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1、光 的 偏 振（Polarization of Light）张三慧教材：21.1、21.2、21.321.4、21.5、21.6（不要求不要求）毛骏健教材：12-512-6（不要求）（不要求）振动方向对传播方向的不对称性称为偏振振动方向对传播方向的不对称性称为偏振一一.何谓偏振何谓偏振偏振是横波和纵波的重要区别偏振是横波和纵波的重要区别 光是光是横波横波，它具有相互垂直的电场强度矢，它具有相互垂直的电场强度矢量和磁场强度矢量。量和磁场强度矢量。EH光的传播方向光的传播方向我们在研究光时只我们在研究光时只研究电场研究电场强度而不提及磁场强度强度而不提及磁场强度。我们把我们把电电矢量矢量定义为定义
2、为光矢量光矢量(光振动）光振动）。偏振偏振研究光矢量在垂直于传播方向的平研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的振动状态面内的振动状态(偏振态偏振态)。二二.自然光自然光 部分偏振光部分偏振光 线偏振光线偏振光 普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子发普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的光光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取0360内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为优势。具有上
3、述特性的光，称为自然光自然光。自然光的表示法：用两个独立的、相互垂直的等幅振自然光的表示法：用两个独立的、相互垂直的等幅振动来表示。动来表示。没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解圆点表示垂直纸面的振动圆点表示垂直纸面的振动,短线表示平行纸面的振动短线表示平行纸面的振动线偏振光：线偏振光：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线线偏振光的表示法偏振光的表示法将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光，称为去得到的光，称为完全偏振光或线偏振光完全偏振光或线偏振光。部分偏振光：部分偏振光：将自然光中两个相互垂直的等幅振
4、动之一部分移将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移去得到的光，称为去得到的光，称为部分偏振光部分偏振光。部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂垂直直板板面面的的光光振振动动较较强强一一.偏振片偏振片（Polaroid）的起偏和检偏的起偏和检偏偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律偏振片的特性偏振片的特性:能吸收某一方向的光振动而仅让与此能吸收某一方向的光振动而仅让与此方向垂直的光振动通过。方向垂直的光振动通过。偏振片的构造偏振片的构造:将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸镀在透明基片上镀在透明基片上,就制成偏振片就制成偏振
5、片偏振化方向偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭头：允许通过的光振动方向。常用箭头“”表示。表示。实验告诉我们，自然光用偏振片起偏实验告诉我们，自然光用偏振片起偏,在忽略偏振片在忽略偏振片吸收的情况下，吸收的情况下，出射光强出射光强I?P待检光待检光旋转检偏片旋转检偏片,观察透过偏振片观察透过偏振片的光：的光：I不变不变？I变，有消光变，有消光？I变，无消光变，无消光？部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光自然光自然光偏振片的用途：偏振片的用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏”二二.马吕斯定律马吕斯定律（Malus law）线偏振光线偏振光通过偏振片通过偏振片P 前后的光强关系：前后的光强关系：
6、消光消光改变改变 ，I 随之改变。随之改变。P E0 I0IP起偏方向起偏方向例题：例题：有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方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恒定的角速度向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度 w 绕绕光传播的方向旋转，设入射自然光的光强为光传播的方向旋转，设入射自然光的光强为 I0。求：出射光的光强随时间求：出射光的光强随时间的变化关系。的变化关系。解：解：实验表明实验表明:自然光在媒质表面反射、折射时，自然光在媒质表面反射、折射时，也出现
7、光的偏振现象。也出现光的偏振现象。反射光中垂直入射面的反射光中垂直入射面的分量比例大；分量比例大；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反射、折射光的偏振化程度与反射、折射光的偏振化程度与入射角入射角 i 以及折射以及折射率率n1、n2有关。有关。n1n2i ir折射光中平行入射面的折射光中平行入射面的分量比例大。分量比例大。一般情况下一般情况下,反射光和折反射光和折射光都是部分偏振光射光都是部分偏振光 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振i0 起偏角起偏角,也叫布儒斯特角。也叫布儒斯特角。由折射定律，有由折射定律，有布儒斯特定律布儒斯特定律起偏振角起偏振角n1n
8、2i0i0r0线偏振光线偏振光i0+r0=90=90O O.一一.布儒斯特定律布儒斯特定律 1812年年，布布儒儒斯斯特特由由实实验验证证明明：当当入入射射角角是是某某一一个个特特定定角角io时时,反反射射光光成成为为只只有有垂垂直直入入射射面面的的线线偏偏振振光。角光。角io称为布儒斯特角称为布儒斯特角(或起偏角或起偏角)。要提高反射线偏振光的强度，要提高反射线偏振光的强度，可利用玻璃片堆的多次反射。可利用玻璃片堆的多次反射。(透射光接近完全线偏振光透射光接近完全线偏振光 强度几乎强度几乎50%)(反射光是完全线偏振光反射光是完全线偏振光 强度几乎强度几乎50%)i0玻璃玻璃片堆片堆空气空气
9、玻璃玻璃 玻璃玻璃空气空气 玻璃片堆玻璃片堆驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。照相机安上偏振镜可以产生不同的效果，看出来了吗？照相机安上偏振镜可以产生不同的效果，看出来了吗？例题例题 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片。若以此入射光束为轴旋转偏振片，直通过一偏振片。若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的测得透射光强度最大值是最小值的 5 倍，那么入射倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为光束中自然光与线偏振光的光强比值为（A）1/2（B）1/5（C
10、）1/3（D）2/3 A 例题：例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角已知某材料在空气中的布儒斯特角求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率 为为 1.33），求布儒斯特角？该材料对水的相对），求布儒斯特角？该材料对水的相对 折射率是多少？折射率是多少？解解：设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n，空气的折射率为，空气的折射率为1，放在水中，则对应有放在水中，则对应有所以：该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为1.2例题：例题：一束自然光以某一角射到平面玻璃板上，一束自然光以某一角射到平面玻璃板上，反射光恰为线偏振光，且折射光的折射角为反射光恰为线偏振光，且折射光的折射角为320，求：求：(1)自然光的入射角；自然光的入射角；(2)玻璃的折射率；玻璃的折射率；(3)经过玻璃片后透射光的偏振状态。经过玻璃片后透射光的偏振状态。解：解：(1)由布儒斯特定律，反射光为线偏振光时由布儒斯特定律，反射光为线偏振光时，反射光与折射光垂直，反射光与折射光垂直,i0+r=900(3)(2)由由n1=1透射光为部分偏振光透射光为部分偏振光.