第十九章光的偏振.ppt

第第十九十九章章￿￿￿￿￿￿￿￿光的偏振光的偏振￿ ￿(Polarization of light)偏偏振振现现象象：：若若在在一一个个垂垂直直于于光光传传播播方方向向的的平平面面内内考考察察，，在在各各个个方方向向上上光光振振动动的的强强弱弱可可能能不不同同，，这这称为光的偏振现象称为光的偏振现象§19-1 自然光和偏振光自然光和偏振光一一. 线偏振光线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面线偏振光线偏振光又称为面偏振光、完全偏振光又称为面偏振光、完全偏振光线偏振光的表示法：线偏振光的表示法：· · · ··光矢量垂直纸面光矢量垂直纸面光矢量平行纸面光矢量平行纸面 ·面对光的传播方向看面对光的传播方向看每一个光波列都是线偏振光每一个光波列都是线偏振光二二. 自然光自然光没有优势方向没有优势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沿沿任任意意给给定定的的方方向向分分解解为为两两束束振振动方向相互垂直的、动方向相互垂直的、等幅等幅的、不相干的线偏振光的、不相干的线偏振光自然光的表示法：自然光的表示法：···自然光为非偏振光自然光为非偏振光三三. 部分偏振光部分偏振光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为两两束束振振动动方方向向相相互互垂垂直直的的、、不等幅不等幅的、不相干的线偏振光。

的、不相干的线偏振光部分偏振光的表示法：部分偏振光的表示法：· ·· ·· ·平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强··右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光 y yx z传播方向传播方向   /2x某时刻左旋圆偏振光某时刻左旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 0四四. 圆偏振光圆偏振光, 椭圆偏振光椭圆偏振光§19-2 起偏和检偏起偏和检偏￿￿￿￿￿￿偏振片偏振片一一. 偏振片的偏振片的起偏起偏和检偏和检偏•￿ ￿起偏的原理起偏的原理：利用利用某些晶体具有光的各向异性某些晶体具有光的各向异性•￿ ￿偏振片：偏振片：将具有各向异性的晶体物质制成的涂将具有各向异性的晶体物质制成的涂料涂于透明材料上制成偏振片料涂于透明材料上制成偏振片•￿ ￿起偏：起偏：从自然光获得偏振光从自然光获得偏振光自然光自然光I0线偏振光线偏振光 IP偏振化方向偏振化方向 •￿ ￿偏振片偏振片作为作为起偏起偏器器· ··光完全通过光完全通过光完全不能通过光完全不能通过（消光现象）（消光现象）若若B绕轴旋转，绕轴旋转， 强弱交替变化强弱交替变化说明了光波是横波。

说明了光波是横波• •• •• •起偏器起偏器检偏器检偏器•￿ ￿偏振片偏振片作为检偏器作为检偏器二二. 马吕斯定律马吕斯定律 I0IP马吕斯定律马吕斯定律（（1809））——消光消光P E0 E——透射光最强透射光最强线偏振光线偏振光透射光的振动方向与透射光的振动方向与检偏器的偏振化方向相同检偏器的偏振化方向相同检偏器检偏器例例: 如图所示，在偏振化方向相互垂直的两偏振片之间插入另如图所示，在偏振化方向相互垂直的两偏振片之间插入另一个偏振片．问新插入的偏振片的偏振化方向与原偏振化方一个偏振片．问新插入的偏振片的偏振化方向与原偏振化方向夹角为多大时，自然光入射时透过的光强最大．向夹角为多大时，自然光入射时透过的光强最大．解：解：设入射自然光的光强为设入射自然光的光强为I0，当它透过第一个偏振片后，当它透过第一个偏振片后光强为一半，设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方光强为一半，设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向夹角为向夹角为α，则由马吕斯定律，透过第二个偏振片后光强，则由马吕斯定律，透过第二个偏振片后光强为：为：透过第三个偏振片后光强为：透过第三个偏振片后光强为：所以，当所以，当α为４５为４５°时透过第三个偏振片后光强为最大．时透过第三个偏振片后光强为最大．I0§19-3 反射和折射反射和折射时时光的偏振光的偏振一一. 反射和折射时光的偏振反射和折射时光的偏振 当当i = i0 时，反射光时，反射光为振动方向垂直于入射面为振动方向垂直于入射面的完全偏振光。

的完全偏振光i0 +r0 = 90 ·······n1n2i ir·自然光反射和折射自然光反射和折射后产生后产生部分偏振光部分偏振光·i0 称为起偏振角称为起偏振角·····n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光····此时，反射光与折射光垂直此时，反射光与折射光垂直部分偏振光部分偏振光由由折射定律：折射定律：￿有有：：—布儒斯特定律布儒斯特定律￿ ￿(1812年年)i0又称为又称为布儒斯布儒斯特角特角因为对于多数透明介质，折射光的强度要比反射光强很多因为对于多数透明介质，折射光的强度要比反射光强很多 如：自然光由空气射向玻璃时，当以如：自然光由空气射向玻璃时，当以布儒斯布儒斯特角入射时，特角入射时，折射光与反射光的强度之比为折射光与反射光的强度之比为85:15.入射光中平行于入射面入射光中平行于入射面的光振动全部被折射，垂直于入射面的光振动也有的光振动全部被折射，垂直于入射面的光振动也有85%被折被折射，因此只有射，因此只有15%垂直于入射面的光振动被反射垂直于入射面的光振动被反射为什么当反射光为完全偏振光时，折射光仍然为部分偏振光为什么当反射光为完全偏振光时，折射光仍然为部分偏振光?·····n1n2i0i0r0线偏振光线偏振光····部分偏振光部分偏振光二二. 玻璃片堆起偏玻璃片堆起偏············i0(接近线偏振光接近线偏振光)····· ·············玻璃片堆玻璃片堆用玻璃片堆起偏的理由：用玻璃片堆起偏的理由：￿￿￿￿￿￿￿￿一次反射得到的偏振光强度很小，且折射一次反射得到的偏振光强度很小，且折射光的偏振化程度也不高光的偏振化程度也不高.。

当大部分垂直于入射面的光被反射，折射光就会接近于线偏振当大部分垂直于入射面的光被反射，折射光就会接近于线偏振i0´......i0应用应用——偏光镜偏光镜应用应用——3D电影电影 3D立体电影的制作有多种形式，其中较为广泛采用的是立体电影的制作有多种形式，其中较为广泛采用的是偏光眼镜法它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置偏光眼镜法它以人眼观察景物的方法，利用两台并列安置的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略的电影摄影机，分别代表人的左、右眼，同步拍摄出两条略带水平视差的电影画面放映时，将两条电影影片分别装入带水平视差的电影画面放映时，将两条电影影片分别装入左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互左、右电影放映机，并在放映镜头前分别装置两个偏振轴互成成90度的偏振镜两台放映机需同步运转，同时将画面投放度的偏振镜两台放映机需同步运转，同时将画面投放在金属银幕上，形成左像右像双影当观众戴上特制的偏光在金属银幕上，形成左像右像双影当观众戴上特制的偏光眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放眼镜时，由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直，并与放映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、映镜头前的偏振轴相一致；致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视右眼只能看到右像，通过双眼汇聚功能将左、右像叠和在视网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果。

展现出一幅网膜上，由大脑神经产生三维立体的视觉效果展现出一幅幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕幅连贯的立体画面，使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处，能产生强烈的深凹处，能产生强烈的“身临其境身临其境”感 例题例题(作业题作业题19.8)：以下五种情况下，以自然光或线偏振光从：以下五种情况下，以自然光或线偏振光从空气中入射到两种介质的表面上时，问反射光和折射光各属空气中入射到两种介质的表面上时，问反射光和折射光各属于什么性质的光？图中于什么性质的光？图中i0为布儒斯特角，为布儒斯特角， i ≠i0 i ....i0....i0 i i0............§19-4 光的光的双折射双折射一一. 双折射双折射现象现象1. 双折射双折射n1n2i(各向异各向异性媒质性媒质)自然光自然光o光光e光光rero2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光寻常光，也称寻常光，也称o光光￿ ￿：：遵从折射定律遵从折射定律，折射线在入，折射线在入射面内非非寻寻常常光光，，也也称称e光光￿ ￿: 一一般般不不遵遵从从折折射射定定律律，，e光折射线也不一定在入射面内光折射线也不一定在入射面内。

3. 晶体的光轴晶体的光轴￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双折射，双折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴例如，方解石晶体例如，方解石晶体(冰洲石冰洲石)AB光轴光轴102°°•￿ ￿光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行行于此方向的直线均为光轴于此方向的直线均为光轴单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体4. 主平面主平面主平面：主平面：晶体中光的传播方向晶体中光的传播方向￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿￿与晶体光轴构成的平面与晶体光轴构成的平面e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o光的光的主平面主平面····二二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体晶体的主折射率，正晶体、负晶体￿ ￿￿ ￿￿ ￿￿ ￿由由于于晶晶体体的的各各向向异异性性，，光光沿沿各各个个方方向向传传播播的的速度也不同速度也不同实验表明：实验表明：o光光和和e光都是线偏振光光都是线偏振光························vo t光轴光轴光轴光轴ve to光主折射率光主折射率:e光主折射率光主折射率:￿ ￿正晶体正晶体￿ ￿: ne> no负晶体负晶体￿ ￿: ne< no子波源子波源vo tve t光轴光轴vo tve t光轴光轴 正晶体正晶体 (vo > ve) 负晶体负晶体 (vo < ve )  子波源子波源( e<  o)( e> o)o光光子波子波e光光子波子波沿光轴方向沿光轴方向o,e光速率相同光速率相同相切相切小结小结。