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1、第第24章波动光学光的偏章波动光学光的偏振振本讲稿第一页，共三十六页24-1 光的偏振状态 一一 自然光与偏振光自然光与偏振光光是一种电磁波（横波）。电矢量光是一种电磁波（横波）。电矢量 与磁矢量与磁矢量 相相互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。光振动：光振动：电磁波的电磁波的 振动。振动。光矢量：光矢量：电磁波的电磁波的 矢量。矢量。光的光的波动性波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.光波是光波是横波横波 光的偏振光的偏振.本讲稿第二页，共三十六页u偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）振动面振动面 若光矢量保持在一定平面内振动，称此平若光矢量保
2、持在一定平面内振动，称此平面为光矢量的面为光矢量的振动面振动面，如果所有光矢量都在一，如果所有光矢量都在一个平面内振动称这种光线为个平面内振动称这种光线为线偏振光线偏振光或或平面偏平面偏振光振光。面对光的传播方向看面对光的传播方向看本讲稿第三页，共三十六页线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：.光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直EEyEx yX 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解本讲稿第四页，共三十六页u自然光自然光：每一个原子发出的光波列为一线偏振光每一个原子
3、发出的光波列为一线偏振光自然光：自然光：大量原子随机发的光波列的集合，每个光波列大量原子随机发的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、振动方向，波列长度都不同。的频率、相位、振动方向，波列长度都不同。XYZE 没有优势方向没有优势方向就振动方向而言，具有就振动方向而言，具有轴对称轴对称性性本讲稿第五页，共三十六页特点：特点：自然光可以分解为两束自然光可以分解为两束相互独立的相互独立的（非相干非相干）、等等振幅振幅的、的、振动方向相互垂直的振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。的光强等于自然光光强的一半。没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然
4、光的分解本讲稿第六页，共三十六页Ex 和和 E y无固定关系无固定关系:它们是彼此独立的振动它们是彼此独立的振动,总光强总光强 非相干叠加非相干叠加自然光的表示法：自然光的表示法：.点与短线等距离分布且数量相同，表示没有哪个方点与短线等距离分布且数量相同，表示没有哪个方向的光振动占优势。向的光振动占优势。E yEx本讲稿第七页，共三十六页u部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方向上的光：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振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光线偏振光和自然光是两种极端情形，部分偏振
5、光是介于二线偏振光和自然光是两种极端情形，部分偏振光是介于二者之间的一般情形。者之间的一般情形。部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。本讲稿第八页，共三十六页偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片涂有二向色性材料的透明薄片.二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与而只让与这个方向垂直的光振动通过这个方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性这种性质称二向色性.偏振片偏振片偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一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，这个方向叫此偏振片的
6、偏振化方向特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向.24-2 线偏振光的获得与捡偏 本讲稿第九页，共三十六页起偏起偏相应的光学器件叫相应的光学器件叫“起偏器起偏器”。偏振片就是常用的起偏器。偏振片就是常用的起偏器。起偏：起偏：使自然光（或非偏振光）变成偏振光的过程。使自然光（或非偏振光）变成偏振光的过程。偏振化方向偏振化方向起偏器起偏器用偏振片起偏用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情况下在忽略偏振片的吸收的情况下出射光强出射光强本讲稿第十页，共三十六页检偏检偏将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转动偏振片，观察光强的变化，可以确定光的偏振性。
7、片，观察光强的变化，可以确定光的偏振性。偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为偏振片又可用来检验光线的偏振化程度，称为检偏检偏。自然光自然光线偏振光线偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待检光待检光以光线为轴转动以光线为轴转动P:I I 不变不变？I I 变，有消光变，有消光？I I 变，无消光变，无消光？消光指完全没有光消光指完全没有光线透过线透过本讲稿第十一页，共三十六页.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本讲稿第十二页，共三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十三页，共
8、三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十四页，共三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十五页，共三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十六页，共三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十七页，共三十六页.检偏器检偏器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十八页，共三十六页.检偏器检偏
9、器自然光自然光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，光强不变本讲稿第十九页，共三十六页.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本讲稿第二十页，共三十六页.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本讲稿第二十一页，共三十六页.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本讲稿第二十二页，共三十六页.起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然
10、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本讲稿第二十三页，共三十六页.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本讲稿第二十四页，共三十六页.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本讲稿第二十五页，共三十六页.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本讲稿第二十六页，共三十六页.起偏器起偏器检偏器
11、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 光强为零光强为零本讲稿第二十七页，共三十六页NM检偏器检偏器起偏器起偏器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24-3 反射和折射时光的偏振本讲稿第二十八页，共三十六页结论：结论：当旋转检偏器一周时，会出现两次全明和两次当旋转检偏器一周时，会出现两次全明和两次全暗。全暗。式中：式中：为入射的偏振光的强度；为入射的偏振光的强度；为透射的偏振光为透射的偏振光的
12、强度。的强度。消光消光本讲稿第二十九页，共三十六页总结总结1.对线偏振光，对线偏振光，偏振片偏振片P2旋转一周时，光强度经历两次最旋转一周时，光强度经历两次最明、两次最暗的变化，且有消光现象，而部分偏振光没有消明、两次最暗的变化，且有消光现象，而部分偏振光没有消光现象。光现象。2.对自然光，对自然光，偏振片偏振片P2旋转一周时，光强度并不发旋转一周时，光强度并不发生变化。生变化。自然光通过偏振片后所获得的线偏振光的自然光通过偏振片后所获得的线偏振光的光强是自然光光强的一半光强是自然光光强的一半。本讲稿第三十页，共三十六页空气空气 入射面入射面 入射光线和法线所入射光线和法线所成的平面成的平面.
13、u反射光反射光 部分偏振光部分偏振光 ，垂，垂直于入射面的振动大于平行于直于入射面的振动大于平行于入射面的振动入射面的振动.u折射光折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动射面的振动.理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关.四四 光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃本讲稿第三十一页，共三十六页布儒斯特定律布儒斯特定律（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
14、）反射光和折射光互相垂直）反射光和折射光互相垂直.讨论讨论玻璃玻璃空气空气本讲稿第三十二页，共三十六页布儒斯特定律布儒斯特定律互余互余空气空气玻璃玻璃玻璃玻璃空气空气 =-423350.100.1 185600.150.1 1010tanitani玻璃玻璃空气空气本讲稿第三十三页，共三十六页驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫驾驶员戴上偏振太阳镜可以防止马路反射光的炫目。目。本讲稿第三十四页，共三十六页玻璃堆玻璃堆线偏振光线偏振光布儒斯特角布儒斯特角对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入射光强度的反射光的强度约占入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.本讲稿第三十五页，共三十六页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 ）.本讲稿第三十六页，共三十六页