且振动面垂直入射面课件.ppt

1、13.5 光的偏振光的偏振 横波和纵波横波和纵波都能产生干涉和衍射现象，而都能产生干涉和衍射现象，而偏振是横偏振是横波所特有的性质波所特有的性质。光的。光的偏振现象表明偏振现象表明光是横波光是横波。波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振偏振。机械横波与纵波的区别机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝机械波穿过狭缝自然光自然光普通光源发出的光，光矢量普通光源发出的光，光矢量E在垂直于传播方向的平面内在垂直于传播方向的平面内的取向完全随机分布，没有哪一个方向占优势。从统计上看的取向完全随机分布，没有哪一个方向占优势。从统计上看E 的平均振幅在平面内沿任一方

2、向都相等，这样的光叫自然光。的平均振幅在平面内沿任一方向都相等，这样的光叫自然光。XYZu一、自然光与偏振光一、自然光与偏振光简单表示法简单表示法 自然光经过某些物质的反射、折射或吸收后，可能只自然光经过某些物质的反射、折射或吸收后，可能只保留某一方向的光振动。这种保留某一方向的光振动。这种只有某一固定方向振动的光只有某一固定方向振动的光叫做线偏振光或完全偏振光，简称偏振光。叫做线偏振光或完全偏振光，简称偏振光。完全偏振光完全偏振光光振动平行屏幕光振动平行屏幕 光振动垂直屏幕光振动垂直屏幕振动面振动面Eu部分偏振光部分偏振光 垂直垂直屏幕的光振动较强屏幕的光振动较强平行平行屏幕的光振动较强屏幕

3、的光振动较强二、偏振片的起偏与检偏二、偏振片的起偏与检偏偏振片偏振片 晶体（如硫酸金鸡钠硷）对相互垂直的两个光振动晶体（如硫酸金鸡钠硷）对相互垂直的两个光振动分量具有选择吸收的性能，称为分量具有选择吸收的性能，称为二向色性二向色性。将这种晶体。将这种晶体涂敷于透明薄片上，就成为涂敷于透明薄片上，就成为偏振片偏振片。偏振片是常用的。偏振片是常用的起起偏器和检偏器偏器和检偏器，每个偏振片上都标有，每个偏振片上都标有偏振化方向偏振化方向。自然光自然光I0线偏振光线偏振光I偏振化方向偏振化方向021II ?I 线偏振光线偏振光I起偏器起偏器检偏器检偏器 偏振化方向偏振化方向: 当自然光照射在偏振片上时

4、，它只让某一特定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，这个方向叫偏振片的偏振化方向方向的光通过，这个方向叫偏振片的偏振化方向.用偏振片用偏振片检验光的偏振态检验光的偏振态消光消光线偏振光线偏振光强度变，无消光强度变，无消光部分偏振光部分偏振光强度不变强度不变自然光自然光偏振化方向偏振化方向偏振片转一周偏振片转一周P1P2 三、马吕斯定律三、马吕斯定律（法国物理学家（法国物理学家 E. Louis Malus 1775-1812)（1808年发现）年发现）A2A1AA21cos 检偏器检偏器起偏器起偏器I1I2A2A1NMIAAI2222211(cos )cos 马吕斯定律。马吕

5、斯定律。例例 有两个偏振片有两个偏振片,一个用作起偏器一个用作起偏器, 一个用作检一个用作检偏器偏器. 当它们偏振化方向间的夹角为当它们偏振化方向间的夹角为 时时 , 一束单色一束单色自然光穿过它们自然光穿过它们, 出射光强为出射光强为 ; 当它们偏振化方向间当它们偏振化方向间的夹角为的夹角为 时时, 另一束单色自然光穿过它们另一束单色自然光穿过它们 , 出射光出射光强为强为 , 且且 . 求两束单色自然光的强度之比求两束单色自然光的强度之比 .30601I2I21II 10I20I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 和和 . 经过起偏器后光强分别为经过起偏器后光强

6、分别为 和和 .220I210I经过检偏器后经过检偏器后30cos22101II 60cos22202II 21012220cos 601cos 303IIII 212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2II32p3p1p0121II 20cos2I 在两块正交偏振片在两块正交偏振片 之间插入另一块偏之间插入另一块偏振片振片 ，光强为，光强为 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片 ，讨论转动讨论转动 透过透过 的光强的光强 与转角的关系与转角的关系 .3I31p,p2p2p3p0I1p讨论讨论22322220cos ()sin21cossin2IIII202cos2II

7、2301sin 28II 0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p空气空气i1n 反射光反射光 部分偏振光部分偏振光，垂直于入射面的振动大于平垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动行于入射面的振动. 折射光折射光 部分偏振光部分偏振光，平行于入射面的振动大，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动于垂直于入射面的振动.理论和实验证明理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关：反射光的偏振化程度与入射角有关.i1. 光反射与折射时的偏振光反射与折射时的偏振玻璃玻璃2nr四、反射光和折射光的偏振四、反射光和折射光的偏振David Brewster, 1781-1868, 苏格兰苏格兰物理学家

8、物理学家, 英国光学家英国光学家. 爱丁堡大学爱丁堡大学教授、校长教授、校长. 于于1812年提出年提出.反射光为完全偏振光，且振动反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分面垂直入射面，折射光为部分偏振光。偏振光。nin2B1tan 当当 时，时，1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直.21sinsinBirnn 2B1BBsintacosnniiniBcossincos()2irr irB2 讨论讨论BiBi1n玻璃玻璃2nr空气空气布儒斯特定律布儒斯特定律 2）根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介介质入射于界面时，此质入射于界面时，此 角

9、即为布儒斯特角角即为布儒斯特角 .rr2n1n 2n玻璃玻璃BiBi1n玻璃玻璃2nirBrBr注意注意 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占反射光的强度约占入射光强度的入射光强度的5-7.5% , 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iB 双折射狂欢双折射狂欢摄影：摄影：Katrina Putker 2007年尤里卡科学摄影大赛的获奖作品。年尤里卡科学摄影大赛的获奖作品。此图利用了此图利用了双双折射的光学现象折射的光学现象：光穿过某种物质时，会经历两个折射率，：光穿过某种物质时，会经历两个折射率，产生彩虹效应产生彩虹效应

10、。这一技术被应用到类似的餐桌背景中，作者。这一技术被应用到类似的餐桌背景中，作者用手对塑料材料进行了挤压，以提高整体效果。用手对塑料材料进行了挤压，以提高整体效果。五、晶体的双折射五、晶体的双折射动动 光光 学学双折射现象双折射现象波波 动动 光光 学学五、晶体的双折射五、晶体的双折射 寻常光寻常光o和非寻常光和非寻常光esinsininr 恒量恒量i玻璃玻璃n折折 射射 定定 律律方解石晶体方解石晶体r光光通过通过双折射晶体双折射晶体 寻常光线寻常光线o光光(ordinary light)服从折射定律的光线服从折射定律的光线 非常光线非常光线e光光(extraordinray light)

11、不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明实验证明： o 光、光、e光均为偏振光光均为偏振光ACBoeDeo 产产 生生 双双 折折 射射 的的 原原 因因o光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面eeecnu 常量光轴光轴oueu 寻常光线寻常光线 在晶体中在晶体中各方向上传播速度相同各方向上传播速度相同. . oocnu 常量常量 非常光线非常光线 晶体中各晶体中各方向上传播速度不同方向上传播速度不同, ,随随方向改变而改变方向改变而改变. . 光轴光轴 在方解石这在方解石这类晶体中存在一个特殊类晶体中存在一个特殊的方向，

12、当光线沿这一的方向，当光线沿这一方向传播时不发生双折方向传播时不发生双折射现象射现象, 称这一方向为称这一方向为晶体的晶体的光轴光轴.光轴光轴102AB光轴光轴787878102102 光轴是一特殊的方光轴是一特殊的方向向, ,凡平行于此方向的直凡平行于此方向的直线均为光轴；线均为光轴；几何光学几何光学中透镜的光轴指通过透中透镜的光轴指通过透镜中心的直线。镜中心的直线。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。如石英、红宝石、方解石等。如石英、红宝石、方解石等。如云母、硫磺等。如云母、硫磺等。u尼科耳棱镜尼科耳棱镜取

13、一块长度约为宽度三倍的方解石晶体，将两端切去一部分，使主截面上的角度为68度。 将晶体沿着垂直于主截面及两端面的连线切开，再用加拿大树胶粘合起来。u尼科耳棱镜尼科耳棱镜658. 1on486. 1en55. 1胶n前半个棱镜中的o光射到树胶层中产生全反射，e光不产生全反射，能够透过树胶层，所以自尼科耳棱镜出来的偏振光的振动面在棱镜的主截面内尼科耳棱镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏 偏振光通过某些物质后，其振动面偏振光通过某些物质后，其振动面将以光的传播方向为轴线转过将以光的传播方向为轴线转过 一定的角度一定的角度. 1. 旋光现象旋光现象2. 旋光物质旋光物质 能产生旋光现象的物质

14、能产生旋光现象的物质.（如石英晶（如石英晶体、糖溶液、酒石酸溶液等）体、糖溶液、酒石酸溶液等）:A起偏器，起偏器，:B检偏器，检偏器，:L盛有液体旋光盛有液体旋光物质的管子物质的管子.LABd 3. 旋光仪旋光仪观察偏振光振动面旋转的仪器观察偏振光振动面旋转的仪器.六、偏振光应用举例六、偏振光应用举例-旋光现象旋光现象4. 对于旋光性物质的溶液对于旋光性物质的溶液 设设 为偏振光通过旋光物质后振动面所转过为偏振光通过旋光物质后振动面所转过的角度的角度 LABdc为旋光物质的浓度为旋光物质的浓度d为旋光物质的透光长度为旋光物质的透光长度 为一与光的为一与光的波长波长、温度温度有关的常量有关的常量

15、，旋光率，旋光率.5. 对于固体旋光物质对于固体旋光物质 d 为一与旋光物质及入射光的为一与旋光物质及入射光的波长波长有关的常量有关的常量.cd 偏振光的应用偏振光的应用: :1、制作偏振摄像镜头、太阳镜等光学器件。、制作偏振摄像镜头、太阳镜等光学器件。 在雪地、海洋上或夏日在雪地、海洋上或夏日阳光充足的白天，阳光充足的白天，反射光很强，反射光很强，由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，是水平方向振动的。因此，为保护视力，可为保护视力，可戴一副只能透戴一副只能透射竖直方向偏振光的射竖直方向偏振光的眼镜，或在望

16、远镜前加偏振片，眼镜，或在望远镜前加偏振片，便可便可挡住部分的散射光挡住部分的散射光。 在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射旋转偏振片可减少入射的反射光光强。的反射光光强。相机镜头加偏振片前后照片对比相机镜头加偏振片前后照片对比2、汽车车灯、车窗、飞机舷窗等的制作。、汽车车灯、车窗、飞机舷窗等的制作。 汽车夜间汇车时，为了避免双方车灯的眩目，司机需要打汽车夜间汇车时，为了避免双方车灯的眩目，司机需要打近光，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯近光，

17、放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向都沿同一都沿同一方向并与水平面成方向并与水平面成450角角，那么，司机从前窗只能看到自已的车，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，既不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。时，既不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。3、观看立体电影、观看立体电影 拍摄立体电影时，用两个摄影机同时分别拍下同一物体拍摄立体电影时，用两个摄影机同时分别拍下同一物体的两个

18、画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。每个放像的两个画像，放映时把两个画像同时映在银幕上。每个放像机镜头上放一个偏振片，机镜头上放一个偏振片，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜观众戴上用偏振片做成的眼镜，左、右眼偏振片的偏振，左、右眼偏振片的偏振化方向分别与左、右放像机上的偏振化方向相同化方向分别与左、右放像机上的偏振化方向相同. 人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼，三支单眼、的眼睛对偏振却很敏感。比如蜜蜂有五支眼，三支单眼、两支复眼，每个复眼包含有两支复眼，每个复眼包含有6300个小眼，这些小眼能根据个小眼，这些小眼能根据太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断太阳的偏光确定太阳的方位，然后以太阳为定向标来判断方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到方向，所以蜜蜂可以准确无误地把它的同类引到它所找到的花丛。的花丛。4、生物的生理机能与偏振光、生物的生理机能与偏振光u尼科耳棱镜尼科耳棱镜658. 1on486. 1en55. 1胶nBCAD904868 光光O光光e加拿大树胶加拿大树胶尼科耳棱镜可用于起偏和检偏尼科耳棱镜可用于起偏和检偏0 同同亮亮90 同同暗暗