大学物理08.doc

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1、第二十章光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，但还不能由此确定光波是横波还是纵波，而对光的偏振现象的研究则进一步证实了光是横波。横波对传播方向的轴来说不具备对称性，这种不对称性称为偏振。普通光源任一分子或原子单次发光的波列，其光矢量E的振动方向垂直于光的传播方向r，并在由E和r所决定的平面内（称为振动面）。因此，就单个波列而言，光是偏振的。但由于大量分子或原子发光的偶然性和随机性，所有分子发出的光波列的振动面在垂直于r的平面内随机、均匀分布，对光传播方向的轴来说，是轴对称分布的。这正是早期人们认为光是纵波的原因。因此，为研究光的

2、横波性，需把不同振动面的光分出来（见20-2节）。光按其偏振性，可分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光等。 1、自然光：普通光源每一分子（原子）发光是随机的、无规律的。它们有如下的特点：①振动面取各方向的几率相等，②各波列间无相位关系。这样的光称为自然光。自然光可等效看作两个相互垂直的独立光振动分量，并且①①    两个光振动具有相等的振幅（强度）；②两个光振动间无固定相位关系。（见下图）为简单起见，自然光可用下面的两种图形来表示：  图中：“∣”表示平行于作图面的振动分量，称为p分量；“•”表示垂直于作图面

3、的振动分量，称为s分量。 2、部分偏振光：如果在光学实验中，采用某种方法，把自然光的两个独立光振动分量中的一个振动分量部分地移走，使光矢量在某一方向的振动强于垂直于该方向的振动，这样的光称为部分偏振光。部分偏振光可用下图表示。35 3、线偏振光（平面偏振光、完全偏振光）：如果把自然光的两个独立光振动分量中的一个振动分量完全地移走，使光矢量的振动方向始终在一个平面内，则称为完全偏振光或线偏振光。由于线偏振光的光矢量保持在固定的振动面内，所以又称为平面偏振光。 4、圆偏振光和椭圆偏振光：若在实验室中采用某种方法，使线偏振光的光矢量

4、E随时间匀速旋转，其端点在垂直于传播方向的平面上的轨迹为圆，则称为圆偏振光；如果轨迹为椭圆，则称为椭圆偏振光。圆偏振光和椭圆偏振光可看成两个频率相同、振动方向相互垂直、有固定相位差的线偏振光的合成。见下图：椭圆偏振光沿长轴和短轴分解时，两分振动相位差为±π235；而圆偏振光沿任意相互垂直方向分解时，两振动相位差都是±π2。 用一个偏振片（见20-2节）观察圆偏振光和自然光、椭圆偏振光和部分偏振光时，观察到的结果是相同的，但它们实际存在如下的区别：圆偏振光和椭圆偏振光相互垂直的两垂直分振动是相位相关的，而自然光和部分偏振光相互垂

5、直的两垂直分振动是相位无关的。（见20-5节）1、起偏与检偏：要将自然光的两个独立的垂直振动分量中的一个完全移走，得到线偏振光，可使用称为偏振片的光学元件来实现。先看一个机械绳波的例子：让绳波通过一个无摩擦的窄缝时，若绳波的振动方向与窄缝的方向平行，则绳波可顺利通过；若绳波的振动方向与窄缝的方向垂直，则绳波不能通过。（见下图）从自然光获得偏振光的过程称为起偏，可产生起偏作用的光学元件称为偏振片或起偏器。某些物质对不同方向的光振动有不同的吸收率（称为二向色性），可用来制成偏振片把自然光变为线偏振光。偏振片只能透过沿某个方向的光矢

6、量或光矢量振动沿该方向的分量。把这个透光的方向称为偏振片的偏振化方向或透振方向，也称为透光轴。35若忽略偏振片对光的吸收，则自然光通过起偏器后，透射的线偏振光光强为入射光强的一半。用偏振片来检验来光的偏振性，称为检偏，该偏振片称为检偏器。当入射线偏振光的振动方向与检偏器的透振方向相同时，可以通过。当入射线偏振光的振动方向与检偏器的透振方向垂直时，则不可以通过。（见下图）线偏振光通过检偏器后，透射的线偏振光光强由马吕斯定律计算。 视频：起偏与检偏（两块偏振片）视频：起偏与检偏（三块偏振片） 2、马吕斯定律：设入射线偏振光的振幅为

7、A0，检偏器的透振方向用P表示，A0与P的夹角为α。将A0沿P方向和垂直于P的方向分解为A0cosα和A0sinα两个分量。因为只有平行于透光轴方向的分量可以通过检偏器，所以透射线偏振光光强I和入射线偏振光光强I0之比为：即：上式称为马吕斯定律。当时，当时，35注：马吕斯定律只能应用于入射光为线偏振光的情况。 例题20-2-1例题20-2-21、反射光与折射光的偏振：当自然光在两种介质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。实验表明：35⑴一般情况下，反射光、折射光均为部分偏振光；⑵反射光中垂直振动多于平行振

8、动，而折射光中平行振动多于垂直振动；⑶入射角i变化时，反射光、折射光的偏振化程度也随之变化。 2、布儒斯特定律：实验指出，当入射角i等于某一定值i0时，反射光为只有s分量（垂直分量）的完全偏振光，而折射光仍为部分偏振光。此时，反射光线和折射光线相互垂直。即i0称为起偏振角或布