1、第十讲第十讲 光的偏振性反射和折射光的偏振光的偏振性反射和折射光的偏振一、光的偏振性一、光的偏振性偏振性：偏振性：振动方向对于传播方向的不对称性振动方向对于传播方向的不对称性只有横波才有偏振现象只有横波才有偏振现象:是区别于纵波的明显标志是区别于纵波的明显标志HEV电磁波是横波电磁波是横波没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解 在垂直光的传播方向的平面里，将光矢量在垂直光的传播方向的平面里，将光矢量向任意两向任意两个互相垂直的方向分解。个互相垂直的方向分解。自然光图示法自然光图示法1 1、自然光、自然光光矢量始终沿一个方向振动的光光矢量始终沿一个方向振动的光振动方向振动方向 /纸面纸
2、面振动方向振动方向 纸面纸面2 2、线偏振光、线偏振光(完全偏振光完全偏振光)：可将自然光分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方可将自然光分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光。这两束线偏振光的光强各等于自然向相互垂直的线偏振光。这两束线偏振光的光强各等于自然光光强的一半。他们彼此没有固定的相位差。光光强的一半。他们彼此没有固定的相位差。振动面：振动面：电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面3 3、部分偏振光：、部分偏振光：介于自然光和完全偏振光之间介于自然光和完全偏振光之间部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、部分偏振光
3、可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。不相干的线偏振光。平行纸面的光振动较强平行纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强垂直纸面的光振动较强振动面：振动面：电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面光的偏振性的图示法：光的偏振性的图示法：自然光自然光 线偏振光：线偏振光：部分偏振光：部分偏振光：u 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,而只让而只让与这个方向垂直的光振动通过与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.1 1、偏振片、偏振片u 偏振化方向偏振化方向 ：当光照射在偏振
4、片上时，它只让某一特定：当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。方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向。二、偏振片马吕斯定律二、偏振片马吕斯定律2、偏振片的起偏与检偏、偏振片的起偏与检偏3 3、马吕斯定律（、马吕斯定律（Malus law）(1809):I0I=EE022=cosE02E022 cosEE0=检偏器偏检偏器偏振化方向振化方向EE0.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EIE00I 20cosII Malus law 60例题例题：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,一个用作检偏器当一个用作检偏
5、器当它们偏振化方向间的夹角为它们偏振化方向间的夹角为 时时,一束单色自然光穿过它们一束单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ；当它们偏振化方向间的夹角为；当它们偏振化方向间的夹角为 时，另一时，另一束单色自然光穿过它们束单色自然光穿过它们,出射光强为出射光强为 ，且，且 。求两束。求两束单色自然光的强度之比单色自然光的强度之比 。301I2I21II 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 由马吕斯定律：由马吕斯定律：30cos22101II60cos22202II3160cos30cos22201021IIII例题例题：在两块正交偏振片在两块
6、正交偏振片p p1 1,p,p3 3 之间插入另一块偏振片之间插入另一块偏振片p p2 2 ，光强为光强为I0 的自然光垂直入射于偏振片的自然光垂直入射于偏振片p p1 1，讨论转动，讨论转动p p2 2 透过透过p p3 3 的光强的光强I与转角的关系与转角的关系。212cosII 3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II20cos2I)2(cos223 II2sin81203II若若 在在 间变化，间变化，如何变化如何变化？203I0,23,2,03I8,47,45,43,403II3p1p0I0I1I3p2p1p2I3I2p3p1p0121II2sin81203I
7、I三、反射和折射光的偏振性三、反射和折射光的偏振性自然光反射和折射后产生部分偏振光自然光反射和折射后产生部分偏振光n1n2iir1、反射光和折射光的偏振、反射光和折射光的偏振2 2、布儒斯特布儒斯特定律定律i iB 布儒斯特角布儒斯特角 或或 起偏角起偏角12BBn sinin sinr2112tgnnniB n1n2iBiBrB线偏振光线偏振光起偏角起偏角+2/BBir 2121BBBntg in sin in cos inBBsinrcosi一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角角 ,问问 在界面在界面 2 的反射光是什么光？的反
8、射光是什么光？0i*一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射（约一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射（约15%）所以所以反射偏振光很弱反射偏振光很弱。0i0i1n1空气空气玻璃玻璃2n22112+2BBBBntg inntgni/满足起偏角条件满足起偏角条件*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.4、利用、利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光0i接近线偏振光接近线偏振光线偏振光线偏振光例题例题：如图，自然光由空气入射到，折射率如图，自然光由空气入射到，折射率n n2 2=1.33=1.33的水面上，入的水面上，入射角为射角为 i i 时使反射光为完全偏振光。今有一块玻璃浸入水中，其时使反射光为完全偏振光。今有一块玻璃浸入水中，其折射率折射率 n n3 3=1.5,=1.5,若光由玻璃面反射也成为完全偏振光，求水面与若光由玻璃面反射也成为完全偏振光，求水面与玻璃之间的夹角玻璃之间的夹角。12136 561 33.ntgn 又因又因 i i2 2 是布儒斯特角，由布儒是布儒斯特角，由布儒斯特定律可得：斯特定律可得：32221 548 261 33n.tgiin.0311653662482 i
