1、1微粒说与波动说之争微粒说与波动说之争 牛顿的微粒说：牛顿的微粒说：光是由光源发出的微粒流。光是由光源发出的微粒流。惠更斯的波动说：惠更斯的波动说：光是一种波动。光是一种波动。218011801年，英国物理学家托马斯年，英国物理学家托马斯杨杨（T.YoungT.Young，1773-18291773-1829）首先利首先利用双缝实验观察到了光的干涉条纹，用双缝实验观察到了光的干涉条纹，从实验上证实了光的波动性。从实验上证实了光的波动性。18651865年，英国物理学家麦克斯韦从年，英国物理学家麦克斯韦从他的电磁场理论预言了电磁波的存他的电磁场理论预言了电磁波的存在，并认为光就是一种电磁波。在，
2、并认为光就是一种电磁波。3电磁波谱电磁波谱 可见光的波长范围可见光的波长范围：400 nm 760 nm，相应频率为相应频率为7.50*1014Hz 3.95*1014Hz 4肥皂泡或光碟表面上的肥皂泡或光碟表面上的彩色花纹，都是光的波彩色花纹，都是光的波动特性所引发的一种现动特性所引发的一种现象。象。波动光学：波动光学：以光的波动特性为基础，研究光的传播以光的波动特性为基础，研究光的传播及其规律的学科。及其规律的学科。5第十二章第十二章 光的波动性光的波动性 本章主要讨论光的干涉、衍射、偏振等现象，阐明本章主要讨论光的干涉、衍射、偏振等现象，阐明其波动性质和基本规律。其波动性质和基本规律。6
3、 振动方向相同振动方向相同 频率相同频率相同 相位差恒定相位差恒定 相干条件相干条件光的相干性光的相干性第一节第一节 光的干涉光的干涉一、相干光源一、相干光源7P21原子发光是断续的，每次原子发光是断续的，每次发光形成一长度有限的波发光形成一长度有限的波列列,各原子各次发光相互各原子各次发光相互独立，各波列互不相干独立，各波列互不相干.1）普通光源的发光机制）普通光源的发光机制原子能级及发光跃迁原子能级及发光跃迁基态基态激发态激发态nE跃迁跃迁自发辐射自发辐射8相干光源相干光源两个独立的光源发出的光或同一光源的不同部两个独立的光源发出的光或同一光源的不同部分发出的光都不是相干光分发出的光都不是
4、相干光同一原子同一次发出的光在空间相遇时是相干光同一原子同一次发出的光在空间相遇时是相干光P2192）相干光的产生）相干光的产生 只有把光源的同一点发出的光分成两束，只有把光源的同一点发出的光分成两束，这两束光才是相干光，再通过一定途径让它这两束光才是相干光，再通过一定途径让它们相遇们相遇 同一光源获得相干波同一光源获得相干波 分割波阵面法和分割振幅法分割波阵面法和分割振幅法。来自同一光。来自同一光 源的两束相干波，相当于来自两个频率相源的两束相干波，相当于来自两个频率相 同、振动方向相同、初相位相同或相位差同、振动方向相同、初相位相同或相位差 保持恒定的光源，这样的光源称为相干光保持恒定的光
5、源，这样的光源称为相干光 源，相干光源发出的光称为相干光。源，相干光源发出的光称为相干光。10 波面分割法波面分割法 振幅分割法振幅分割法 利用光在两种介质分利用光在两种介质分界面上的反射光和透界面上的反射光和透射光作为相干光射光作为相干光S1S2S从同一波阵面上取出从同一波阵面上取出两部分作为相干光源两部分作为相干光源11二、杨氏双缝实验二、杨氏双缝实验121314二、杨氏双缝实验二、杨氏双缝实验路程差：路程差：P点光强极大，亮条纹。点光强极大，亮条纹。P点光强极小，暗条纹。点光强极小，暗条纹。xDdrr12.2,12121212kdDkxkrr，或当.2,1,012kdDkxkrr，或当1
6、5讨论：讨论：条纹对应的条纹对应的k称为干涉级数称为干涉级数,对应于对应于k=0的明的明纹称为中央亮条纹纹称为中央亮条纹,对应于对应于k=1,k=2,称为第称为第一级一级,第二级，第二级，明（暗）纹明（暗）纹相邻两明相邻两明(或暗或暗)纹的间距纹的间距kkxxx1dD明暗相间的等间隔直条纹明暗相间的等间隔直条纹16 x d x D x 影响条纹疏密的因素影响条纹疏密的因素条纹变稀疏条纹变稀疏条纹变密集条纹变密集条纹变密集条纹变密集1kkDxxxd 实验计算单色光的波长实验计算单色光的波长 dDkx已知已知 和和 ，测出，测出 k 级条纹对应的距离级条纹对应的距离 即可即可Ddx172k1k3k
7、2k 1k 3k 白光照射白光照射 dDkx中央明纹为白色，其它各级为彩色，内紫外红中央明纹为白色，其它各级为彩色，内紫外红 (Why?)18 ,2,1,0,kkdDxk3141414dDdDxxxnm500314xDd（2）mm0.3dDx 例例1 以单色光照射到相距为以单色光照射到相距为0.2mm的双缝上的双缝上,双缝与双缝与屏幕的垂直距离为屏幕的垂直距离为1m.(1)从第一级明从第一级明 纹纹 到同侧到同侧 的第四级明的第四级明 纹的距离为纹的距离为7.5mm,求单色光的波长求单色光的波长;(2)若入射光的波长为若入射光的波长为600nm,求相邻两明纹间的距离求相邻两明纹间的距离.解解
8、（1）19在对杨氏双缝实验中我们发现，光干涉的结果取决于在对杨氏双缝实验中我们发现，光干涉的结果取决于两束光在空气中所经过的几何路程之差，但是，许多两束光在空气中所经过的几何路程之差，但是，许多光干涉问题并不简单，会涉及到两束光在不同介质的光干涉问题并不简单，会涉及到两束光在不同介质的传播，为了解决这一类问题，我们引入光程的概念。传播，为了解决这一类问题，我们引入光程的概念。光在不同介质中的波长不同设有一频率为光在不同介质中的波长不同设有一频率为 的单色光，的单色光，它在真空中的波长为它在真空中的波长为 ,传播速度为传播速度为c。当它在折射率当它在折射率为为 n 的 介 质 中 传 播 时的
9、介 质 中 传 播 时,传 播 速 度 为传 播 速 度 为 u=c/n,波 长波 长 =u/=c/n .这说明这说明,一定频率的光在折射率为一定频率的光在折射率为n的介的介质中传播时，其波长为真空中波长质中传播时，其波长为真空中波长 的的1/n。三、光程三、光程20故当光在折射率为故当光在折射率为n的介质中传播的几何路程为的介质中传播的几何路程为L，则，则他所包含的完整波的个数为传播速度为他所包含的完整波的个数为传播速度为L/,而光在真而光在真空中传播时，包含同样完整波个数所占的几何路程为：空中传播时，包含同样完整波个数所占的几何路程为：nLL22光程之差称为光程差。光程之差称为光程差。决定
10、光波相位变化的，不是几决定光波相位变化的，不是几何路程和几何路程差，而是光程和光程差何路程和几何路程差，而是光程和光程差!nLL由此可知，光在介质中传播了路程由此可知，光在介质中传播了路程L,就相当于光在相就相当于光在相同时间内在真空中传播了路程同时间内在真空中传播了路程nL.所以，我们定义折射率所以，我们定义折射率n和几何路程和几何路程L的乘积的乘积nL称为称为光程光程。光传播途中任光传播途中任意两点相位差意两点相位差时：当光沿不均匀介质传播1S2S1n1r2r2nP)(2)(22112211rnrnrnrnsiiirns光程xnrxrnxs)1(xnr光程差对应的相位差：的介质折射率为，例
11、：空气中插入一厚为n x22s2 当当 =2k ，干涉相长，光强极大干涉相长，光强极大当当 ,干涉相消，光强极小干涉相消，光强极小,1,2,.0 kks 1,2 )21(kks.2,1,12kk)(1122rnrns23透镜的等光程性透镜的等光程性FABCAF和和CF在空气中传在空气中传播距离长，在透镜中播距离长，在透镜中传播的距离短传播的距离短BF则相反则相反AF、CF和和BF的光程相等，它们会聚的光程相等，它们会聚在在F点，形成亮点点，形成亮点透镜不会引起附加的光程差透镜不会引起附加的光程差24例题：已知：例题：已知：S2缝上覆盖的介质厚度为缝上覆盖的介质厚度为 h，折射率为，折射率为 n
12、，设入射光的波长为，设入射光的波长为.求中央明纹位置。求中央明纹位置。1S2S1r2rhOO中中央央亮亮纹纹,0,0kx2、)()1()(1212rrnhrhrnhs0s中央亮纹：中央亮纹：cm1)1(dDnhxxDdrrr121、xDdnh)1(25光密介质：折射率较大的介质光密介质：折射率较大的介质光疏介质：折射率较小的介质光疏介质：折射率较小的介质实验表明：实验表明：当光从光疏介质入射到光密介质界面当光从光疏介质入射到光密介质界面反反射射时，反射光较入射光有时，反射光较入射光有 的相位突变，或的相位突变，或者说产生半波损失。者说产生半波损失。四、薄膜干涉四、薄膜干涉利用透明薄膜上、下两个
13、表面对入射光的反射和折利用透明薄膜上、下两个表面对入射光的反射和折射，可在反射方向射，可在反射方向(或透射方向或透射方向)获得相干光束获得相干光束一、薄膜干涉一、薄膜干涉a ab bs s在一均匀透明介质在一均匀透明介质n n1 1中中放入上下表面平行放入上下表面平行,厚度厚度为为d d 的均匀介质的均匀介质 n n2 2(n(n1 1)，用扩展光源照射薄膜，其用扩展光源照射薄膜，其反射和透射光如图所示反射和透射光如图所示 薄膜干涉薄膜干涉1a1b光线光线b与光线与光线 a的光程差为：的光程差为：)2/()(12ADnBCABns半波损失半波损失由折射定律和几何关系可得出：由折射定律和几何关系
14、可得出：tan2idAC cos/idCBAB21sinsinininiACADsin2)cossincos1(222iiidns2cos22idns2sin222122inndsACBD1n1n2ndiia ab bs s1a1b减弱（暗）加强（明）,2,1,02)12(,2,12sin222122kkkkinnds干涉条件干涉条件当当i=0i=0一定时，一定时，(即垂直入射即垂直入射)减弱（暗）加强（明）,2,1,02)12(,2,1222kkkkdns干涉条件干涉条件薄膜薄膜aa1a2n1n2n3不论入射光的入射角如何不论入射光的入射角如何附加光程差的确定附加光程差的确定满足满足n1n3
15、(或或n1 n2 n2n3(或或n1 n2 n3)不存在额外程差不存在额外程差对同样的入射光来说，当反对同样的入射光来说，当反射方向干涉加强时，在透射射方向干涉加强时，在透射方向就干涉减弱。方向就干涉减弱。增透膜和增反膜增透膜和增反膜增透膜增透膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相利用薄膜上、下表面反射光的光程差符合相消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。消干涉条件来减少反射，从而使透射增强。增反膜增反膜-利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相利用薄膜上、下表面反射光的光程差满足相长干涉，因此反射光因干涉而加强。长干涉，因此反射光因干涉而加强。在光学器件上镀膜，使某种在光学器件上镀膜，使某
16、种 的反射光或透射的反射光或透射光因干涉而减弱或加强，以提高光学器件的透光因干涉而减弱或加强，以提高光学器件的透射率或反射率。射率或反射率。31例题：图示：例题：图示：5.13n光在膜的上下表面反射时：两个反射光都有半波损失光在膜的上下表面反射时：两个反射光都有半波损失反射光干涉相消时有反射光干涉相消时有dns2211nd38.12nab.3,2,1,2)12(kkdns2232膜的最小厚度（膜的最小厚度（k=1)为为2min4nd此时透射光增强此时透射光增强.3,2,1,2)12(kkdns2233kdn22例题例题1 如图所示，在折射率为如图所示，在折射率为1.50的平板玻璃表面有的平板玻
17、璃表面有一层厚度为一层厚度为300nm、折射率为、折射率为1.22的均匀透明油膜。的均匀透明油膜。用白光垂直射向油膜。用白光垂直射向油膜。d油膜油膜n2=1.22白光白光反射相干光反射相干光空气空气玻璃玻璃n1=1.00n3=1.50透射相干光透射相干光解解 反射光相长干涉即反射光相长干涉即干涉加强的条件干涉加强的条件 =2n2d=k k=1时，时，1=2 1.22 300=732(nm)红光；红光；k=2时，时，2=1.22 300=366(nm)，不可见光不可见光(1)哪些波长的可见光哪些波长的可见光在反射光中产生相长干在反射光中产生相长干涉？涉？34(2)哪些波长的可见光在透射光中产生相
18、长干涉？哪些波长的可见光在透射光中产生相长干涉？解解 透射光的相长干涉条件透射光的相长干涉条件即反射光干涉相消即反射光干涉相消 ,2,1,01242kkdnk=0，1=4n2d=4 1.22 300=1464(nm)不可见光不可见光k=1，2=1/3=488 nm青色光青色光k=2，3=1/5=293 nm不可见光不可见光 35解解 (1)1s2dnk,2,1,21kkdnnm11042,11dnknm552,21dnknm36832,31dnk例题例题2 一油轮漏出的油一油轮漏出的油(折射率折射率 n1=1.20)污染了某海污染了某海域域,在海水在海水(n2=1.30)表面形成一层薄薄的油污
19、表面形成一层薄薄的油污.(1)如果太阳正位于海域上空如果太阳正位于海域上空,一直升飞机的驾驶员一直升飞机的驾驶员从机上向下观察从机上向下观察,他所正对的油层厚度为他所正对的油层厚度为460nm,则他则他将观察到油层呈什么颜色将观察到油层呈什么颜色?(2)如果一潜水员潜入该区域水下如果一潜水员潜入该区域水下,又将看到油层呈又将看到油层呈什么颜色什么颜色?绿色绿色36nm22084,01dnk(2)透射光干涉增强透射光干涉增强nm4.31574,31dnknm73634,11dnk红光红光nm6.44154,21dnk紫光紫光紫红色紫红色37 一类是光源和观察屏（或二者之一）与障碍物之间一类是光源
20、和观察屏（或二者之一）与障碍物之间的距离是有限的，这一类衍射称为菲涅耳衍射；另一类是的距离是有限的，这一类衍射称为菲涅耳衍射；另一类是光源和观察屏与障碍物之间的距离都是无限远的，这一类光源和观察屏与障碍物之间的距离都是无限远的，这一类衍射称为夫琅禾费衍射。衍射称为夫琅禾费衍射。第二节第二节 光的衍射光的衍射Diffraction of Light 光波绕过障碍物传播的现象称为光的衍射。衍射后形光波绕过障碍物传播的现象称为光的衍射。衍射后形成的明暗相间的图样称为衍射图样。干涉和衍射现象都是成的明暗相间的图样称为衍射图样。干涉和衍射现象都是波动所固有的特性。波动所固有的特性。衍射现象分为两类：衍射
21、现象分为两类：38衍射现象出现要符合一定条件：衍射现象出现要符合一定条件：D 光的直线传播光的直线传播 D 衍射衍射SABE光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏SABE光源光源障碍物障碍物接收屏接收屏衍射的分类衍射的分类菲涅耳衍射系统菲涅耳衍射系统夫琅禾费衍射系统夫琅禾费衍射系统光源光源障碍物障碍物 接收屏接收屏距离为有限远。距离为有限远。光源光源障碍物障碍物 接收屏接收屏距离为无限远。距离为无限远。衍射系统由光源、衍射屏、接收屏组成。衍射系统由光源、衍射屏、接收屏组成。用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象用菲涅耳半波带法解释单缝衍射现象S S*单缝衍射实验装置单缝衍射实验装置屏幕屏幕1LK2LE一一
22、 单缝夫琅禾费衍射单缝夫琅禾费衍射ABfxC 0P sinaAC 将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的将衍射光束分成一组一组的平行光，每组平行光的衍射角（与原入射方向的夹角）相同衍射角（与原入射方向的夹角）相同a)(1)(1)(1P)(2)(2)(2衍射角不同，衍射角不同，最大光程差也最大光程差也不同，不同，P点位置点位置不同，不同，光的强光的强度分布取决于度分布取决于最大光程差最大光程差最大光程差最大光程差菲涅耳半波带法菲涅耳半波带法2AB3A1A2AC 222a sin 相邻平面间的距离是相邻平面间的距离是入射单色光的半波长入射单色光的半波长任何两个相邻波带上对应任何两个相邻波带上
23、对应点所发出的光线到达点所发出的光线到达BCBC平平面的光程差均为半波长面的光程差均为半波长（即位相差为（即位相差为），在，在P P点会聚时将一一抵消。点会聚时将一一抵消。AAABCaxf12222.PAB面面分成奇数个半波带，出现亮纹分成奇数个半波带，出现亮纹.23sin aAC.AAABCaxf122.A3P.AB面面分成偶数个半波带，出现暗纹分成偶数个半波带，出现暗纹24sin aAC结论：分成偶数半波带为暗纹。结论：分成偶数半波带为暗纹。分成奇数半波带为明纹。分成奇数半波带为明纹。中央明纹明纹暗纹 0 ),2,1(2)12(),2,1(sinkkkka正、负号表示衍射条纹对称分布于中央
24、明纹的两侧正、负号表示衍射条纹对称分布于中央明纹的两侧对于任意衍射角，单缝不能分成整数个半波带，对于任意衍射角，单缝不能分成整数个半波带，在屏幕上光强介于最明与最暗之间。在屏幕上光强介于最明与最暗之间。讨论讨论1.光强分布光强分布 当当 角增加时，半波带数增加，角增加时，半波带数增加，k增加，抵消增加，抵消部分多，条纹强度下降。部分多，条纹强度下降。当当 增加时增加时,为什么光强的为什么光强的极大值迅速衰减？极大值迅速衰减？Ia25 a23 0a25 a23 sin我们由公式可以看出缝越窄（我们由公式可以看出缝越窄（a 越小），越小），衍射角越衍射角越大，大，条纹分散的越开，衍射现象越明显；反
25、之，条纹条纹分散的越开，衍射现象越明显；反之，条纹向中央靠拢。向中央靠拢。当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是当缝宽比波长大很多时，形成单一的明条纹，这就是透镜所形成线光源的象。显示了光的直线传播的性质。透镜所形成线光源的象。显示了光的直线传播的性质。中央明纹明纹暗纹 0 ),2,1(2)12(),2,1(sinkkkka减小，减小，增大增大 增大，增大，减小减小 一定，一定，越大，越大，越大，衍射效应越明显越大，衍射效应越明显.a00a0a光直线传播光直线传播 一定一定衍射明显衍射明显 48狭缝的宽度：狭缝的宽度：a不透光部分的宽度：不透光部分的宽度：b光栅常数：光栅常数：d=a+
26、b数量级为数量级为1010-5-51010-6-6m m光栅缝数：光栅缝数：N透射透射光栅光栅二、衍射光栅二、衍射光栅 grating diffraction由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学元件。由大量等宽等间距的平行狭缝所组成的光学元件。1、定义：、定义：49光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。光栅衍射是单缝衍射和多缝干涉的共同结果。2、光栅衍射条纹的形成、光栅衍射条纹的形成光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。光栅缝与缝之间形成的多缝干涉图样。光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。光栅每个缝形成各自的单缝衍射图样。50sinsin)(dabsabab),2,1,0(sinkkd 明纹位置
27、明纹位置相邻两缝间的光程差：相邻两缝间的光程差：衍射角衍射角a：透光部分的宽度：透光部分的宽度b：不透光部分的宽度：不透光部分的宽度sin)(ab光栅方程光栅方程511 条条 缝缝3 条条 缝缝5 条条 缝缝 光栅中狭缝条数越多，明纹越亮光栅中狭缝条数越多，明纹越亮.讨讨 论论),2,1,0(sinkkd 白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹白光投射在光栅上，在屏上除零级主极大明条纹由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫由各种波长混合仍为白光外，其两侧将形成由紫到红对称排列的彩色光带，即光栅光谱。（到红对称排列的彩色光带，即光栅光谱。（不同不同波长的同级明纹以不同的衍射角出现波长的同
28、级明纹以不同的衍射角出现）三、光栅光谱三、光栅光谱 grating spectrumgrating spectrum1 k2 k3 k),2,1,0(sinkkd533、缺极现象、缺极现象 missing order多缝干涉明纹多缝干涉明纹),0sin 2,1,(kkd 2,1,()sinkka单缝衍射暗纹单缝衍射暗纹 k 级光强极大的位置（明纹）正好是级光强极大的位置（明纹）正好是k 级衍级衍射极小位置（暗纹），射极小位置（暗纹），k 级明纹不会出现。这个级明纹不会出现。这个现象称为缺极现象称为缺极 kadk 例如：例如：d=3a，缺级的级数为缺级的级数为3，6，9 54例：波长为例：波长为
29、589.3nm的钠黄光垂直入射在一光栅上，测得第二的钠黄光垂直入射在一光栅上，测得第二级谱线（亮条纹）的衍射角为级谱线（亮条纹）的衍射角为288，用另外一未知波长的用另外一未知波长的单色光入射时，它的第一级谱线的衍射角为单色光入射时，它的第一级谱线的衍射角为1330。(1)求未求未知波长知波长(2)未知波长的谱线最多能观察到第几级？（几条亮纹）未知波长的谱线最多能观察到第几级？（几条亮纹）1、光栅方程、光栅方程2、sindk1sin 1 dk 4.3sin200dk sinkd 2sin00d sind 583.5nmsinsin 210例、波长为例、波长为600nm的单色光垂直入射在一光栅上
30、，第的单色光垂直入射在一光栅上，第二级明纹出现在二级明纹出现在sin2=0.2处，第处，第4级为第一个缺级。级为第一个缺级。求求(1)光栅上相邻两缝的距离是多少？光栅上相邻两缝的距离是多少？(2)狭缝可能的狭缝可能的最小宽度是多少？最小宽度是多少？(3)按上述选定的按上述选定的a、b值，实际上值，实际上能观察到的全部明纹数是多少？能观察到的全部明纹数是多少？解解:(1)kdsinmkd6sin1,4)2(kkkadk取madbmda5.45.14minminmax1sin)3(kk ，由光栅方程106.06maxmmdk在在-900sin900范围内可观察到的明纹级数为范围内可观察到的明纹级数
31、为k=0,1,2,3,5,6,7,9,共共15条明纹条明纹57光波是一种电磁波，电磁波是横波，其电场强度矢量光波是一种电磁波，电磁波是横波，其电场强度矢量E和磁场和磁场强度矢量强度矢量H的振动方向都垂直于波的传播方向，并且它们之间的振动方向都垂直于波的传播方向，并且它们之间也相互垂直。也相互垂直。在光波的在光波的E矢量和矢量和H矢量中，能引起感光作用和生理作用的主矢量中，能引起感光作用和生理作用的主要是要是E 矢量，所以把矢量，所以把E 矢量称为光矢量，把矢量称为光矢量，把E矢量的振动称为矢量的振动称为光振动，并以它的振动方向代表光的振动方向。光振动，并以它的振动方向代表光的振动方向。第三节第
32、三节 光的偏振光的偏振 Polarization of Light光波是横波光波是横波 光的偏振光的偏振.光的波动性光的波动性 光的干涉、衍射光的干涉、衍射.58振动面：光矢量的振动方向与光传播方向构成的平面。振动面：光矢量的振动方向与光传播方向构成的平面。光的偏振态光的偏振态:光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动状态。59F偏振态：偏振态：光矢量保持在特定振动方向上的振动状态光矢量保持在特定振动方向上的振动状态F偏振的定义偏振的定义 Polarization 光振动的方向相对于传播方向的不对称性即光振动的方向相对于传播方向的不对称性即光的偏振性光
33、的偏振性F光的分类：光的分类：自然光、线偏振光、部分偏振光自然光、线偏振光、部分偏振光一、自然光和偏振光一、自然光和偏振光60迎着光看，光振动的方向迎着光看，光振动的方向:1、自然光自然光 natural light0I 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）量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光这样的光叫自然光(无偏振，如太阳光，灯光及无偏振，如太阳光，灯光及烛光等烛光等).E 在垂直于光传播方向的平面上取各方向的概率相等在垂直于光传播方向的平面上取各方向的概率相等 61自然光可分解为任意
34、两个方向互相垂直、振自然光可分解为任意两个方向互相垂直、振幅相等、相位差随机的光振动。幅相等、相位差随机的光振动。并各具有一并各具有一半的振动能量半的振动能量.自然光的表示方法自然光的表示方法 02121III1E2E0I62a)线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光）Polarization light光波的光矢量光波的光矢量E方向始终方向始终不变，只沿一个固定方向不变，只沿一个固定方向振动。振动。2、偏振光、偏振光 Polarization light光振动平行板面光振动平行板面x光振动垂直板面光振动垂直板面 x 线偏振光的表示法线偏振光的表示法
35、63b)部分偏振光部分偏振光 partial polarization light 光波中虽包含各种方向的振动，但在某特定方向光波中虽包含各种方向的振动，但在某特定方向上的振动占优势上的振动占优势 部分偏振光介于自然光和线偏振光之间部分偏振光介于自然光和线偏振光之间 部分偏振光的表示方法部分偏振光的表示方法 平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强64二、二、偏振光的产生和检验偏振光的产生和检验 偏振片：吸收某方向光振动，而只让与其透振偏振片：吸收某方向光振动，而只让与其透振 方向的光振动能通过的装置方向的光振动能通过的装置.透振方向：能通过光振动的方向
36、。透振方向：能通过光振动的方向。偏振片偏振片0I透振透振方向方向起偏：起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。检偏：利用偏振片检验光线的偏振化程度检偏：利用偏振片检验光线的偏振化程度651P起偏起偏检偏检偏0I2I2P1I光的光的起偏起偏和和检偏检偏 从起偏器透出的线偏振光的光强是入射自然光的光强的从起偏器透出的线偏振光的光强是入射自然光的光强的1/2。检偏原理检偏原理：将待检查的入射光垂直入射偏振片，缓慢转：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，确定光的偏振性。动偏振片，观察光强的变化，确定光的偏振性。.起偏器起偏器
37、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.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.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.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.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
38、变化光强发生变化.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.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.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.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.检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的
39、检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变.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.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.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.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.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.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 马吕斯定律
40、马吕斯定律 Malus lawMalus law?I0max0III，02I，-线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向 之间的夹角。之间的夹角。如果入射线偏振光的光强为如果入射线偏振光的光强为I I0 0，透过检偏器后，透过检偏器后，透射光的光强透射光的光强I I为为O1N2Ncos0Esin0E0E只有平行于只有平行于ON2 的分量的分量才能通过检偏器才能通过检偏器 1E2E将入射到检偏器的光将入射到检偏器的光E0振动分振动分解为平行于和垂直于解为平行于和垂直于ON2(透透光轴光轴)的两个分量的两个分量83从检偏器透射出来的光强从检偏器透射出来的光强I1
41、与与I0之比之比 2020202101)cos(EEEEII马吕斯定律马吕斯定律 20cosII 84例题例题1 在两个偏振化方向正交的偏振片之间插入第在两个偏振化方向正交的偏振片之间插入第三个偏振片。三个偏振片。(1)当最后透过的光强为入射自然光强当最后透过的光强为入射自然光强的的1/8时，求插入第三个偏振片透振化的方向；时，求插入第三个偏振片透振化的方向；解解（1）设入射的）设入射的自然光光强：自然光光强：I08)90(coscos20220II通过第一个偏振片后，光强：通过第一个偏振片后，光强：I0/2第三个、第一个偏振片透振方向间的夹角：第三个、第一个偏振片透振方向间的夹角：第二个、第三个偏振片透振方向间的夹角：第二个、第三个偏振片透振方向间的夹角：90 根据马吕斯定律，根据马吕斯定律，光经过三个偏振片后光经过三个偏振片后04512sin
