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1、物理下 第十五章光的偏振 第1页，共23页，编辑于2022年，星期日1、自然光、自然光 偏振光偏振光 自然光自然光：一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢一般光源发出的光中，包含着各个方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光自然光.自然光以两互相自然光以两互相垂直垂直的互为独的互为独立的立的 （无确定无确定的的相位相位关系）振幅关系）振幅相等的光振动表示相等的光振动表示,并各具有并各具有一一半半的振动能量的振动能量.符号表示符号表示注意注意 各光矢量间无固定的相位关系各光矢量间无固定的相位关系.二互相垂直方向是任
2、选的二互相垂直方向是任选的.xy第2页，共23页，编辑于2022年，星期日偏振光偏振光（线偏振光）（线偏振光）光振动只沿某一固定方向的光光振动只沿某一固定方向的光.符号表示符号表示 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：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的光振动占优势的光为部分偏振光.符号表示符号表示振动面振动面第3页，共23页，编辑于2022年，星期日 起起 偏偏偏振片偏振片 起偏与检偏起偏与检偏 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,而而只让与这个方向垂直的光振动通过只让与这个方向垂直的光振动通过,这种
3、性质称二向色这种性质称二向色性性.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.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.起偏器起偏器偏振化方向偏振化方向第4页，共23页，编辑于2022年，星期日NM2 马吕斯定律马吕斯定律（1880 年）年）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 I0 的偏振光通过的偏振光通过检偏振器后检偏振器后,出射光的强度为出射光的强度为第5页，共23页，编辑于2022年，星
4、期日 例例1 有两偏振片平行放置分别作起偏器和检偏器有两偏振片平行放置分别作起偏器和检偏器.当它们当它们偏振化方向的夹角为偏振化方向的夹角为300 时时,一单色自然光穿过后的出射一单色自然光穿过后的出射光强为光强为I1;当它们偏振化方向的夹角为当它们偏振化方向的夹角为600 时时,另一束单色自另一束单色自然光的出射光强为然光的出射光强为I2 ,且且I1=I2.求两束单色自然光的强度之求两束单色自然光的强度之比比.解解 设两束单色自然光的强度分别为设两束单色自然光的强度分别为I10和和I20经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强分别为 和和 .经过检偏器后经过检偏器后第6页，共23页，编辑于20
5、22年，星期日例例2、一束自然光与线偏振光的混合光垂直射入到偏振片上，若一束自然光与线偏振光的混合光垂直射入到偏振片上，若偏振片以入射光为轴转一周，发现透射光的最大值为最小值的偏振片以入射光为轴转一周，发现透射光的最大值为最小值的2倍，则入射光中自然光与线偏振光的强度之比为多少？倍，则入射光中自然光与线偏振光的强度之比为多少？解：设自然光解：设自然光I0、线偏振光、线偏振光I（1）检验光束的偏）检验光束的偏振性振性（2）可以改变光束）可以改变光束的偏振化方向的偏振化方向第7页，共23页，编辑于2022年，星期日 反射光反射光 部分部分偏振光偏振光 ，垂直，垂直于入射面的振动大于平行于入射于入射
6、面的振动大于平行于入射面的振动面的振动.折射光折射光 部分部分偏振光，偏振光，平行于入射面的振动大于垂平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动直于入射面的振动.布儒斯特定律布儒斯特定律：光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃3、布儒斯特定律、布儒斯特定律反射光成为振动方向垂直于入射面的完全偏振光反射光成为振动方向垂直于入射面的完全偏振光第8页，共23页，编辑于2022年，星期日玻璃玻璃布儒斯特定律布儒斯特定律：布儒斯特角布儒斯特角 (起偏角）起偏角）证明：证明：折射定律折射定律第9页，共23页，编辑于2022年，星期日注意注意 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
7、反射光的强度约占入射光强度的射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光自然光从空气到玻璃的布儒斯特角：自然光从空气到玻璃的布儒斯特角：第10页，共23页，编辑于2022年，星期日例例3(P269 15-5)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i 0）第11页，共23页，编辑于2022年，星期日 外腔式激光器的布儒斯特窗外腔式激光器的布儒斯特窗 i0i0激光激光输输出出布儒斯特窗布儒斯特窗M1M2i0i0实实例：例：外腔式激光管加装外腔式激光管加装布儒斯特窗布儒斯特窗，可使，可使 出射光出射光为线为线偏振
8、光，并减少反射偏振光，并减少反射损损失。失。第12页，共23页，编辑于2022年，星期日4 4、光的双折射、光的双折射恒量恒量玻璃玻璃折折 射射 定定 律律动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学方解石晶体方解石晶体CaCO3(birefringence)第13页，共23页，编辑于2022年，星期日寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线(extraordinray rays)非常光线（非常光线（e e光）光）不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线实验证明：实验证明：O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.ACBo
9、eDeo第14页，共23页，编辑于2022年，星期日 光轴光轴 在方解石这在方解石这类晶体中存在一个特类晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿殊的方向，当光线沿这一方向传播时不发这一方向传播时不发生双折射现象。称这生双折射现象。称这一方向为晶体的光轴一方向为晶体的光轴.光轴光轴AB光轴光轴单轴晶体；单轴晶体；方解石、石英等。方解石、石英等。双轴晶体：双轴晶体：云母、硫黄等云母、硫黄等。第15页，共23页，编辑于2022年，星期日 用惠更斯原理解释光的双折射现象用惠更斯原理解释光的双折射现象1）O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。即具有光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面。即具有各向同性的传播
10、速率。各向同性的传播速率。2）e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是绕光轴的旋转椭光在晶体内任意点所引起的波阵面是绕光轴的旋转椭球面。沿光轴方向与球面。沿光轴方向与O光具有相同的速率。光具有相同的速率。e光波面光波面O光波面光波面光轴方向光轴方向负晶如方解石负晶如方解石CaCO3e 光波面光波面O光波面光波面正晶如石英正晶如石英SiO2第16页，共23页，编辑于2022年，星期日 主截面主截面 当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光当光在一晶体表面入射时，此表面的法线与光轴所成的平面轴所成的平面.当入射面是主截面时，当入射面是主截面时，O 光的振动光的振动垂直垂直主截面；主截面；e 光的振动光
11、的振动平行平行于主截面于主截面.光轴光轴 光光 光光.光轴方向光轴方向光光e光光o方解石方解石 1.4864 1.6854 石英石英 1.5534 1.5443对波长为对波长为589.3纳米的钠黄光纳米的钠黄光第17页，共23页，编辑于2022年，星期日 1）平行光倾斜入射，光轴在入射面内，光轴与平行光倾斜入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交晶体表面斜交光轴光轴AFEeOeO第18页，共23页，编辑于2022年，星期日2）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴与晶体表面斜交面斜交光轴光轴AEOeBFEF出射两束偏振方向相互垂直的线偏光出射两束偏振
12、方向相互垂直的线偏光第19页，共23页，编辑于2022年，星期日3）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴平）平行光垂直入射，光轴在入射面内，光轴平行晶体表面行晶体表面光轴光轴AEeBFEFO具有相互垂直具有相互垂直的偏振方向的偏振方向出射光沿同方向传播出射光沿同方向传播第20页，共23页，编辑于2022年，星期日例例3、下列三个棱镜由方解石制成（下列三个棱镜由方解石制成（no=1.658，ne=1.486）光轴方向如图所示，自然光垂直入射。试画）光轴方向如图所示，自然光垂直入射。试画出通过棱镜后的折射光路图。出通过棱镜后的折射光路图。o eoeoenesini=sin enosini=sin
13、osini=nes in esini=nosin o第21页，共23页，编辑于2022年，星期日尼科耳棱镜尼科耳棱镜 (Nicol prism)BCAD光光 光光加拿大树胶加拿大树胶加拿大树胶的折射率加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角光入射角大于其临界角arc sin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在，被全反射，在CN处为涂黑处为涂黑层所吸收。层所吸收。第22页，共23页，编辑于2022年，星期日渥氏棱镜渥氏棱镜(Wollaston prism)eO两块直角方解石光轴相互垂直两块直角方解石光轴相互垂直ABDCO 光从光密到光疏光从光密到光疏折射光要偏离法线折射光要偏离法线eP271 15-8 P271 15-8 第23页，共23页，编辑于2022年，星期日