第24章：光的偏振

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1、第24章：光的偏振主要内容光的偏振状态线偏振光的获得与检验反射和折射时光的偏振由散射引起的光的偏振双折射现象*椭圆偏振光和圆偏振光*偏振光的干涉*人工双折射*旋光现象24.1光的偏振状态机械横波与纵波的区别机械波穿过狭缝⒈非偏振光(自然光)v特点:在垂直于其传播方向的E平面内光矢量各向均匀,无占优方向符号表示表示法:可用两个相互独立而且垂直的振幅相等的光振动表示2.完全偏振光(1)线偏振光:特点:在垂直于其传播方向的平面内,光矢量只沿一个固定方向振动振动面:光矢量和光的传播方向构成的平面表示法:

2、(2)椭圆(圆)偏振光:椭圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为椭圆圆偏振光:光矢量绕着传播方向均匀转动，端点轨迹为圆椭圆或圆偏振光可以看成是两个相互垂直而有一定相差的线偏振光的合成3.部分偏振光特点:介于完全偏振光与自然光之间，有占优方向。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。表示法:§24.2线偏振光的获得与检验⒈偏振片只让光矢量沿某一特定方向(偏振片的通光方向或偏振化方向)的分量透过起偏器：产生线偏振光检偏器：检验线偏振光PP12.自然光线偏振光●.●..●.●●起偏器

3、检偏器2.马吕斯定律光振动方向OMM检偏器偏振化方向ONN2IEE0EEcos02I0E0O马吕斯定律:一束光强为I0的线偏光，透过检偏器以后，透射光强为：2IIcos0为线偏光的光振动方向OM与检偏器偏振化方向ON间的夹角。例：有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器.1)当它们偏振化方向间的夹角为30o时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为I1;2)当它们偏振化方向间的夹角为60o时,另一束单色自然光穿过它们,出射光强为I2,且I1=I2。求两束单色自然光的强度之比。解：设两束单色自然光的强度分别为I1

4、0和I20。II1020经过起偏器后光强分别为和。22I102I202经过检偏器后Icos30Icos6012222I10cos301I1I22I20cos6033.偏振片的应用例如:(1)制成偏光眼镜，可观看立体电影(2)在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上特定的偏振片,可以避免汽车会车时灯光的晃眼§24.3反射和折射时光的偏振⒈反射和折射产生的偏振现象一般情况下，自然光反射和折射后成为部分偏振光自然光部分偏振光,i垂直振动占优入射面：入射光线n1和法线所成的平面。n2反射光：部分偏振光

5、，垂直部分偏振光,于入射面的振动大于平行于平行振动占优入射面的振动。折射光：部分偏振光，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关。布儒斯特定律(1812年)ii00nn当tani2时，空气10n1n2反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折射玻璃光为部分偏振光。i0—布儒斯特角或起偏角讨论1)反射光和折射光互相垂直。sini0n2n2sini0sinn1tani0ncosi10πicosisincos()02022）根据光的可逆性，当入射光以

6、角从n2介质入射于界面时，此角即为布儒斯特角。i0i0i0nn11n2玻璃n2玻璃ncosi10tancoti0nsini20注意对于一般的光学玻璃,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。利用玻璃片堆产生线偏振光i0ii0i00iii讨论讨论上面光线的反射和折射(起偏角i)。0例一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角i，问在界面2的反射光是什么光？0空气注意：一次起偏垂i0i0直入射面的振动仅n11很小部分被反射(约15%)所以反射偏n2振光很弱。一般应玻璃用玻璃片堆产生偏

7、2振光。§24.4由散射引起的光的偏振⒈瑞利散射——微粒或分子中的电子在入射光的作用下振动并向各个方向发射同频率的电磁波,但各方向上光强不同散射光强与光的频率的4白杠的长短代表振幅次方成正比大小线2.太阳光的散射偏振沿电子振动的光方向，散射光自然光自然光e为线偏振光线散射光强与光的频率部偏分的4次方成正比偏振振光思考:光1)天空为什么呈现蓝色呢？2)为什么正午的太阳基本上呈白色，而旭日和夕阳却呈红色？1)天空为什么呈现蓝色呢？天空的蓝色是大气分子、冰晶、水滴等和阳光共同创作的图景。当太阳光进入

8、大气后，空气分子和微粒(尘埃、水滴、冰晶等)会将太阳光向四周散射。其中红光波长最长，紫光波长最短。波长比较长(频率小)的红光透射性最大，大部分能够直接透过大气中的微粒射向地面；而波长较短的蓝、靛、紫等色光，很容易被大气中的微粒散射。当光穿过大气层时，被空气微粒散射的蓝光约比红光多5.5倍。