纹中心级明纹中心间距间距;(2)用一厚度为用一厚度为 e=6.6 10-6-6m、折射率为、折射率为 n=1.58 玻璃片覆盖一缝后玻璃片覆盖一缝后,零级明纹将零级明纹将移到原来第几级明纹处移到原来第几级明纹处?解解:(1)(2)覆盖玻璃后覆盖玻璃后,零级明纹应满足零级明纹应满足:第33页设不盖玻璃片时设不盖玻璃片时,此点为第此点为第k级明纹，则应级明纹，则应有有所以所以零级明纹移到原第零级明纹移到原第 7 级明纹处级明纹处.第34页用波长为入单色光垂直照射到空气劈尖上，从用波长为入单色光垂直照射到空气劈尖上，从反射光中观察干涉条纹，距顶点为反射光中观察干涉条纹，距顶点为L L处是暗条处是暗条纹。使劈尖角纹。使劈尖角连续变大，直到该点处再次出连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角改变量现暗条纹为止。劈尖角改变量是是_。第35页8.8.用波长为用波长为 单色光照射空气劈形膜，从单色光照射空气劈形膜，从反射光干涉条纹中观察到劈形膜装置反射光干涉条纹中观察到劈形膜装置A A点处点处是暗条纹，若连续改变入射光波长，直到是暗条纹，若连续改变入射光波长，直到波长变为波长变为 时，时，A A点再次变为暗条纹，点再次变为暗条纹，求求A A点空气膜厚度。点空气膜厚度。第36页1212人人眼眼瞳瞳孔孔直直径径约约为为3mm,3mm,若若视视觉觉感感受受最灵敏光波长为最灵敏光波长为5500,5500,试问：试问：a)a)人眼最小分辨角是多大人眼最小分辨角是多大?b)b)在在教教室室黑黑板板上上,画画一一等等号号,其其两两横横线线相相距距2mm 2mm,试试分分析析坐坐在在黑黑板板10 10 m m处处同同学学能能否否分分辨这两条横线辨这两条横线?第37页