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1、光学第三章光的偏振第1页，此课件共37页哦一一.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的分解自然光的分解自然光的表示法：自然光的表示法：1 1 光的偏振状态光的偏振状态在垂直于其传播方向的平面内在垂直于其传播方向的平面内每一个光矢量都每一个光矢量都可以分解为可以分解为x x、y y 方向分量方向分量注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系注意：以上两相互垂直的分振动无固定相位关系第2页，此课件共37页哦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的表示法：线偏振光的表示法：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的传播方垂直光的传
2、播方向的平面内向的平面内二二.完全偏振光完全偏振光EEyEx yx 第3页，此课件共37页哦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.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他方向强于其他方向部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行纸面的光振动较强平行纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强 部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光可看成是自然光和线偏部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合振光的混合第4页，此课件共37页哦2 2 线偏振光的获得与检验线偏振光的获得与检验一一起偏起偏
3、起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光 起偏器起偏器:起偏的光学器件起偏的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)偏振片的起偏偏振片的起偏:第5页，此课件共37页哦二二.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（1809）消光消光三三.检偏检偏用偏振器件分用偏振器件分析、检验光的析、检验光的偏振态偏振态旋转一周旋转一周2明明2暗暗自然光自然光部分偏振光部分偏振光?第6页，此课件共37页哦例例1.1.三三个个偏偏振振片片 P P1 1、P P2 2与与P P3 3 堆
4、堆叠叠在在一一起起，P P1 1 与与 P P33的的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 的的偏偏振振化化方方向向间间的的夹夹角角为为 3030 。强强度度为为 I0 的的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的的吸吸收收和和反反射射，则则通过三个偏振片后的光强为：通过三个偏振片后的光强为：（A）（B）（C）（D）C第7页，此课件共37页哦例例2.有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片
5、化方向相互垂直，第二块和第一块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，然后第二块偏振片以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恒定的角速度 w w 绕光传播的方向顺时针旋转，绕光传播的方向顺时针旋转，如图所示。设入射自然光的光强为如图所示。设入射自然光的光强为I I。,通过这通过这一系统后，出射光的光强为何？一系统后，出射光的光强为何？第8页，此课件共37页哦第9页，此课件共37页哦例例3.一束光是自然光和线偏振光的混合光，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，若以此入射光束让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
6、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的最小值的 5 倍，那么入射光束中自然光与线偏振倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为：光的光强比值为：A (A)1/2;(B)1/5;(C)1/3;(D)2/3.第10页，此课件共37页哦3 3 反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振一一.反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振i0:起起偏偏角角或或布布儒斯角儒斯角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，此课件共37页哦若若 n n1
7、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)(接近线偏振光接近线偏振光)互余互余第12页，此课件共37页哦4 4 光在晶体中的双折射光在晶体中的双折射(自学自学）方解石方解石oee o一一.双折射的概念双折射的概念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 :一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e光折射线一般在入射面内。光折射线一般在入
8、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的本质是双折射的本质是o光和光和e光的折射率不同，传播速度不同光的折射率不同，传播速度不同o o光在入光在入射面内射面内第13页，此课件共37页哦3.3.晶体的光轴晶体的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播播时时不不发发生生双双折射，折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。例如，方解石晶体例如，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的的方方向向,凡凡平平行于此方向的直线均为光轴行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：只有一个光轴的晶体单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体
9、：有两个光轴的晶体双轴晶体：有两个光轴的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，此课件共37页哦vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to光光:e光光:n0，ne称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率 根据根据n0，ne的关系可分为正、负晶体的关系可分为正、负晶体4.4.光在单轴晶体内的波面光在单轴晶体内的波面 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，此课件共37页哦5.5.单轴晶体的主平面单轴晶体的主平面主平面主平面：单轴晶体中光的传播方向与晶体光轴：单轴晶体中光的传播方向与晶体
10、光轴构成的平面。构成的平面。e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的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光的主平面以及入射面光的主平面以及入射面重合在一起重合在一起第16页，此课件共37页哦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体当光垂直光轴方向入射晶体时，时，o o光、光、e e光沿同一方向光沿同一方向传播，但速度不同传播，但速度不同 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
11、象双折射现象第17页，此课件共37页哦偏振片的应用偏振片的应用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看典型例题看典型例题声波是否也有偏振现象？能否利用两片声波偏振片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？为什么？制作消音装置？为什么？第18页，此课件共37页哦偏振片的应用偏振片的应用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？为什么？振片
12、制作消音装置？为什么？第19页，此课件共37页哦1.1.自然光以自然光以 60 60 的入射角照射到某一透明介质表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：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，此课件共37页哦2.2.一束自然光自空气射向一块一束自然光自空气射向一块平板玻
13、璃平板玻璃(如图如图)，设入射角，设入射角等于布儒斯特角等于布儒斯特角i i0 0，则在界面，则在界面 2 2 的反射光的反射光 B （A A）光强为零；）光强为零；（B B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于）是完全偏振光且光矢量的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的振动方向平行于入射）是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面；面；（D D）是部分偏振光。）是部分偏振光。第21页，此课件共37页哦3.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其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。当其中一偏振片慢慢转动上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动18
14、0 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 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，再增加再减小至零。）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。第22页，此课件共37页哦4.4.一束光强为一束光强为 I I0 0 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 45 角，若不考角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后虑偏振片的反射和吸收，则穿
15、过两个偏振片后的光强为：的光强为：B （A）（B）（C）（D）第23页，此课件共37页哦5.5.使一光强为使一光强为I I0 0的线偏振光先后通过两个偏振片的线偏振光先后通过两个偏振片P P1 1和和P P2 2.P.P1 1和和P P2 2的偏振化方向与原入射光光矢量的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是振动方向的夹角分别是a a 和和9090 则通过这两个偏则通过这两个偏振片后的光强振片后的光强I I是是:C (B)0.(A)(C)(D)(E)第24页，此课件共37页哦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的两个偏振片。的两个偏振片。光强为光强为
16、I0的平行自然光垂直入射到的平行自然光垂直入射到P1表面上，则通过表面上，则通过P2的光强的光强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，则通过，则通过P2的光强的光强发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转发生了变化。实验发现，以光线为轴旋转P2，使其偏，使其偏振化方向旋转一角度振化方向旋转一角度q q后，发生消光现象，从而可以推后，发生消光现象，从而可以推算出的算出的P3偏振化方向与偏振化方向与P1的偏振化方向之间的夹角的偏振化方向之间的夹角a a=。（假设题中所涉及的角均为锐角，且设。（假设题中所涉及的角均为锐角，且设a a a a）II0P1P3P2第25页，此
17、课件共37页哦7.7.自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃表面上，反射光是反射光是（A 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 B）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。）平行于入射面的振动占优势的部分偏振光。（C 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 D）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光）垂直于入射面的振动占优势的部分偏振光.C 第26页，此课件共37页哦8 8.如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已如图所示，一束自然光入射到平玻璃板上，已知其上表面的反射光线知其上表面的反射光线1
18、 1为完全偏振光。设玻璃板为完全偏振光。设玻璃板两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情况。两侧都是空气，标明各反射、折射光线的偏振情况。nn0n012第27页，此课件共37页哦9.9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画请将下列各图中反射光及折射光的偏振态画出来。图中出来。图中i i0 0=tg=tg-1 1 n n2 2n n1 1 ii ii0 0 第28页，此课件共37页哦 拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片拍摄玻璃窗内的物体时，用偏振片去掉反射光的干扰去掉反射光的干扰 第29页，此课件共37页哦n1n2n3用波长为用波长为 的单色光垂直照射如同所示的劈尖膜的单色光垂直照射如同所示的劈
19、尖膜（）观察反射光干涉。）观察反射光干涉。（1 1）从劈尖顶开始算起，第二条明条纹中心所对）从劈尖顶开始算起，第二条明条纹中心所对应的膜厚度，第五条暗纹中心所对应的膜厚度应的膜厚度，第五条暗纹中心所对应的膜厚度（2 2）相邻二明纹所对应的薄膜厚度之差是多）相邻二明纹所对应的薄膜厚度之差是多少少第30页，此课件共37页哦在双缝干涉实验中，若单色光源在双缝干涉实验中，若单色光源 S S 到两缝到两缝 S S1,1,S S2 2 距距离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中离相等，则观察屏上中央明条纹位于图中 O O 处，现处，现将光源将光源 S S 向下移动到示意图中的向下移动到示意图中的 S S 位
20、置，则：位置，则：（A A）中央明条纹也向下移动，且条）中央明条纹也向下移动，且条纹间距不变；纹间距不变；（B B）中央明条纹向上移动，且条纹）中央明条纹向上移动，且条纹间距增大；间距增大；（C C）中央明条纹向下移动，且条）中央明条纹向下移动，且条纹间距增大；纹间距增大；（D D）中央明条纹向上移动，且条纹）中央明条纹向上移动，且条纹间距不变间距不变。D 作业作业 4 习题指导习题指导P66 22第31页，此课件共37页哦(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
21、。(D)(D)无干涉条纹。无干涉条纹。B在双缝干涉实验中，屏幕在双缝干涉实验中，屏幕E E上的上的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连线的垂直平分面处连线的垂直平分面处放一高折射率介质反射镜放一高折射率介质反射镜M M，如图所示，则此时，如图所示，则此时第32页，此课件共37页哦在双缝干涉实验中，波长在双缝干涉实验中，波长=5500 的单色平的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 的双缝上，的双缝上，屏到双缝的距离屏到双缝的距离 D=2m 求：求：(1)中央明纹两侧的两条第中央明纹两侧的两条第 10 级
22、明纹中心级明纹中心的间距的间距;(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 的玻璃片覆盖一缝后的玻璃片覆盖一缝后,零级明纹将零级明纹将移到原来的第几级明纹处移到原来的第几级明纹处?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，此课件共37页哦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，此课件共37页哦用波长为入的单色光垂直照射到空气劈尖上，从用波长为入的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
23、为反射光中观察干涉条纹，距顶点为L L处是暗条纹。处是暗条纹。使劈尖角使劈尖角连续变大，直到该点处再次出现暗条纹连续变大，直到该点处再次出现暗条纹为止。劈尖角的改变量为止。劈尖角的改变量是是_。第35页，此课件共37页哦8.8.用波长为用波长为 的单色光照射空气劈形膜，从的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的反射光干涉条纹中观察到劈形膜装置的A A点处点处是暗条纹，若连续改变入射光波长，直到波是暗条纹，若连续改变入射光波长，直到波长变为长变为 时，时，A A点再次变为暗条纹，求点再次变为暗条纹，求A A点的空气膜厚度。点的空气膜厚度。第36页，此课件共37页哦1212人人眼眼的的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的光波长为最灵敏的光波长为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)在在教教室室的的黑黑板板上上,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处处的的同同学学能能否否分分辨辨这两条横线这两条横线?第37页，此课件共37页哦