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1、第21章 光的偏振第1页，本讲稿共43页21.1 自然光和偏振光自然光和偏振光一、横波的偏振性一、横波的偏振性振动面：振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。偏振偏振:波波的振动方向相对传播方向的不对称性。的振动方向相对传播方向的不对称性。光矢量光矢量振动面振动面v0HE第2页，本讲稿共43页二、自然光二、自然光 因原子发光的因原子发光的“随机性随机性”，光矢量各向随机，光矢量各向随机均匀分布，振幅相等，称为均匀分布，振幅相等，称为自然光自然光。EvvEyEx各向光振动无固定相位关系。各向光振动无固定相位关系。第3页，本讲稿共43页三、偏振光三、偏振
2、光（1）线偏振光：线偏振光：光矢量只沿一个固定方向振动光矢量只沿一个固定方向振动振动面：振动面：光振动方向与传播方向构成的平面光振动方向与传播方向构成的平面（2）部分偏振光：部分偏振光：一方向光振动较另方向占优势。一方向光振动较另方向占优势。线偏振光与自然光的混合线偏振光与自然光的混合第4页，本讲稿共43页一、偏振片一、偏振片偏振片：偏振片：能吸收某一方向光振动，让与其垂直的光振动能吸收某一方向光振动，让与其垂直的光振动通过的一种透明薄片。通过的一种透明薄片。偏振化（通光）方向：偏振化（通光）方向：允许通过的光振动方向。允许通过的光振动方向。偏振片用途：偏振片用途：“起偏起偏”和和“检偏检偏”
3、21.2 由介质吸收引起的光的偏振由介质吸收引起的光的偏振第5页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第6页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第7页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第8页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第9页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检
4、偏器，光强不变.自然光自然光第10页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第11页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第12页，本讲稿共43页.检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.自然光自然光第13页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化第14页，本讲稿共43页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏
5、振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第15页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化第16页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化第17页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化第18页，本讲稿共43页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏
6、振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化光强发生变化第19页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化第20页，本讲稿共43页.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，光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零第21页，本讲稿共43页起偏器起偏器检偏器检偏器（1）自然光强）自然光强 I。线线偏振光偏振光,I=I。/2（2）线线偏振光强偏振光强 I。线线偏振光
7、偏振光,I=?自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光（3）部分部分偏振光偏振光 线线偏振光偏振光光强不变无消光光强不变无消光 有两次消光现象有两次消光现象 有两次极大极小有两次极大极小偏振片偏振片偏振片偏振片偏振片偏振片第22页，本讲稿共43页二、马吕斯定律二、马吕斯定律I。I马吕斯定律马吕斯定律第23页，本讲稿共43页偏振片的应用很多，例如：偏振片的应用很多，例如：l作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。l作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置
8、。第24页，本讲稿共43页例例1:已知自然光通过两个偏已知自然光通过两个偏振化方向相交振化方向相交60的偏振片，的偏振片，透射光强为透射光强为I1，今在，今在 这两这两偏振片间再插入一与前两个偏振片间再插入一与前两个偏振化方向均夹偏振化方向均夹30角的偏角的偏振片，则透射光强为多少振片，则透射光强为多少？解：解：第25页，本讲稿共43页例例2：一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振一束光由自然光和线偏振光混合组成，当它通过一偏振片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求片时，发现透射光的强度随偏振片的转动可以变化到五倍。求入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分
9、之几入射光中自然光和线偏振光的强度各占入射光强度的几分之几？解：解：设入射光强度设入射光强度I0=I10(自然光强度自然光强度)+I20(线偏振光强度线偏振光强度)通过偏振片后：通过偏振片后：第26页，本讲稿共43页例例题题3 一一束束自自然然光光入入射射到到互互相相重重叠叠的的四四块块偏偏振振片片上上，每每块块偏偏振振片片的的偏偏振振化化方方向向相相对对前前面面一一块块偏偏振振片片沿沿顺顺时时针针(迎迎着着透透射射光光看看)转转过过300角角，问问：入入射射光光中中有有百百分分之之几几透透过过这这组组偏偏振片（不计偏振片对光的吸收）振片（不计偏振片对光的吸收）?P1P2P3P4解解:设入射光
10、的光强设入射光的光强Io,透过透过四块偏振片后的光强分别四块偏振片后的光强分别I1，I2，I3和和I4.第一块偏振片起起偏作第一块偏振片起起偏作用，只透过沿偏振化方向振动的光，所以有用，只透过沿偏振化方向振动的光，所以有:射入第二块偏振片的光为线偏射入第二块偏振片的光为线偏振光，根据马吕斯定律振光，根据马吕斯定律I2为为:即入射光的即入射光的21能能透过偏振片组透过偏振片组.同理可得同理可得I3和和I4为为:第27页，本讲稿共43页21.3 21.3 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振自然光自然光部分部分偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光部分部分偏振光偏振光自然光自然光线线偏振光偏振光第2
11、8页，本讲稿共43页布儒斯特定律：布儒斯特定律：自然光以布儒斯特角入射到两不自然光以布儒斯特角入射到两不同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于同介质表面，其反射光为线偏振光，光振动垂直于入射面。入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：n1n2第29页，本讲稿共43页玻璃片堆：玻璃片堆：布儒斯特角布儒斯特角线偏振光线偏振光用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度。用以增大反射光的强度和折射光的偏振化程度。第30页，本讲稿共43页由图可知由图可知解解:由布儒斯特定律由布儒斯特定律a ai例题：例题：如图所示，自然光由空气入射到折射率为如图所示，自然光由空气入射到折射率为的的水水面面上上，入入射射角角
12、为为 i 时时使使反反射射光光为为完完全全偏偏振振光光。今今有有一一块玻璃浸入水中，其折块玻璃浸入水中，其折射率为射率为 ，若光若光由玻璃面反射也成为完由玻璃面反射也成为完全偏振光，求水面与玻全偏振光，求水面与玻璃之间的夹角璃之间的夹角 a aa a第31页，本讲稿共43页一、双折射现象一、双折射现象 寻常光和非常光寻常光和非常光 对于各向异性晶体，一束光对于各向异性晶体，一束光射入晶体后，可以观察到有两射入晶体后，可以观察到有两束折射光的现象。束折射光的现象。寻常光线寻常光线(o光光)-遵守折射定律遵守折射定律非常光线非常光线(e光光)-不遵守折射定律不遵守折射定律o光和光和e光都是线偏振光
13、。光都是线偏振光。21.4 由双折射引起的光的偏振由双折射引起的光的偏振第32页，本讲稿共43页光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体第33页，本讲稿共43页光光光光双双折折射射当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转纸面纸面方解石方解石 晶体晶体第34页，本讲稿共43页光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体第35页，本讲稿共43页光光光光当方解石晶体旋转时当方解石晶
14、体旋转时o光不动，光不动，e光围绕光围绕o光旋转光旋转双双折折射射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体第36页，本讲稿共43页二、晶体的光轴与光线的主平面二、晶体的光轴与光线的主平面 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折射射，该该方方向称为晶体的光轴。向称为晶体的光轴。“光轴光轴”是一特殊的是一特殊的“方向方向”,不是指一条直线。不是指一条直线。凡平行于此方向的直线均为光轴。凡平行于此方向的直线均为光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体A AB B光轴光轴102102第37页，
15、本讲稿共43页主平面：主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。o o光的振动面垂直于光的振动面垂直于o o光的主平面光的主平面e e光的振动面在光的振动面在e e光的主平面内光的主平面内主截面：主截面：由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。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第38页，本讲稿共43页.oeACDB光轴光轴光轴光轴法线法线.光光面面主主光光面面主主平平平平光轴方向光轴方向eo光光e光光o主截面主截面主平面主平面第39页，本讲稿共43页1.如果从一平静的水面反射出来
16、的太阳光是完全偏振的如果从一平静的水面反射出来的太阳光是完全偏振的,则则太阳的仰角太阳的仰角(如图如图)大致等于大致等于_;反射光中的反射光中的E矢量的方向矢量的方向应为应为_。水面水面仰角仰角太阳太阳2.一束光垂直入射在偏振片一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线为轴转动上，以入射光线为轴转动P，观，观察通过察通过P的光强的变化过程。若入射光是的光强的变化过程。若入射光是_，则将看到，则将看到光强不变；若入射光是光强不变；若入射光是_,则将看到明暗交替变化则将看到明暗交替变化,有时出现全暗有时出现全暗;若入射光是若入射光是_,则将看到明暗交替变则将看到明暗交替变化化,但不出现全暗但不出现全暗
17、.3.3.应用应用布儒斯特角可以测介质的折射率布儒斯特角可以测介质的折射率.今测得此介质的起偏振今测得此介质的起偏振角角i=56o,该介质的折射率为该介质的折射率为_.自然光自然光偏振光偏振光部分偏振光部分偏振光垂直垂直第40页，本讲稿共43页4.一束光强为一束光强为Io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,此两偏振片的此两偏振片的偏振化方向成偏振化方向成45o角角,若不考虑偏振片的反射和吸收若不考虑偏振片的反射和吸收,则穿过这两则穿过这两个偏振片后的光强个偏振片后的光强I为为 A.B.C.D.5.自然光以自然光以60o的入射角照射到某两介质交界面时的入射角照射到某两介质交界面
18、时,反射光为完反射光为完全偏振光全偏振光,则推断折射光为则推断折射光为 A.完全偏振光且折射角是完全偏振光且折射角是30o.B.部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为 的介的介质质 时时 ,折射角是折射角是30o.C.部分偏振光部分偏振光,但须知两种介质的折射率才能确定折射角但须知两种介质的折射率才能确定折射角.D.部分偏振光且折射角是部分偏振光且折射角是30o.第41页，本讲稿共43页7.一束自然光自空气射向一块平板玻璃一束自然光自空气射向一块平板玻璃,设入射角等于布儒斯设入射角等于布儒斯特角特角io,则在界面则在界面2的反射光的反射光 A.是自
19、然光是自然光 B.是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C.是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面是完全偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D.是部分偏振光是部分偏振光8.一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,让它垂直通过一偏振让它垂直通过一偏振片片,若以此入射光束为轴旋转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测得透射光强度最大值是最小值的最小值的5倍倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为为 A.1/2 B.1/5 C.1/3 D.2/36.一束光强为一束光强为Io的自然光的自然光,相继通过三个偏振片相继通过三个偏振片P1,P2,P3后后,出射出射光的光强为光的光强为I=Io/8,已知已知P1和和P3的偏振化方向相互垂直的偏振化方向相互垂直,若以入若以入射光线为轴射光线为轴,旋转旋转P2，最少要转过多大角度，才能使出射光的光最少要转过多大角度，才能使出射光的光强为零强为零 A.30o B.45o C.60o D.90o第42页，本讲稿共43页p.168:24,25,26,27，28,习题习题第43页，本讲稿共43页