1、17-917-9 自然光和偏振光自然光和偏振光光波是电磁波，理论和实验证明光具有横波性光波是电磁波，理论和实验证明光具有横波性,光矢光矢量量E的振动方向和传播方向垂直。的振动方向和传播方向垂直。E矢量的振动称为矢量的振动称为光振动。光振动。E矢量可以有各种不同的振动状态矢量可以有各种不同的振动状态.一一.光的偏振现象光的偏振现象偏振光偏振光自然光自然光完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光线线(平面平面)偏振光偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光光光符号表示符号表示一.自然光 偏振光 自然光自然光：一般光源发出的光，包含各个方向：一般光源发出的光，包含各个方向的光矢量在所有可能的方向上
2、的振幅都相等的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等.vE E 互相独立互相独立是指两个光振动是指两个光振动无固定的相位差，频率也不相无固定的相位差，频率也不相同。同。将自然光中各种取向的光将自然光中各种取向的光振动进行正交分解：得到一对振动进行正交分解：得到一对互相垂直、互相独立、振幅相互相垂直、互相独立、振幅相等的光振动。等的光振动。偏振光（线偏振光）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.振动面振动面符号表示符号表示vE E 部分偏振光部分偏振光：某一方向的光振动比与之垂直方：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向上的光振动占优势的
3、光为部分偏振光.符号表示符号表示光矢量旋转，其端点轨迹为截面是椭圆的螺旋线。光矢量旋转，其端点轨迹为截面是椭圆的螺旋线。光矢量旋转，其端点轨迹为截面是圆的螺旋线。光矢量旋转，其端点轨迹为截面是圆的螺旋线。AA 椭圆偏振光椭圆偏振光 圆偏振光圆偏振光 二、偏振片、起偏器和检偏器 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 ,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称这种性质称二向色性二向色性 .偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片偏振片：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，它只当自然光照
4、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偏振化方向(又称通光方向又称通光方向)。起起 偏偏通光方向通光方向起偏器起偏器起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光。起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光。检偏：检查入射光的偏振性。检偏：检查入射光的偏振性。起偏器（偏振片、尼科耳镜等）同时可作为检偏器起偏器（偏振片、尼科耳镜等）同时可作为检偏器检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器I0I P三、马吕斯定律三、马吕斯定律,200EI 220cosEI 20cosII 马吕斯定律（马吕斯定律（18091809）P E0 E0c
5、os 通光方向通光方向光振动方向光振动方向用于计算由偏振片获得的线偏振光的强度用于计算由偏振片获得的线偏振光的强度，0max0III 02 I，消光消光讨论：讨论：20cosII 其中垂直光振动分量被吸收，平行光振动分量其中垂直光振动分量被吸收，平行光振动分量通过偏振片，其强度为：通过偏振片，其强度为：0I21I 如入射光是强度为如入射光是强度为 的自然光，将此沿平行和的自然光，将此沿平行和垂直于偏振片通光方向的两个方向分解。两个垂直于偏振片通光方向的两个方向分解。两个方向的光振动强度均为方向的光振动强度均为0I0I21例例1：一束光强为一束光强为I0的自然光通过两个偏振化方的自然光通过两个偏
6、振化方向成向成60o的偏振片后，光强为的偏振片后，光强为021I041I081I0161I0202081602121IcosIcosI 0I021I20cos21I60 例例2：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,一个用作一个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角为检偏器当它们偏振化方向间的夹角为 时时,一一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 ；当它们当它们偏振化方向间的夹角为偏振化方向间的夹角为 时，另一束单色自然光时，另一束单色自然光穿过它们穿过它们,出射光强为出射光强为 ,且且 .求两束单求两束单色自然光的强度之比色自然光的强度之比.301I2
7、I21II 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2I202I0经过检偏器后经过检偏器后30cos2II2101 60cos2II2202 3160cos30cosIIII22201021 四、偏振片的应用l作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。l制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。l若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 l作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置
8、。可以避免汽车会车时灯光的晃眼可以避免汽车会车时灯光的晃眼。地面成地面成45 角、且向同一方向倾斜的偏振片，角、且向同一方向倾斜的偏振片，未加偏振片时未加偏振片时拍摄的橱窗拍摄的橱窗加偏振片时加偏振片时拍摄的橱窗拍摄的橱窗空气空气i1ni玻璃玻璃2n17-10 17-10 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 反射光反射光 部分部分偏振光，偏振光，垂直于入射面的振动大于垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动平行于入射面的振动.折射光折射光 部分部分偏振光，平行于入射面的振偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动动大于垂直于入射面的振动.布儒斯特定律布儒斯特定律（1815年）年）反
9、射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射光为部分偏振光为部分偏振光此时反射光线和折射光线垂直。此时反射光线和折射光线垂直。120nntgi 当当 时，时，0i0i1n玻璃玻璃2n空气空气0i起偏振角起偏振角(布儒斯特角布儒斯特角)120nnsinisin 00120icosisinnntgi sinicos0 20i(1)(1)当入射角为布儒斯特角时反射光和折射当入射角为布儒斯特角时反射光和折射光互相垂直光互相垂直 .证明：证明：0i0i1n玻璃玻璃2n空气空气折射定律折射定律布儒斯特定律布儒斯特定律两式比较：两式比较：)2cos(0i0i1n1
10、空气空气玻璃玻璃2n2 1n 例：例：一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角儒斯特角 ,问在界面问在界面2 2的反射光是什么光的反射光是什么光(作图作图)？0i120nntgi ctg 12nntg1 对于界面对于界面2则有：则有：21nntg 满足布儒斯特定律满足布儒斯特定律)2(tg (接近线偏振光接近线偏振光)i0玻璃片堆玻璃片堆 注意：注意：一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射，一次起偏垂直入射面的振动仅很小部分被反射，所以所以反射偏振光很弱反射偏振光很弱要要利用玻璃片堆产生线偏振光利用玻璃片堆产生线偏振光最后获得两束振动面互相
11、垂直的线偏振光最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光讨论：讨论：讨论光线的反射和折射讨论光线的反射和折射(起偏角起偏角 )0i0i0i0iiii17-1117-11 光的双折射现象光的双折射现象双折射现象：光进入各向异性介质双折射现象：光进入各向异性介质(双折射晶体双折射晶体)时，介质中出现时，介质中出现o光和光和e光两条折射光线。光两条折射光线。一 双折射的寻常光和非寻常光 nisinsin恒量恒量i玻璃玻璃n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寻常光寻常光o:遵守折射定律，在入射面内遵守折射定律，在入射面内恒量恒量0sinsin
12、ni非常光非常光e:不遵守折射定律，一般不在入射面内不遵守折射定律，一般不在入射面内恒量恒量enisinsino、e光均为光均为线偏振光：线偏振光：oeeo 二.产生双折射的原因 寻常光线：寻常光线：在晶体中各方向上传播速度相同在晶体中各方向上传播速度相同.oovcn常量常量非常光线：非常光线：晶体中各方向上传播速度不同晶体中各方向上传播速度不同,随方随方向改变而改变向改变而改变.eevcn 为主折射率为主折射率en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生双折射现象.光轴光轴102AB光轴光轴787878102102三、光轴及主平面任何平行于光轴的直任何平行于光轴的直线都是光轴线都是光轴71109光轴光轴 主截面主截面 当光在一晶体表面入射时，此表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面的法线与光轴所成的平面.71109光轴光轴 光光 光光eo
