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1、偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学5.1 光的偏振现象及马吕斯定律光的偏振现象及马吕斯定律 自然光自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在全部可能的方向上的振幅都相等（轴向的光矢量在全部可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光对称）这样的光叫自然光.自然光以两相互垂直的互为独自然光以两相互垂直的互为独立的立的 （无确定的相位关系）振幅相（无确定的相位关系）振幅相等的光振动表示等的光振动表示,并各具有一半的并各具有一半的振动能量振动能量.符号表示符号表示注意注意 各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系
2、.二相互垂直方向是任选的二相互垂直方向是任选的.偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学 偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）符号表示符号表示 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光向上的光振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光.振动面振动面偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学 起起 偏偏二二.偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 二向色性二向色性:某些物质能吸取某一方向的光振某些物质能吸取某一方向的光振动动,而只让与这
3、个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质这种性质称二向色性称二向色性.偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透亮薄片涂有二向色性材料的透亮薄片.偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，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片的偏振化方向.偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学NM三三.马吕斯定律马吕斯定律（1880 年）年）检偏器检
4、偏器起偏器起偏器NM 马吕斯定律马吕斯定律 强度为强度为 的偏振的偏振光通过检偏振器后光通过检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学 例例1 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器,一个用作一个用作检偏器检偏器.当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束一束单色自然光穿过它们单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ;当它们偏振化当它们偏振化方向间的夹角为方向间的夹角为 时时,另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ,且且 .求两束单色自然光的强求两束单色自然光的强
5、度之比度之比.解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为 和和 .经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .经过检偏器后经过检偏器后偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系.讨论讨论偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学若若 在在 间变化，间变化，如何变化如何变化？偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第
6、六篇 光学光学空气空气 入射面入射面 入射光线和法入射光线和法线所成的平面线所成的平面.反射光反射光 部分部分偏振光偏振光 ，垂直于入射面的振动大于，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动平行于入射面的振动.折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振动大偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动于垂直于入射面的振动.理论和试验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关理论和试验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关.光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃5.2反射和折射时间的偏振反射和折射时间的偏振偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学布儒斯特定律布儒斯特定
7、律（1812年）年）反射光为完全偏振光，且反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光。光为部分偏振光。当当 时，时，1）反射光和折射光相互垂直）反射光和折射光相互垂直.讨论讨论玻璃玻璃空气空气偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介介质入射于界面时，此质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角.玻璃玻璃玻璃玻璃偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占反射光的强度约占入射光强
8、度的入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学讨论讨论讨论下列光线的反射和折射（讨论下列光线的反射和折射（起偏角起偏角 ）.偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学一、一、双折射现象双折射现象 一束自然光射入晶体后，分成两束折射光的现象。一束自然光射入晶体后，分成两束折射光的现象。一束自然光射入晶体后，分成两束折射光的现象。一束自然光射入晶体后，分成两束折射光的现象。7171109109e 光光o 光光光轴光轴5.3 光的双折射现象光的双折射现象偏振
9、偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学寻常光寻常光 -o o光光 听从折射定律，沿各方向的光的传播听从折射定律，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 no 相同，为偏振相同，为偏振光。光。特别光特别光-e-e光光 不听从折射定律，沿各方向的光的传不听从折射定律，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 ne 不相同，不相同，为偏振光。为偏振光。偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学1 1、光速、光轴、折射率、光速、光轴、折射率 光光 速：速：o光、光、e光的传播速度不同。光的传播速度不同。e光各方向
10、的光速不同。光各方向的光速不同。o光各方向的光速相同；光各方向的光速相同；光光 轴：轴：o光、光、e光的光速相同的方向光的光速相同的方向。其它方向上，其它方向上，e e光的折射率介于光的折射率介于no ne之间。之间。光轴是一个方向。光轴是一个方向。折射率：在垂直于光轴的方向上，折射率：在垂直于光轴的方向上，o光光 为为no、e光为光为ne；称为主折射率。称为主折射率。偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学2 2、o光、光、e光的偏振光的偏振 o光、光、e光都是偏振光。光都是偏振光。o光、光、e光的振动方向相互垂直光的振动方向相互垂直。o光、光、e光是相对的。光是相对的。
11、3 3、双折射晶体双折射晶体单轴晶体：方解石、石英等。单轴晶体：方解石、石英等。双轴晶体：云母、硫磺等。双轴晶体：云母、硫磺等。二、尼科耳棱镜二、尼科耳棱镜利用双折射与全反射定律。利用双折射与全反射定律。偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学例题例题、如图所示透亮介质如图所示透亮介质、的三个交界面相互平行。一束的三个交界面相互平行。一束 自然光由自然光由入入射。证明：若射。证明：若、交界面和交界面和、交界面交界面上的反射光都是线偏振光，则必有上的反射光都是线偏振光，则必有n2=n3。n1 n2 n3 n1iB1偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学解
12、：由布儒斯特定律和折射顶律解：由布儒斯特定律和折射顶律 得：得：偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学1.1.马吕斯定律以公式来表示为。马吕斯定律以公式来表示为。式中是线偏振光的振动方向和检偏器偏式中是线偏振光的振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角，是（）振化方向之间的夹角，是（）A.A.自然光的光强自然光的光强 B.B.线偏振光的光强线偏振光的光强C.C.部分偏振光的光强部分偏振光的光强D.D.透过检偏器后透射光的光强透过检偏器后透射光的光强2.2.设有自然光入射，当两偏振片的偏振化设有自然光入射，当两偏振片的偏振化方向之间的夹角由方向之间的夹角由3030变为变为454
13、5时，则通时，则通过检偏器后船身光的强度之比为过检偏器后船身光的强度之比为()A.A.3/2 B.2/3 C.1/3 D.33/2 B.2/3 C.1/3 D.3 偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学A.A.，线偏振光，线偏振光 B.B.，自然光自然光C.C.，部分偏振光部分偏振光D.D.，线偏振光线偏振光3.3.一束光强为一束光强为I0I0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4545角，若不考角，若不考虑偏振片的反射和吸取，则穿过两个偏振片后虑偏振片的反射和吸取，则穿过两个偏振片后的光强的光强I
14、I为为()()A.A.B.C.D.B.C.D.4.4.一束光线由空气射向玻璃，没有检测到一束光线由空气射向玻璃，没有检测到反射光，那么入射光反射光，那么入射光()()。偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学5.5.光强为光强为 的自然光垂直通过两个偏振片。的自然光垂直通过两个偏振片。它们的偏振化方向之间夹角为它们的偏振化方向之间夹角为6060，设偏，设偏振片无吸取，则出射光强振片无吸取，则出射光强 与入射光强与入射光强 之比为之比为()()A.A.1/8 B.3/4 C.1/4 D.3/81/8 B.3/4 C.1/4 D.3/8 偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第
15、六篇第六篇 光学光学1.1.利用光在两种媒质分界面上利用光在两种媒质分界面上_和和_或利用光在各向异性晶体中的或利用光在各向异性晶体中的_和和_均可从自然光中获均可从自然光中获得线偏振光。通常运用的偏振片就是利用得线偏振光。通常运用的偏振片就是利用晶体的晶体的_制成的，尼科耳透镜也制成的，尼科耳透镜也是获得线偏振光的仪器。它主要利用晶体是获得线偏振光的仪器。它主要利用晶体对光的对光的_现象。现象。反射反射折射折射二向色性二向色性二向色性二向色性双折射双折射双折射双折射(二二)填空题填空题偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学2.2.偏振片既能作起偏器，也能作检偏器。偏振片
16、既能作起偏器，也能作检偏器。以偏振片作检偏器时，若以入射光为轴线以偏振片作检偏器时，若以入射光为轴线转动偏振片，当入射光为自然光时，则透转动偏振片，当入射光为自然光时，则透射光强射光强_，当入射光为线偏振光时，当入射光为线偏振光时，透射光强由透射光强由_到到_周期性地变更。周期性地变更。不变不变明明(暗暗)暗暗(明明)3.3.一束平行的自然光，以一束平行的自然光，以6060角入射到玻角入射到玻璃表面上，若反射光束是完全偏振的，则璃表面上，若反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是；玻璃的折透射光束的折射角是；玻璃的折射率是为。射率是为。301.73偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇
17、第六篇 光学光学4.4.两个偏振片堆叠在一起，其偏振化方向两个偏振片堆叠在一起，其偏振化方向相互垂直，若一束强度为相互垂直，若一束强度为 的线偏振光入的线偏振光入射，其光矢量振动方向与第一偏振片偏振射，其光矢量振动方向与第一偏振片偏振化方向夹角为化方向夹角为 ，则穿过第一偏振片后，则穿过第一偏振片后的光强为的光强为_，穿过两个偏振片后的，穿过两个偏振片后的光强为光强为_。零零偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学5.5.当光线自空气向折射率当光线自空气向折射率n n1.51.5的玻璃而的玻璃而反射时，其偏振角为反射时，其偏振角为_。6.6.自然光入射到方解石晶体上产生两条
18、线自然光入射到方解石晶体上产生两条线偏振光，即偏振光，即O O光和光和e e光。它们在晶体内的传光。它们在晶体内的传播速度一般播速度一般 ，其中，其中 不遵循不遵循折射定律。折射定律。不同不同e光光偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学1.1.一束光由自然光和线偏振光混合组成，当光束一束光由自然光和线偏振光混合组成，当光束通过一志向的旋转偏振片时发觉透射光的强度取通过一志向的旋转偏振片时发觉透射光的强度取决于偏振片的取向，且透射光的相对强度可以从决于偏振片的取向，且透射光的相对强度可以从1 1变更到变更到5 5。求入射光束中两种光的强度各占入射。求入射光束中两种光的强度各
19、占入射光强度的几分之几？光强度的几分之几？解：设自然光的光强为解：设自然光的光强为I0，线偏振光的为，线偏振光的为I线线，取相对强度最大则：有取相对强度最大则：有(三三)计算题计算题偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学证明：可知某一时刻，插入的偏振片与两片的证明：可知某一时刻，插入的偏振片与两片的夹角分别为和夹角分别为和，透射光强，透射光强度为：度为：2.2.两个正交的偏振片之间插入另一个偏振片，两个正交的偏振片之间插入另一个偏振片，并以角速度旋转，以光强稳定的自然光入射，并以角速度旋转，以光强稳定的自然光入射，证明透射光被调制，调制频率为转动频率的证明透射光被调制，调
20、制频率为转动频率的4 4倍倍偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学3.3.将两个偏振片迭放在一起，偏振化之间夹角将两个偏振片迭放在一起，偏振化之间夹角是是60600 0，一束光强为，一束光强为I0 0的线偏振光垂直入射到偏的线偏振光垂直入射到偏振片上，其光矢量振动方向与两个偏振片的偏振片上，其光矢量振动方向与两个偏振片的偏振化方向夹角均是振化方向夹角均是30300 0。（1 1）通过每个偏振片后的强度；）通过每个偏振片后的强度；（2 2）若入射光是自然光，又如何。）若入射光是自然光，又如何。偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学返回返回偏振偏振 检偏检偏哈尔滨工程大学理学院第六篇第六篇 光学光学返回返回