大学物理6光的偏振课件

圆偏 振光
椭圆 偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z /2
某时刻圆偏振光 E随 z 的变化
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3
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差
为某个确定值的线偏振光的合成。
y
x，y 振幅相同， y
相位差不等于 0，
相位差 /2或3 /2
x /2，，3 /2
x
和 2
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4. 主平面（principal plane）
晶体中光的传播方向与晶体光轴构成
的平面叫该束光的主平面。
晶体解理面的法线与晶体光轴构成的
平面称为晶体的主截面。
o光的
主平面
·
·
·
·
e光的
主平面
光轴 o光 光轴
e光
10 o光振动垂直主平面，e光振动在主平面
内。
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2o 通常o、e光主平面不重合，两者振动方
sini
e光 ：一般不遵从折射定律 const.
sinre
e光折射线也不一定在入射面内。
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演示
···
e o
···
方解石
e• 以入射方向为 •o 轴旋转方解石
方解石
偏
振 片
双折射的两
束光振动方
向相互垂直
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3. 晶体的光轴(optical axis of crystal)
光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发
生双折射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方解石晶体（冰洲石） 102°A 由钝隅引出的与三个棱边
78 °
成等角的方向就是光轴。
光轴是一个特殊的方向，凡平行 B
于此方向的直线均为光轴。
光轴
单轴晶体： 一个光轴的晶体，如方解石。
双轴晶体： 两个光轴的晶体，如云毋。
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其振动面能发生旋转，这称为旋光现象。
除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖 的水溶液等也都具有旋光性。
光轴
旋光物质
d
旋转的角度： ad a — 旋光率
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旋光率 a 与旋光物质和入射波长有关，
对于溶液，与浓度有关：
cd
物质旋光性和物质原子排列结构有关的，
可以有左旋体和右旋体.
2. 磁致旋光（magnetic opticity）
I1 I2 ，则 I1 cos2 α2 1
I2 cos2 α1 3
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例2. 使自然光通过两个偏振化方向成 60 0角
偏振片，透射光强为
I
，若这两个偏振片之
1
间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前
两个偏振片均成 30 0角。求：透射光强
解：
I0 2
I0 2
cos2 600
I1
I0 2
l
P2 d
应用：可作为光开关（响应时间10-9s），
用于高速摄影、 激光通讯、光速测距等
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二、旋光现象（roto-optical p1.h物en质om的e旋n光a)性（optical activity）
1811年，法国物理学家阿喇果（Arago） 发现，线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时
I自 2
0
I自 I偏
I偏I1I2 I自 2I2
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例4 水的折射率为1.33,玻璃的折射率为1.50
[1]光由水中射向玻璃反射时,布儒斯特角为多少? [2]光由玻璃射向水中反射时,布儒斯特角为多少?
解: tgi n 2 n1
i arctg n2 n1
i
n水 1.33 r
r n玻璃1.50 i
sinic
i arctg 2 2
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36
1
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37
1
P1
P2
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38
此时有：i0+r = 90o
n1
i0
n2
r
二、折射起偏 玻璃片堆
利用玻璃片堆使折射光趋近与P偏振光
用玻璃片 堆能增强
· ·· · · · i0
线偏振光
· ···· ·· · · ·· ·· ·· · · ···· ·· ·
反射偏振
玻璃
光的强度
片堆
接近线偏振光
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思考 在拍摄玻璃窗内的物体时，如何去掉反 射光的干扰？
光矢量只沿一个固定方向振动，这种光
称为线偏振光，也称为平面偏振光。
x
E
y
·
z
面对光的传播方向看
y
Ey
E
Ex
x
线偏振光可沿两个相 ExEcos
互垂直的方向分解
Ey Esin
表示法：
·····
光振动垂直板面
光振动平行板面
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2
2. 圆偏振光（circularly polarized light） 椭圆偏振光（ellipticly polarized light）
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二、马吕斯定律（Malus law）
M:起偏器 I 0 自然光 N:检偏器 I
偏振光Io
偏振光I
Io 与 I 关系：
AA0cos
P(M)
I A2 I0 A02
P(N)
M
A
N
0
I I0co2s ——马吕斯定律 A0 cos
0, II0 透射光最大 A0 sin o
2,
I 0
透射光为零
16.1 自然光和偏振光
在垂直于传播方向平面内，光矢量的
振动状态（端点轨迹），称为光的偏振态;
振动方向与传播方向构成平面，称为振动
面。
E
传播方向
振动面
x
E
z
y
一、偏振光（polarized light)
光矢量端点轨迹随时间变化轨迹是确定
的，称为偏振光。
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1
1. 线偏振光（linearly polarized light）
硫酸钠晶片的色偏振图片
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16.6 偏振现象应用
一、人工双折射
人为使各向同性介质转化造成各向异 性介质，而产生双折射效应，称为人工双 折射。
1. 光弹效应（photoelastic effect）
由于受力作用，使各向同性介质转化 造成各向异性介质，称为光弹效应。
在一定应力范围内：
F n n k e o
i水~玻璃arct11g..5303 i玻璃 ~水arct11g..5303
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例5.光在某两种媒质界面上全反射临界角是 45 0
它在界面同一侧的布儒斯特角时多少?
解: 根据全反射特性有:
n1siicn n2si9n 00 n2
sin
ic
n2 n1
由布儒斯特定律有:
tgio
n2 n1
向不垂直。当入射面与主截面重合时，两 者主平面与主截面重合，振动方向垂直。
5. 折射率(refractive index)
光矢量垂直与光轴振动的光波折射率no、 平行与光轴振动的光波折射率ne称为晶体
的主折射率。
单轴晶体中，o光折射率始终是no；e
光的折射率介于no ～ne之间，当传播方向
垂直于光轴方向时，折射率是ne。
I0 cos2 300 2
I0 co2s300co2s300 2
透射光强为：
I'
9 4
I1
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例3. 一束混合光包含线偏振光和自然光，
令其通过旋转着的偏振片，若测得出射光的
最大光强为 ，I 1 最小光强为 ，I 2则混合光中 偏振光和自然光的强度各为多少？
解： I1
I自 2
I偏
I2
一些物质在磁场作用下，也会产生旋 光 现水象、，二称硫为化磁碳光、效食应盐。等是磁致旋光物质。
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29
磁致旋光物质
B
d
旋转的角度 : VdB
V — 费德尔常量，V ~14 0150 m 1 T 1
磁致旋光效应的应用：▲ 研究物质结构
▲ 测电流和磁场 ▲ 磁光调制
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30
Ae
Ao A2o
A2eN
在P2 后：A 2oA oc os A sin c os
A 2eA es学习交i流PPn T A sin cos
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通再过通晶 过 体P 2 C后后 c：的c2相 d位 n差e2 是d none AAn o2Ao o1 MAA2CeeN
2k d2k1,(k1,2, )（明）
▲ 制成偏光眼镜，可观看立体电影。
▲ 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装 上偏振片，可以避免汽车会车时灯光 的晃眼。
怎样装? 与地面成45角、且向同一方向倾斜
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10
立体电影
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16.3 反射、折射偏振 布儒斯特定律
一、反射起偏 布儒斯特定律
[1]自然光反射和折射后 成为部分偏振光, 偏振化 程度与入射角有关。
·
n1
· · ·i
i ·· ··
P 分量 S 分量
n2 r ·
反射光垂直入射面分量(S)比例大
折射光平行入射面分量(P)比例大
[2]当取某一入射角 i0 时，反射光是光振动
垂直于入射面的线偏振光，折射光为部分
偏振光。 i0 称为布儒斯特角（起偏角）。