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1、第五章 光的偏振(Polarization)一、基本概念 1 自然光 2 线偏振光 3 部分偏振光 4 偏振片 5 偏振化方向 6 起偏 7 检偏 8 马吕斯定律 自然光可以分解为两束相互独立的自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。光强的一半。自然光的表示法：自然光的表示法：.线（完全）偏振光.部分偏振光：部分偏振光：如果将自然光中的两个垂直分量中的其如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部中一个分量部分地削弱，所得的光线称
2、为部部分偏振光。部分偏振光。部分偏振光表示法部分偏振光表示法.偏振片偏振片：有些薄膜材料能吸收某一方向：有些薄膜材料能吸收某一方向的光振动，透光方向称为的光振动，透光方向称为偏振化方向偏振化方向。称这些薄膜为偏振片。称这些薄膜为偏振片。偏偏振振化化方方向向自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 自然光通过偏自然光通过偏振片后变为线偏振振片后变为线偏振光，称为光，称为起偏起偏。偏振片又可用偏振片又可用来检验光线的偏振来检验光线的偏振化程度，称为化程度，称为检偏检偏。起偏与检偏起偏与检偏.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生
3、变化光强发生变化.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光AA0AA0I0I检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向检偏器前偏振光振动方向与检偏器检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角偏振化方向之间的夹角马吕斯定律：马吕斯定律：aaI0I=cos2马吕斯定律马吕斯定律a例1 用两偏振片装成起偏器和检偏器，在它们的偏振化方向成 时，观测一束单色自然光，又在 时，观测另一束单色自然光，设两次所得的透射光强度相等，求两光束强度之比。例2 将透振方向分别为P 和P 的两块偏振片平行放置，然后用光强为I 的自然光和光强为I 的线偏振光同时垂直入射到第一块偏振片上，试问：如果P 固定不动，
4、将P 以光线方向为轴转动一周时，从P 透射出来的光强如何变化？从系统透射出来光强极大值？条件？1212122二.反射和折射时光的偏振 自然光在两种各向同性媒质分界面上反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光不再是自然光，而是部分偏振光。.in1n2r以任意角度入射以任意角度入射反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 以任意角度入射时，以任意角度入射时，反射光和折射光都为反射光和折射光都为部分偏振光。部分偏振光。实验和理论都表明：实验和理论都表明：反射光中垂直于入反射光中垂直于入射面振动的光的强度射面振动的光的强度比较大，折射光中在比较大，折射光中在入射面内振动的光的入射面内振动的光的强度比较
5、大。强度比较大。布儒斯特研究指出：反射光偏振化的程度决定于入射角 。当 时，反射光成为完全偏振光 称 为 布 儒 斯 特 角(Brewster Angle)，且在此时，.in1n2r例例1.太阳光射在水面上，如何测定从水面上反射的光线的偏振程度？它的偏振程度与什么有关？在什么时候，偏振程度最大？例2.证明：若光线以起偏角从空气 入射到玻璃，折射光的 反射光是线偏振光光学部分：一 干涉：五个装置二 衍射：两个装置三 偏振：两个知识点Light amplification by stimudated emission of radiationLight amplification by stimu
6、dated emission of radiation受激辐射光放大三 双折射(Birefringence)现象 当一束光线折入各向异性的媒质时，光束分成了两束，这种现象称为双折射现象。概念：(1)寻常光(Ordinary Light)(2)非常光(Extraordinary Light)利用双折射现象，已研制出偏振棱镜，以获得平面偏振光。光学部分：一 干涉：五个装置二 衍射：两个装置三 偏振：两个知识点四、偏振光的干涉五、旋光现象 线偏振光在通过某些物质后，它的振动面发生了旋转，这种现象称为旋光现象旋光现象。某些物质具有能使线偏振光的振动面发生 旋 转 的 性 质，称 为 旋旋 光光 性性(
7、Optical Activity)。这些具有旋光性的物质，称为旋旋光物质光物质。1 晶体和溶液的旋光性 2 磁致旋光例 已知波源O点的振动方程 y=0.1cos4 u=4m/s,L=12.5m,波射到墙上B点 求：1 入射波的波动方程 2 入射波在B点的振动方程 3 反射波在B点和O点的振动方程 4 反射波的波动方程 5 合成波的波动方程 6 节点的位置 7 证明B点是节点t习题课1.波的衍射现象的本质是什么？在日常经验中，为什么声波的衍射比光波的衍射显著？杨氏双缝实验是干涉实验，还是衍射实验？2 如图所示，设有一波长为的单色平面波沿着与缝平面的法线成角的方向入射于宽度为a的单狭缝AB上，试求
8、出决定各极小值（即各暗条位置）的衍射角的条件。3 太阳光射在水面上，如何测定从水面上反射的光线的偏振程度？它的偏振程度与什么有关？在什么时候，偏振程度最大？4 求出光在装满水的容器底部反射时的布儒斯特角，已知容器是用折射率n=1.50的冕牌玻璃制成的。怎样测定不透明媒质的折射率？今测得釉质的起偏振角 ，试求它的折射率为多少？1.在两个偏振化方向正交的偏振片之间插入第三个偏振片。当最后透过的光强为入射自然光强的1/8时，求插入第三个偏振片的偏振化方向。若最后透射光强为零，则第三个偏振片怎样放置？2(18-2)一人在他眼睛瞳孔的前方握着一个沿竖直方向的单狭缝，通过该狭缝注视一遥远的光源，光源的形状
9、是一根很长的竖直热灯丝，这人所看到的衍射图样是菲涅尔衍射还是夫琅和费衍射？在单缝的夫琅和费衍射中，增大波长与增大缝宽对衍射图样分别产生什么影响？3(18-5)波长为5000 的平行光线垂直地入射于一宽为1.0mm的狭缝，若在缝的后面有一焦距为100cm的薄透镜，使光线聚焦于一屏幕上，试问从衍射图形的中心点到下列各点的距离如何？(1)第一极小；(2)第一级明纹的极大处；(3)第三极小4(18-8)如图所示，设有一波长为的单色平面波沿着与缝平面的法线成角的方向入射于宽度为a的单狭缝AB上，试求出决定各极小值（即各暗条位置）的衍射角的条件。5(18-11)光栅衍射和单缝衍射有何区别？为何光栅衍射的明
10、纹特别明亮而暗区很宽？6(18-12)衍 射 光 栅 公 式 ,当k=0,1,2,3,等整数倍时，两相邻的狭缝沿 角所射出的光线能够互相加强，试问：当满足上述的条件时，任意两个狭缝沿 角射出的光线能否互相加强？在上式中，当k=2时，第一条缝与第二条缝 角射出的光线，在屏上会聚（在第二级明纹处），两者的光程差是多少？对于第一条缝与第n条缝的光程差又如何？7 一束平行光垂直入射到某个光栅上，该光束有两种波长的光，、，实验发现两种波长的谱线（不含中央明纹）第二次重合上衍射角 的方向上，求此光栅常数。8(19-1)回答下列问题：自然光与线偏振光、部分偏振光有何区别？用哪些方法可以获得线偏振光和检验线偏
11、振光？9(19-2)回答下列问题：何谓光轴、主截面、主平面？何谓寻常光线和非常光线？它们的振动方向与各自的主平面有何关系？有人认为，只有自然光通过双折射晶体，才能获得o光和e光。你的看法如何？为什么？有人说：“因为光具有偏振特性，所以光波一定是横波”。对吗？为什么？10(19-3)太阳光射在水面上，如何测定从水面上反射的光线的偏振程度？它的偏振程度与什么有关？在什么时候，偏振程度最大？11(19-4)求出光在装满水的容器底部反射时的布儒斯特角，已知容器是用折射率n=1.50的冕牌玻璃制成的。怎样测定不透明媒质的折射率？今测得釉质的起偏振角 ，试求它的折射率为多少？12(19-5)如图所示，偏振片M作为起偏器，N作为检起偏器，使M和N的偏振化方向互相垂直，今以单色自然光垂直入射于M，并在M、N中间平行地插入另一偏振片C，C的偏振化方向与M、N均不相同。求透过N后的透射光强度；若偏振片C以入射光线为轴转动一周，试定性画出透射光强随转角变化的函数曲线，设自然光强度为I ，并且不考虑偏振片对透射光的吸收。013 在两个偏振化方向正交的偏振片之间插入第三个偏振片。当最后透过的光强为入射自然光强的1/8时，求插入第三个偏振片的偏振化方向。若最后透射光强为零，则第三个偏振片怎样放置？