12-5 12-5 光的偏振光的偏振 12-5-1 自然光与偏振光光是一种电磁波横波。电矢量光是一种电磁波横波。电矢量 与磁矢量与磁矢量 相相互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。互垂直，它们分别又与电磁波的传播方向垂直。光振动：电磁波的光振动：电磁波的 振动。振动。光矢量：电磁波的光矢量：电磁波的 矢量。矢量。偏振：光是横波，而横波偏振：光是横波，而横波对于于传播方向的播方向的轴来来说 不具不具备对称性，称性，这种不种不对称性就叫做偏振。称性就叫做偏振。 只需横波才具有偏振的性只需横波才具有偏振的性质。实践光波的横践光波的横 波性表波性表现得很复得很复杂。振振动面：振面：振动方向和方向和传播方向决播方向决议的平面称的平面称为振振 动面。面。一.一.线偏振光偏振光二.二.光的振光的振动方向一直在一个平面内，且沿一个确定方向一直在一个平面内，且沿一个确定方向，也称平面偏振光。方向，也称平面偏振光。线线偏振光的表示法：偏振光的表示法：偏振光的表示法：偏振光的表示法：. . . . . . . . .光矢量在屏平面内光矢量在屏平面内光矢量与屏平面垂直光矢量与屏平面垂直EEyEx yX 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解偏振光可沿两个相互垂直的方向分解Yvv二、自然光：二、自然光：二、自然光：二、自然光： 在垂直于光在垂直于光传播方向的二播方向的二维平面内，各个方向的光振平面内，各个方向的光振动出出现的概率一的概率一样，称，称这种光种光为自然光。自然光。 原子原子发光是随机的，在普通光源中不同原子光是随机的，在普通光源中不同原子发出的光出的光波列，它波列，它们的的频率、初相位、振率、初相位、振动面、面、传播方向及波列播方向及波列长度都能度都能够不同。不同。自然光的表示法：自然光的表示法：. . . . . .垂直垂直图面射出的自面射出的自然光没有然光没有优势方向方向自然光的分解自然光的分解一一束束自自然然光光可可分分解解为两两束束振振动方方向向相相互互垂垂直直的的、等等幅幅的的、不不相相关关的的线偏偏振振光光。这两两线偏偏振振光光的的光光强等等于于自自然光光然光光强的一半。的一半。结论： 自自然然光光可可以以看看成成是是两两个个振振动方方向向相相互互垂垂直直的的强度相等的度相等的线偏振光。偏振光。留意：留意：1.自然光中自然光中这两个相互垂直的两个相互垂直的线偏振光之偏振光之间没有没有 固定的相位关系；固定的相位关系；2.自然光分解自然光分解为两个相互垂直的成分是恣意的，两个相互垂直的成分是恣意的， 也可以沿另外两个相互垂直的方向分解；也可以沿另外两个相互垂直的方向分解；3.自然光自然光对于于传播方向具有播方向具有轴对称性。称性。三三.部部分分偏偏振振光光：介介于于线偏偏振振光光和和自自然然光光之之间。不同不同 方方向向振振幅幅不同。不同。部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部部分分偏偏振振光光可可分分解解为两两束束振振动方方向向相相互互垂垂直直的的、不不等等幅幅的、不相关的的、不相关的线偏振光。偏振光。平行板面的光振平行板面的光振动较强垂直板面的光振垂直板面的光振动较强部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：部分偏振光表示法：四四.圆偏振光和偏振光和椭圆偏振光：略偏振光：略 偏振片：有些薄膜偏振片：有些薄膜资料能吸收某一方向的光振料能吸收某一方向的光振动，而只，而只让与与这个方向垂直的光振个方向垂直的光振动经过，这个方向称个方向称为偏振化方偏振化方向。称向。称这些薄膜些薄膜为偏振片。偏振片。 偏偏偏偏振振振振化化化化方方方方向向向向 自然光自然光经过偏振片后偏振片后变为线偏振光，称偏振光，称为起偏。起偏。自自然然光光线线偏偏振振光光偏振片偏振片 偏振片又可用来偏振片又可用来检验光光线的偏振化程度，称的偏振化程度，称为检偏。偏。一、起偏与一、起偏与检偏偏12-5-2 12-5-2 偏振片偏振片 马吕斯定律马吕斯定律 . . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .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线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化. . . .起偏器检偏器自然光线偏振光两偏振片的偏振化方向相互垂直光阴强为零线偏振光经过旋转的检偏器光强发生变化.检偏器检偏器自然光经过旋转的检偏器，光强不变自然光经过旋转的检偏器，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经过旋转的检偏器，光强不变自然光经过旋转的检偏器，光强不变I?P待检光待检光问题：问题： I不变，是什么光？不变，是什么光？I变，有消光，变，有消光，是什么光？是什么光？检偏器检偏器I I变，没有消光，是什么光？变，没有消光，是什么光？光光强为 I1 的的线偏振光，透偏振光，透过偏振片后，其透射偏振片后，其透射强度度为：二二.马吕斯定律：斯定律：1.当旋当旋转检偏器一周偏器一周时，会出，会出现两次全明和两次全暗。两次全明和两次全暗。2.此定律只适用于没有光吸收和反射的理想偏振片。此定律只适用于没有光吸收和反射的理想偏振片。结论：例例题. 假假设自然光的光自然光的光强为，让它它经过两个偏振两个偏振化方向化方向夹角角为60度的偏振片，求透度的偏振片，求透过第二个偏振片第二个偏振片的光的光强。例例题.一束光是自然光和一束光是自然光和线偏振光的混合光，偏振光的混合光，让它它经过一偏振片，一偏振片，假假设以此入射光束以此入射光束为轴旋旋转偏振片，偏振片，测得透射光得透射光强度最大度最大值是最小是最小值的的5倍，那么入射光束中，自然光与倍，那么入射光束中，自然光与线偏振光偏振光的光的光强之比是多少？入射光中自然光和之比是多少？入射光中自然光和线偏振光的偏振光的强度各度各占入射光占入射光强度的几分之几？度的几分之几？解：解：设自然光光自然光光强度度为 I1, 线偏振光光偏振光光强度度为 I2,那么由那么由题知：知：设入射光入射光强度度I0 例题例题.如下图的双缝实验中，假设用单色自然光照射狭缝，如下图的双缝实验中，假设用单色自然光照射狭缝，在屏幕上能得到干涉条纹，假设在和的前面分别加一一在屏幕上能得到干涉条纹，假设在和的前面分别加一一样的偏振片和。当样的偏振片和。当 和的偏振化方向相互平行和的偏振化方向相互平行或垂直时，在屏上能否得到明晰的干涉条纹？或垂直时，在屏上能否得到明晰的干涉条纹？屏幕屏幕答案：能，否答案：能，否 .in1n2r以恣意角度入射以恣意角度入射 以恣意角度入射以恣意角度入射时，反射光和折射光都反射光和折射光都为部分偏振光。部分偏振光。实验和和实际都都阐明：明： 反射光中垂直于入反射光中垂直于入射面振射面振动的光的的光的强度度比比较大，折射光中在大，折射光中在入射面内振入射面内振动的光的的光的强度比度比较大。大。12-5-3 12-5-3 反射光、折射光的偏振性反射光、折射光的偏振性 以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射时，反射光，反射光为线偏振偏振光，折射光光，折射光为部分偏部分偏振光。并且：振光。并且：.i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射90r0+=i0nsin isin r1n20=n21tg isin isin r0=sin isin0()90i00=0由折射定律：由折射定律：布儒斯特定律：布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特角入射到两不同介当自然光以布儒斯特角入射到两不同介质的的外表外表时，其反射光，其反射光为线偏振光，光振偏振光，光振动垂直垂直于入射面。于入射面。布儒斯特角：布儒斯特角：=i0560例：例： 玻璃玻璃对空气的折射率空气的折射率为：=n211.50tgi =01.50.利用玻璃堆利用玻璃堆获得偏振光得偏振光线偏振光偏振光布儒斯特角布儒斯特角自然光自然光 入射入射例题例题1.假设从池中静水假设从池中静水(n=1.33)的外表反射出来的太阳的外表反射出来的太阳光是完全偏振的，那么，太阳的仰角大致是多少？在这光是完全偏振的，那么，太阳的仰角大致是多少？在这反射光中，电场强度的振动方向应垂直反射光中，电场强度的振动方向应垂直 入射面。入射面。例例题2. 试述关于光的偏振的布儒斯特定律述关于光的偏振的布儒斯特定律答案：当入射角等于某特定值答案：当入射角等于某特定值 时，时，反射光成为线偏振光，其光矢量的振动方向垂直入射反射光成为线偏振光，其光矢量的振动方向垂直入射面。面。例题例题3.假设一束光垂直入射在偏振片上，以入射线为轴转动假设一束光垂直入射在偏振片上，以入射线为轴转动，察看光强的变化过程。当入射光是自然光或圆偏振，察看光强的变化过程。当入射光是自然光或圆偏振光时，那么光强不变，当入射光光时，那么光强不变，当入射光 为线为线 偏振光时，那么偏振光时，那么察看到明暗交替变化，且有时出现全暗，假设入射光是察看到明暗交替变化，且有时出现全暗，假设入射光是部分偏振光或椭圆部分偏振光或椭圆 偏振光，那么光强度变化，但无消光偏振光，那么光强度变化，但无消光景象。景象。