大学物理第17章6

/2，， 3 /2
x
x
和 2
反之，线偏振光则可以看成是两
束频率相同、相位相同、振幅相同、 传播方向亦相同的左、右旋圆偏振光
·
的合成。
二. 自然光
非相干
没有优势方向 自然光的分解
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 等幅的、不相干的线偏振光。
Ex Ey IIxIy2Ix
自然光的表示法： · · ·
1928年,一位19岁的美国大学生 （E. H. Land）发明 了一种由自然光获得线偏振光的平面片状器件，称为偏 振片，通常用 P 表示。
它是利用晶体的二向色性起偏。
起偏原理类似于金属（导线）线栅起偏器：
y x
入射 电磁波
z z
线栅起偏器
只有振动方向与导线垂直的电磁波能通过。
反射起偏
当入射角为一定值时,反射光
光栅的分辨本领：
R kN
光谱角色散：
Dd k d dcosk
例4：一光栅每厘米刻痕500条,钠光的两条谱线(1=589.0
nm、 2=589.6nm)，求正入射时第3级中两线分开的角距
离?若透镜焦距f =2m，其线距离多大?
解: 光栅方程
( a b ) sK i n k
对光栅方程式取微分得: ( a b ) cK o d K s kd
光在介质界面反射
为完全偏振,此时入射角为iB,
称为布儒斯特角。
时有偏振现象,入射
布
角任意时,如下图
S
R
tgiBn n1 2 或tgiBn21
线偏振光
儒 斯 特 定
M
ii
n 1 M'
I
n2
S
R律
M
iB iB
I
n1 n2
M'
R'
非完全偏振光
R'
由折射定律和布儒斯特定律有
n1siin 0n2sirn0
起偏振角
It In I p
Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度
It —部分偏振光的总强度
In —部分偏振光中包含的自然光的强度 完全偏振光 （线、圆、椭圆） P = 1
自然光 （ 非偏振光）
P=0
部分偏振光
0<P<1
17-6-2 反射起偏和折射起偏
由自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的光学器 件叫“起偏器”。
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
特点：光矢量的端点绕光波的传播方向作螺旋形旋转
y
传播方向 y
E0
x
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
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两
个线偏振光的合成。 x，y 振幅相同， y
y
相位差不等于 0，
相位差 /2或3 /2
互余
折射起偏 —玻璃片堆
玻璃片堆可做起偏器
S
iB
(反射光是完全线偏振 光强度几乎50%)
(透射光接近完全线偏振 光强度几乎50%)
块光栅分别将这两条谱线分开多大的角度？能否分辨这两
条解谱：线光？栅公式 dsink
Dd k d dcosk
注意：可k=2,ΔLeabharlann Baidu0.01nm,可得：
对光栅A 2A3o0 ,2A2.3''8 k
对光栅B 2B1.5 4 o,2A1.0''6
dcosk
要分辨这两个波长的光，需要分辨本领大于
dk
k (ab)c
osk
d
3
k (ab)c
os3
1.93103rad
屏幕上的线距离 x3=f 3=3.86mm
例5：有两光栅，光栅A的光栅常量dA=2μm，光栅宽度 WA＝4cm；另一光栅B的光栅常量dB=4μm,光栅宽度 WB＝10cm，现有波长为500nm和500.01nm的平面光 波垂直照射这两块光栅，选定在第二级工作，试问：这两
三. 部分偏振光
自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分偏振光。
最常讨论的部分偏振光可看成是自然光和线偏振
光的混合，天空的散射光和水面的反射光就是这种部
分偏振光。
它可以分解如下：
非相干
分解
表示法：
··
平行板面的
光振动较强
·· ····
垂直板面的
光振动较强
四. 偏振度
偏振度： P I p I p
17-6-1 自然光 偏振光
一. 完全偏振光
1.线偏振光
x
y
·
z 面对光的传播方向看
光矢量只沿垂直于波线方向的一个固定方向作振动 的光波，称为线偏振光。光矢量与波线组成的平面称 为振动面，由于偏振面只有一个，且保持不变，也称 为面偏振光。
表示法：····· 光振动垂直板面 光振动平行板面
2. 圆偏振光和椭圆偏振光
什么是偏振性？
按照波的振动方向与波传播的方向的关系，可以 将波分为横波和纵波。
对横波而言，当狭缝与振动方向垂直时，波不能 通过狭缝，当狭缝与振动方向平行时，波能完全通 过狭缝，这个特性称为偏振性。
对于纵波而言，波总是可以完全通过狭缝。 光的干涉和衍射现象都证明了光是一种电磁波。
光是横波还是纵波？ 利用偏振性就可以检验光是横波还是纵波了。 实验发现：光通过某些狭缝后光强有明显的衰减。
n·1···i0
线偏振光
i0····
tg0 i n n1 2n1siin0n2coi0sn2
r0 ·
n2sir0nn2coi0s i0+r0 = 90O
例：若 n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)
空气 → 玻璃 玻璃 → 空气
i0
tan1
1.50 1.00
56 °18’
i0 tan1
1.00 33°42’ 1.50
张福俊
2015-2016 第一学期
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I
I0
sin2 2
sin2 N sin2
dsink可能是主极大
dsin(2k1) 暗纹
2
在两个主极大之间共有_______条暗纹。
(k k') k'1.2,3..N. .1.
N
在两个主极大之间共有_______条次极大。
主极大到相邻的极小之间的角宽度
主极大的角宽度 sin 2
dN
sin
dN
缺级出现位置： dsink
asin =±k'λ
kaabkdak k1, 2
单缝中央明纹内多光束干涉主极大的条数?
2ab 1 a
可观察到主极大的最高级次? kmax(ab)sin90
对于光栅A和B
R 50000
R kN
NW/d
N1 4cm/2um20000
N2 10cm/4um25000
RA＝40000， RB＝50000 光栅B恰好能分辨这两条谱线，而A光栅不能分辨。
§17-6 偏振光的产生和检验
本节内容：
17-6-1 自然光 偏振光 17-6-2 反射起偏和折射起偏 17-6-3 起偏和检偏 17-6-4 双折射现象