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1、14-1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光的偏振态光的偏振态:光矢量在与光传播方光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。向垂直的平面内的振动状态。自然光自然光圆偏振光圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光按振动状态按振动状态不同不同纵波无偏振性纵波无偏振性二二.自然光：自然光：表示方法：表示方法：传播方向传播方向在垂直于光传播方向的平
2、面内，光在垂直于光传播方向的平面内，光矢量矢量在所有可能的方向上，没有在所有可能的方向上，没有一个方向比其他方向更占优势，具一个方向比其他方向更占优势，具有这样特征的光称为自然光。有这样特征的光称为自然光。说明说明：自然光的两个互相垂直的光振动之间无固定的周相：自然光的两个互相垂直的光振动之间无固定的周相关系。两个光振动各具有自然光的总能量的一半。关系。两个光振动各具有自然光的总能量的一半。三、线偏振光三、线偏振光光波的光矢量方向始终不变，只沿光波的光矢量方向始终不变，只沿一个固定方向振动。一个固定方向振动。线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：光振动平行板面光振动平行板面光振动垂直板面光振动垂
3、直板面（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）四、部分偏振光四、部分偏振光在与传播方向垂直的平面内，在与传播方向垂直的平面内，光矢量沿各方向振动的概率均光矢量沿各方向振动的概率均等等,但各方向光矢量的振幅不等。但各方向光矢量的振幅不等。部分偏振光部分偏振光的表示法：的表示法：平行板面的平行板面的光振动较强光振动较强垂直板面的垂直板面的光振动较强光振动较强五五右右旋旋椭椭圆圆偏偏振振光光左左旋旋圆圆偏偏振振光光一一.起偏和检偏起偏和检偏起偏：起偏：检偏：检偏：把自然光变为偏振光的装置叫把自然光变为偏振光的装置叫起偏器起偏器用来检验光的偏振状态的装置叫用来检验光的偏振状
4、态的装置叫检偏器检偏器1.偏振片偏振片将自然光变成线偏振光的过程叫将自然光变成线偏振光的过程叫起偏起偏检验光的偏振状态的过程叫检验光的偏振状态的过程叫检偏检偏将有二向色性的物质涂在玻璃上，能吸收某将有二向色性的物质涂在玻璃上，能吸收某一方向的光振动一方向的光振动,让与这个方向垂直的光振动让与这个方向垂直的光振动通过通过二向色性二向色性:晶体对互相垂直的两个光振动有选择吸收的晶体对互相垂直的两个光振动有选择吸收的性质性质偏振化方向偏振化方向:让光振动通过的方向让光振动通过的方向(透光轴透光轴):14.2起偏和检偏起偏和检偏马吕斯定律马吕斯定律:起偏起偏器器:检偏器检偏器一般情况下一般情况下 I
5、=？消光消光二二.马吕斯定律马吕斯定律(1)(1)内容：内容：式中式中是线偏振光的光振动方向和检偏振器偏振是线偏振光的光振动方向和检偏振器偏振化方向之间的夹角化方向之间的夹角强度为强度为I I0 0的线偏振光，透过检偏振器后，透射光的线偏振光，透过检偏振器后，透射光的强度的强度(不考虑吸收不考虑吸收)为为(2)(2)证明：证明：a asin0Aa acos0A设线偏振光的振幅为设线偏振光的振幅为A A0 0,光强为光强为I I0 0.透过检偏振器后光强为透过检偏振器后光强为I I讨论：讨论：(1)当当=0,1800时时,I=I0两个两个光强最大光强最大位置位置(2)当当=900,2700时时,
6、I=0两个两个消光消光位置位置(3)当当为其它值时为其它值时,0II0(4)检偏时，检偏时，旋转旋转，观察透过，观察透过的光强：的光强：，则为，则为线偏振光线偏振光a.若：光强由若：光强由明明暗暗明明变化变化为为自然光自然光c.若：若：光强不变化光强不变化，则，则b.若：光强只是若：光强只是强弱变化强弱变化,无无消光消光,则则为为部分偏振光部分偏振光。检偏器旋转一周，屏上光强两强两弱。部分偏振光部分偏振光偏器旋转一周，光强两亮两暗线偏振光线偏振光光路中插入检偏器，屏上光强减半。检偏器旋转，屏上亮暗无变化。自然光自然光14-3 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
7、振光反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化部分部分偏振光偏振光一一 反射和折射时光的偏振态反射和折射时光的偏振态反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一角等于某一特定值特定值i0且满足且满足这时反射光成为线偏振光。这时反射光成为线偏振光。自然光自然光线偏振线偏振光光部分偏振光部分偏振光起偏振角起偏振角布儒斯特角布儒斯特角二。布儒斯特定律二。布儒斯特定律以以布儒斯特角入射时，反射光线和折射光线垂直布儒斯特角入射时，反射光线和折射光线垂直平行玻璃板平行玻璃板上表面上表面和和下表面下表面的反射光的反射
8、光都是都是偏振光偏振光以以布儒斯特角入射平行玻璃板时布儒斯特角入射平行玻璃板时下表面的入射角也是布儒斯特角下表面的入射角也是布儒斯特角玻璃片堆玻璃片堆当玻璃片足够多时，透射光也成为偏振当玻璃片足够多时，透射光也成为偏振光，偏振化方向与反射偏振光的垂直光，偏振化方向与反射偏振光的垂直通常玻璃的反射率只有通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反左右，要以反射获得较强的偏振光，你有什么好主意？射获得较强的偏振光，你有什么好主意？例例1：画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。画出下列图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。例例2一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一束光是自然光和线
9、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，测得透一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的射光强度的最大值是最小值的5倍，求入射光中自然倍，求入射光中自然光与线偏振光的强度之比。光与线偏振光的强度之比。解：解：设：设：则：则：得：得：例例3.3.光强为光强为 I I0 0 的自然光相继通过偏振片的自然光相继通过偏振片P1P1、P2P2、P3P3，光强，光强变为变为 I I0 0/8/8，已知，已知 P1 P1 P3 P3，问：，问：P1P1、P2P2间夹角为何？间夹角为何？解：解：P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例例4.
10、4.自然光强度自然光强度I0，连续通过，连续通过4块偏振片，相邻两块偏振片偏块偏振片，相邻两块偏振片偏振化方向夹角振化方向夹角30，忽略光的吸收，求：透射光强度。，忽略光的吸收，求：透射光强度。解：解：例例5.5.已知某种不透明媒质的布儒斯特角已知某种不透明媒质的布儒斯特角求：该种媒质的折射率？求：该种媒质的折射率？由布儒斯特定律由布儒斯特定律利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。利用此方法可以测量不透明媒质的折射率。解：解：寻常光寻常光非常光非常光各向异性各向异性方解石方解石晶体晶体双双折折射射现现象象1.双折射现象双折射现象(1)o光、光、e光特征光特征 O光光:始终在入射面内始终在入射面
11、内,并遵守折射定律。并遵守折射定律。e光光:一般不在入射面内一般不在入射面内,不遵守折射定律。不遵守折射定律。注意注意：寻常、非寻常、非常指光在折射时常指光在折射时 是否遵守折射定是否遵守折射定律，律，o光、光、e光也光也只在晶体内部才只在晶体内部才有意义。有意义。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
12、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e o在入射角在入射角时时o光、光、e光在晶体中具有不同的传播速度光在晶体中具有不同的传播速度o光：光：说明：说明：o光的传播速度在各个方向是相同的光的传播速度在各个方向是相同的e光：光：说明：说明：e光的传播速度在各个方向是不相同的光的传播速度在各个方向是不相同的o光、光、e光都是线偏振光光都是线偏振光e光不沿原来方向传播光不沿原来方向传播o光沿原来方向传播光沿原来方向传播(2)描述晶体特征的术语描述
13、晶体特征的术语晶体的光轴与晶体表面晶体的光轴与晶体表面法线所构成的平面。法线所构成的平面。实验：实验：o光振动光振动 垂直于垂直于o光光的主平面的主平面e光振动光振动 平行于平行于e光光的主平面的主平面晶体中的方向，晶体中的方向，双轴晶体双轴晶体：云母、硫磺云母、硫磺光轴光轴:沿此方向沿此方向o、e光速度相同光速度相同 无双折射无双折射单轴晶体单轴晶体：石英、方解石石英、方解石主平面主平面:主截面主截面: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。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自然光自然光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光
14、小小结结一、光的偏振态一、光的偏振态二、获得线偏振光的方法二、获得线偏振光的方法1.偏振片的起偏偏振片的起偏马吕斯马吕斯定律定律2.反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振玻璃片堆反射玻璃片堆反射光的偏振习题课光的偏振习题课单元检测题单元检测题-选择题选择题1、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、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，若以此光束为轴旋转偏振片，测得透射光的强度最大值片，若以此光束为轴旋转偏振片，测得透射光的强度最大值是最小值的是最小值的5倍，那么入射光中自然光与线偏振光的光强比倍，那么入射光中自然光与线偏振光的光强比值为：值为：已知如图：已知如图
15、：解：解：透射光强度：透射光强度：1、A解：布儒斯特定律。解：布儒斯特定律。2、C2、自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃平面上，反射光是：、自然光以布儒斯特角由空气入射到一玻璃平面上，反射光是：(A)在入射面内振动的完全线偏振光在入射面内振动的完全线偏振光(B)平行于入射面振动占优势的部分偏振光平行于入射面振动占优势的部分偏振光(C)垂直于入射面振动的完全线偏振光垂直于入射面振动的完全线偏振光(D)垂直于入射面振动占优势的部分偏振光垂直于入射面振动占优势的部分偏振光3、自然光以、自然光以60 o的入射角照射到某两种媒质交界面时，反射的入射角照射到某两种媒质交界面时，反射光为完全线偏振光，则知
16、折射光为：光为完全线偏振光，则知折射光为：(A)完全线偏振光且折射角为完全线偏振光且折射角为30 o(B)部分偏振光且只是在该光由真空到折射率为部分偏振光且只是在该光由真空到折射率为的介质时，的介质时，折射角是折射角是30 o(C)部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角部分偏振光，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为部分偏振光且折射角为30 o布儒斯特定律：布儒斯特定律：折射光为部分偏振光，折射光为部分偏振光，3、D解：解：1、两个偏振片叠放在一起，强度为、两个偏振片叠放在一起，强度为 I0的自然光垂直入射其上，的自然光垂直入射其上，不考虑偏振片的吸收与反射
17、，若通过两个偏振片后的光强为不考虑偏振片的吸收与反射，若通过两个偏振片后的光强为I0 /8，则此两偏振片的偏振化方向的夹角是，则此两偏振片的偏振化方向的夹角是_，若，若在两片之间再插入一片偏振片，其偏振化方向与前后两片的在两片之间再插入一片偏振片，其偏振化方向与前后两片的偏振化方向夹角相等，则通过三个偏振片后的透射光的强度偏振化方向夹角相等，则通过三个偏振片后的透射光的强度为为_。单元检测题单元检测题-填空题填空题解：解：(1).(2).解：解：2、如图所示，一束自然光入射到折射率分别为、如图所示，一束自然光入射到折射率分别为n1 和和n2 的两的两种介质的交界面上，发生反射和折射，已知反射光
18、是完全种介质的交界面上，发生反射和折射，已知反射光是完全线偏振光，那么折射角线偏振光，那么折射角 r 的值为的值为_。3、假设某一介质对于空气的临界角是、假设某一介质对于空气的临界角是45 o，则从空气射向此介，则从空气射向此介质时的布儒斯特角是质时的布儒斯特角是_解：解：在晶体内部，在晶体内部，o 光和光和e 光沿光轴的传播速度相等。光沿光轴的传播速度相等。4、在双折射晶体的内部，有某种特定方向称为晶体的光轴，光、在双折射晶体的内部，有某种特定方向称为晶体的光轴，光在晶体内部沿光轴传播时，在晶体内部沿光轴传播时，_光和光和_光的传播速度相等。光的传播速度相等。解：解：若使光波通过一种特制的镜
19、片，只允许某一种特定振动的若使光波通过一种特制的镜片，只允许某一种特定振动的光波通过，这种特制的镜片就称为光波通过，这种特制的镜片就称为“偏光镜偏光镜”。彩色立体电影的效果是利用光的偏振现象形成的。立体彩色立体电影的效果是利用光的偏振现象形成的。立体电影利用一左一右两架摄像机同时拍摄同一景物，放映时电影利用一左一右两架摄像机同时拍摄同一景物，放映时使用两架放映机，各套上一个偏振镜，把两个偏振光的影使用两架放映机，各套上一个偏振镜，把两个偏振光的影像同时放映在银幕上，两个偏振光的振动方向互成直角。像同时放映在银幕上，两个偏振光的振动方向互成直角。观众观看立体电影时戴上特制的偏光镜，其左右两镜片观
20、众观看立体电影时戴上特制的偏光镜，其左右两镜片透过的偏振光振动方向互相垂直，能通过左眼的偏振光就透过的偏振光振动方向互相垂直，能通过左眼的偏振光就不能通过右眼，反之亦然。因此，左眼的镜片只允许左方不能通过右眼，反之亦然。因此，左眼的镜片只允许左方摄像机的影像通过，而右眼的镜片只允许右方摄像机的影摄像机的影像通过，而右眼的镜片只允许右方摄像机的影像通过，于是在眼前就会出现立体效果。像通过，于是在眼前就会出现立体效果。立体视觉和立体画原理立体视觉和立体画原理在五、六十年代的欧美国家，在五、六十年代的欧美国家，曾经流行看一种曾经流行看一种“立体镜立体镜”。实际上实际上是这样一种镜子。它能使左眼和右眼
21、分别看到两张照片，是这样一种镜子。它能使左眼和右眼分别看到两张照片，这两张这两张照片是用两部照像机，照片是用两部照像机，置于双眼的位置拍摄所得。置于双眼的位置拍摄所得。在人们用立体在人们用立体镜看去时，镜看去时，就会呈现立体感觉。就会呈现立体感觉。还有一个视点的问题，还有一个视点的问题，人们看某物时不会前、后都清晰，当我人们看某物时不会前、后都清晰，当我们把视点调到前面时，后面就会模糊，反之前面就会模糊。当然，们把视点调到前面时，后面就会模糊，反之前面就会模糊。当然，这些调节是我们无意识的。我们想看清什么物体时，就马上把视这些调节是我们无意识的。我们想看清什么物体时，就马上把视点调到它上面。点调到它上面。三维立体画也是相同的原理，看画时把视点落在立体画后面合适三维立体画也是相同的原理，看画时把视点落在立体画后面合适的位置，使左眼看到的画面与右眼错开一个单位块。左、右眼也的位置，使左眼看到的画面与右眼错开一个单位块。左、右眼也就看到不同的图案。如果我们把这两幅图案做成象左右两张照片就看到不同的图案。如果我们把这两幅图案做成象左右两张照片一样有一定差别，就能看出立体效果。一样有一定差别，就能看出立体效果。