一、光的偏振性一、光的偏振性1、横波和纵波的区别、横波和纵波的区别偏振偏振纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题；纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题； 横波：垂直，存在偏振问题。横波：垂直，存在偏振问题。定义：定义：振动方向振动方向对于传播方向的对于传播方向的不对称性称为偏不对称性称为偏振性。振性。说明：说明：只有横波只有横波才具有偏振现象，才具有偏振现象，偏振现象是横波偏振现象是横波区别于纵波的最区别于纵波的最明显的特征。明显的特征。光的偏振性光的偏振性 马吕斯定律马吕斯定律2、光的偏振性：、光的偏振性：对于平面电磁波，电场强度对于平面电磁波，电场强度矢量矢量光矢量的振动方向光矢量的振动方向与传播方向垂直。与传播方向垂直。光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性光的偏振性。光的偏振性说明光波是横波光的偏振性说明光波是横波二、偏振态的分类二、偏振态的分类1、自然光、自然光 各个方向上光振动振幅相同的光，称为各个方向上光振动振幅相同的光，称为自然光自然光。 特点：特点：在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光，自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光，它们振幅相等，没有确定的相位关系，各占总光强的一半。它们振幅相等，没有确定的相位关系，各占总光强的一半。自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。.xy2、线偏振光、线偏振光定义：在垂直于传播方向的平面内，定义：在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方向振动，光矢量只沿某一个固定方向振动，则称为则称为线偏振光线偏振光，又称为，又称为平面偏振平面偏振光光或或线偏振光线偏振光。3、部分偏振光、部分偏振光定义：光波中不同方向上的定义：光波中不同方向上的光振动振幅不等，在某一方光振动振幅不等，在某一方向上振幅最大，而与之垂直向上振幅最大，而与之垂直的方向上的振幅最小，则称的方向上的振幅最小，则称为为部分偏振光部分偏振光。特点：部分偏振光两垂直方特点：部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位向光振动之间无固定的相位差。差。偏振光的表示法部分偏振光的表示法4、椭圆偏振光和圆偏振光：、椭圆偏振光和圆偏振光： 光矢量末端的运动轨迹是椭圆或圆。光矢量末端的运动轨迹是椭圆或圆。圆偏振光圆偏振光线偏光线偏光椭椭圆圆偏偏振振光光在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光右旋偏振光。四、偏振片四、偏振片 起偏和检偏起偏和检偏 1、基本概念、基本概念普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光的器件称为的器件称为起偏器起偏器。人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振状态的器件称为状态的器件称为检偏器检偏器2、偏振片、偏振片是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的光通过的光学器件，叫做光通过的光学器件，叫做偏振片偏振片。这个特定的方向叫做。这个特定的方向叫做偏偏振片的偏振化方向振片的偏振化方向，用，用“ ”表示。表示。 3、起偏器起偏器自然光通过偏振片后成为线偏振自然光通过偏振片后成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向一致。片的偏振化方向一致。4、检偏器、检偏器用来检验某一束光是否用来检验某一束光是否偏振光。偏振光。方法：转动偏振片，观方法：转动偏振片，观察透射光强度的变化。察透射光强度的变化。自然光：自然光：透射光强度不透射光强度不发生变化发生变化偏振光：偏振光：透射光强度发生变化透射光强度发生变化 部分偏振光部分偏振光：偏振光偏振光通过偏振片后，在转通过偏振片后，在转动偏振片的过程中，动偏振片的过程中，透射光强度发生变化。透射光强度发生变化。五、马吕斯定律五、马吕斯定律马吕斯马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )法国物理学家及军事工程师。出生法国物理学家及军事工程师。出生于巴黎。于巴黎。1808年发现反射光的偏振，确定了年发现反射光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律；偏振光强度变化的规律；1810年被选为巴黎科学院院士，曾年被选为巴黎科学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。获得过伦敦皇家学会奖章。1811年，他发现折射光的偏振。年，他发现折射光的偏振。1、马吕斯定律的内容马吕斯定律的内容强度为强度为I0的偏振光，通过检偏的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度为：器后，透射光的强度为： I=I0 cos2其中其中为检偏器的偏振化方为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏振化方向向与入射偏振光的偏振化方向之间的夹角。之间的夹角。AII0为线偏光的光振动方向为线偏光的光振动方向ON与检偏器透振方向与检偏器透振方向OM间的夹角。间的夹角。 一束光强为一束光强为I0的自然光透过检偏器，透射光强为的自然光透过检偏器，透射光强为I0 /22、解释、解释I=I0 cos23、讨论、讨论当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有变化。当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有变化。起偏器与检偏器偏振化方向平行时：起偏器与检偏器偏振化方向平行时：=0 =0 或或=，I=I0，透射光强度最大；透射光强度最大；起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：=/2 =/2 或或=3/2=3/2，I=0，透射光强度最小；透射光强度最小；为其它角度时，透射光的强度介于为其它角度时，透射光的强度介于0I0之间。之间。 马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，对于自然光并不成立对于自然光并不成立。若是自然光若是自然光I0，通过偏振片后，通过偏振片后，II0/2，偏振片在这里实际上起偏振片在这里实际上起着起偏器的作用。着起偏器的作用。当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的消光现象。的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的消光现象。例题：例题：在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和检偏器和检偏器 N 之间，插入之间，插入一片以角速度一片以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P，入射自然光强为入射自然光强为I0，试试求由系统出射的光强是多少？求由系统出射的光强是多少？ 每旋转偏振片每旋转偏振片P一周，输出光强有一周，输出光强有“四明四零四明四零”。 t=00,900,1800,2700时，时，输出光强为零。输出光强为零。 t=450,1350,2250,3150时，时，输出光强为输出光强为 。附、偏振光的应用附、偏振光的应用反射光和折射光的偏振反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振自然光在两种各向同性介质的分界自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射时，不但光的传播面上反射和折射时，不但光的传播方向要改变，而且光的偏振状态也方向要改变，而且光的偏振状态也要改变，所以反射光和折射光都是要改变，所以反射光和折射光都是部分偏振光。部分偏振光。in1n2在一般情况下，反射光是在一般情况下，反射光是以垂直于入射面的光振动为以垂直于入射面的光振动为主的部分偏振光；折射光是主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为以平行于入射面的光振动为主的部分偏振光主的部分偏振光。二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律1、布儒斯特定律内容、布儒斯特定律内容反射光的偏振化程度与入射角有关，若光从折射率为反射光的偏振化程度与入射角有关，若光从折射率为n1的介的介质射向折射率为质射向折射率为n2的介质，当入射角满足的介质，当入射角满足这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。时，反射光中就只有垂直于入射面时，反射光中就只有垂直于入射面的光振动，而没有平行于入射面的的光振动，而没有平行于入射面的光振动，这时反射光为线偏振光，光振动，这时反射光为线偏振光，而折射光仍为部分偏振光。这就是而折射光仍为部分偏振光。这就是Brewster定律。其中定律。其中i0叫做叫做起偏角起偏角或或布儒斯特角布儒斯特角。2、利用反射和折射时的偏振可以做起偏和检偏、利用反射和折射时的偏振可以做起偏和检偏n1n2i03、说明、说明当入射角是布儒斯特角时，折射光与入射光垂直。当入射角是布儒斯特角时，折射光与入射光垂直。由折射定律：由折射定律： n1sini0=n2sin0 布儒斯特定律：布儒斯特定律： tg i0= n2 /n1即：即： n1sini0=n2cosi i0相比较：相比较： cosi i0= sin0故故 i i0= /2 0理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的7.4%，而约占，而约占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。 1.51.51.51.01.01.01.0反射光能量较弱，透射光反射光能量较弱，透射光较强。为了获得一束强度较强。为了获得一束强度较高的偏振光，可以使自较高的偏振光，可以使自然光通过一系列玻璃片重然光通过一系列玻璃片重叠在一起的玻璃堆，并使叠在一起的玻璃堆，并使入射角为起偏角，则透射入射角为起偏角，则透射光近似地为线偏振光。光近似地为线偏振光。n1n2i0例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角 ip=580， 求它的折射求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为率？若将它放在水中（水的折射率为 1.33），求布儒斯特角？），求布儒斯特角？该材料对水的相对该材料对水的相对 折射率是多少？折射率是多少？解：解：设该材料的折射率为设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为空气的折射率为1放在水中，则对应有放在水中，则对应有所以：所以：该材料对水的相对折射率为该材料对水的相对折射率为1.2。