大学物理20第二十讲光的偏振、布儒斯特定律(02).ppt

第十二章第十二章 光的偏振光的偏振◎◎偏振是横波所特有的性偏振是横波所特有的性质光（电磁波）的偏振磁波）的偏振正是光的横波性的表正是光的横波性的表现偏振偏振—波的振动方向对波传播方向的不对称性波的振动方向对波传播方向的不对称性.所有波所有波—干涉、衍射干涉、衍射横波横波—干涉、衍射、偏振干涉、衍射、偏振波动特性：波动特性：1线偏振光线偏振光( (平面偏振光平面偏振光) )——电矢量始终处于同一个平电矢量始终处于同一个平面面（（振动面振动面））内ZXYZXY表示：表示：或或表示：表示：平行于纸面振动平行于纸面振动垂直于纸面振动垂直于纸面振动§§12-1 12-1 自然光、偏振光自然光、偏振光振动面振动面—光振动方向与光传播方向构成的面光振动方向与光传播方向构成的面2◎◎普通光源所发的光是自然光普通光源所发的光是自然光★★同一原子先后发出的光以及同一瞬间不同原子同一原子先后发出的光以及同一瞬间不同原子所所发光的频率、振动方向、初相位等都是随机的，故发光的频率、振动方向、初相位等都是随机的，故: :★★一个原子在某时刻所发出的一个波列是偏振光；一个原子在某时刻所发出的一个波列是偏振光；自然光自然光— 相对于光的传播方向，光矢量是对称的，相对于光的传播方向，光矢量是对称的，其在各方向的时间平均值相等。

其在各方向的时间平均值相等◎◎大量原子所大量原子所发出的光的振出的光的振动面取向是随机的，沿面取向是随机的，沿各个方向的概率相同各个方向的概率相同任一时刻的光矢量任一时刻的光矢量光源光源3在垂直于光线的任一平面内的两正交方向上，光矢在垂直于光线的任一平面内的两正交方向上，光矢量的平均值相等量的平均值相等自然光的表示法自然光的表示法 部分偏振光部分偏振光—光矢量的平均值在与光线垂直的平面内光矢量的平均值在与光线垂直的平面内的两正交方向上的强度不相等的两正交方向上的强度不相等4部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法平行于纸面的光振动分量大于垂直于纸面的光振动平行于纸面的光振动分量大于垂直于纸面的光振动分量时：分量时：垂直于纸面的光振动分量大于平行于纸面的光振动垂直于纸面的光振动分量大于平行于纸面的光振动分量时：分量时：5椭圆偏振光椭圆偏振光—光矢量末光矢量末端端的运动轨迹是椭圆的运动轨迹是椭圆◎◎迎迎着着光光传传播播方方向向上上看看，，光光矢矢量量端端点点沿沿逆逆时时针针方方向向旋旋转转的的称称为为左左旋旋偏偏振振光光，，沿沿顺顺时时针针方方向向旋旋转转的的称称为为右旋偏振光。

右旋偏振光圆偏振光圆偏振光☆☆自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光加圆偏振光，都是部分偏振光加圆偏振光，都是部分偏振光线偏光线偏光椭圆偏振光椭圆偏振光6偏偏振振度度——若若偏偏振振光光在在某某方方向向的的光光强强平平均均值值为为Imax，，在与之垂直的方向其值为在与之垂直的方向其值为Imin，，则定义：则定义：偏振度偏振度完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光自然光自然光7一、起偏与检偏一、起偏与检偏§§12-2 12-2 偏振片、马吕斯定律偏振片、马吕斯定律起偏起偏——从自然光获得偏振光；从自然光获得偏振光；检偏检偏—检查某束光是否是偏振光；检查某束光是否是偏振光；起偏振器起偏振器——用于从自然光获得偏振光的装置；用于从自然光获得偏振光的装置；检偏振器检偏振器——检查某束光是否为偏振光的装置检查某束光是否为偏振光的装置二、偏振片及其起偏与检偏二、偏振片及其起偏与检偏偏振片偏振片—只能透过沿某个方向振动的光矢量，而不只能透过沿某个方向振动的光矢量，而不能透过与之垂直振动的光矢量的装置能透过与之垂直振动的光矢量的装置。

●●偏振片的透光方向称透光轴或透振方向偏振片的透光方向称透光轴或透振方向8偏振片偏振片透明玻璃片透明玻璃片涂涂有有金金鸡鸡纳纳霜霜或或碧碧硒硒( (电气石电气石) )等材料的簿膜等材料的簿膜自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有竖直偏振方向具有竖直偏振方向的偏振膜吸收了的偏振膜吸收了水平方向的光振动水平方向的光振动9偏振片用作起偏器偏振片用作起偏器I0I0/2用作检偏振器用作检偏振器偏振光偏振光变暗变暗自然光自然光光强不变光强不变I0I0/2I0/2I0自然光自然光I0/2I0/210马吕斯定律：马吕斯定律：强度为强度为I0的偏振光透过偏振片后，出射的偏振光透过偏振片后，出射偏振光的强度偏振光的强度I I 为为E E//I = I0cos2 I0证明：证明：被吸收被吸收  =0、、180 ，，I=I0  =90、、270 ，，I=0 ：入射光：入射光偏振方向与偏振片透光轴之偏振方向与偏振片透光轴之间的夹角间的夹角11司机可看到自己车灯发出的光，看不到迎面驶来汽车司机可看到自己车灯发出的光，看不到迎面驶来汽车大灯的光大灯的光图示图示偏振的应用举例偏振的应用举例★★夜行车，车大灯前加偏振片灯罩，司机台前玻璃也夜行车，车大灯前加偏振片灯罩，司机台前玻璃也由偏振片做成，规定它们的偏振化方向都是左下或右由偏振片做成，规定它们的偏振化方向都是左下或右上倾斜上倾斜4545度。

度防止对面来车的灯光耀眼防止对面来车的灯光耀眼◎◎若若入射光入射光为部分偏振光，当旋部分偏振光，当旋转检偏器偏器时，光，光强强会会在最在最强强与最弱之与最弱之间交替交替变化，但没有化，但没有 I=0 的情况★★看立体电影时戴偏振眼镜看立体电影时戴偏振眼镜12汽车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜汽车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜13P1P2例：例：一束自然光，光强度为一束自然光，光强度为I0，使其通过两透光方向，使其通过两透光方向之间的夹角为之间的夹角为450的偏振片，求从第二个偏振片出射的偏振片，求从第二个偏振片出射的偏振光强度的偏振光强度解：解：I0自然光自然光I0/214例：例：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，插之间，插入一以角速度入一以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P，入射自然光强，入射自然光强为为I0，，求由系统出射的光强求由系统出射的光强• • •15• • •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””的的变化16§§12-3 12-3 反射和折射时光的偏振、布儒斯特定律反射和折射时光的偏振、布儒斯特定律一、反射和折射时光的偏振一、反射和折射时光的偏振◎◎反射光中垂直振反射光中垂直振动强强于平行振于平行振动。

◎◎折射光中平行振折射光中平行振动强强于垂直振于垂直振动◎◎反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振化程度随入射角化程度随入射角i 的不的不同而不同同而不同n2n1★★自然光入射时，反射和折射光都是部分偏振光自然光入射时，反射和折射光都是部分偏振光17二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律当入射角当入射角 i 等于某特定角等于某特定角i0时，反射光只有垂直于入时，反射光只有垂直于入射面的振动而无平行于入射面的振动，且射面的振动而无平行于入射面的振动，且i0满足：满足：i0 称为布儒斯特角或起称为布儒斯特角或起偏振角此时折射光仍为部分偏此时折射光仍为部分偏振光当入射角为起偏振角时当入射角为起偏振角时, ,反射光与折射光互相垂直反射光与折射光互相垂直n2n118证明证明由折射定律：由折射定律：由上两式得由上两式得（证毕）（证毕）n2n1入射角为起偏振角时，入射角为起偏振角时，由布由布儒斯特定律：儒斯特定律：19解决办法：解决办法：多次反射和折射多次反射和折射玻璃堆玻璃堆问题：问题：1. . 经一次反射后光强一般较弱；经一次反射后光强一般较弱；2. . 折射光仍为部分偏振光折射光仍为部分偏振光。

利用反射和折射获得偏振光利用反射和折射获得偏振光20证：证：由布儒斯特定律得由布儒斯特定律得◆◆若光从介质若光从介质n1入射于介质入射于介质n2时，反射光为偏振光，时，反射光为偏振光， 则则当光从介质当光从介质n2 入射到入射到n1 时，反射光仍为偏振光时，反射光仍为偏振光. .n1n2n1n221例：例：已知某材料在空气中的布儒斯特角已知某材料在空气中的布儒斯特角ip= 58º，，求它求它的折射率；若将它放在水中的折射率；若将它放在水中（（水的折射率为水的折射率为1.33），），求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？解：解：设该材料折射率为设该材料折射率为n，空气折射率为，空气折射率为1放在水中，则对应有放在水中，则对应有22解：解：1.自然光通过一偏振片后成为强度减半的偏振光自然光通过一偏振片后成为强度减半的偏振光:例：例：两块偏振片叠在一起，以强度为两块偏振片叠在一起，以强度为I0的自然光垂直的自然光垂直入射1.若通过两偏振片后的光强为若通过两偏振片后的光强为I0 / 8，则此两偏，则此两偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？振片的偏振化方向间的夹角是多少？2. 若在两片之间若在两片之间再插入一偏振片，其偏振化方向与前、后两片的偏振再插入一偏振片，其偏振化方向与前、后两片的偏振化方向的夹角相等，求通过三块偏振片后的透射光强化方向的夹角相等，求通过三块偏振片后的透射光强.由马吕斯定律，通过第二块后的光强由马吕斯定律，通过第二块后的光强2.23。