大学物理第15章光的偏振

由反射获得偏振光 布儒斯特定律 由折射获得偏振光
大学物理第15章光的偏振
一. 由反射获得偏振光
i
•• ••
n1
n2
•
•
➢ 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： ➢ 在反射光中, 垂直振动多于平行振动; ➢ 在折射光中, 平行振动多于垂直振动。 ➢ 这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。
玻璃的折射率为 3 = 1.73 。
因 io+r =90o，所以折射角r =30o。
又 tg60 =
3
=
n2 n1
= n玻
(2) 某透明媒质对空气全反射的临界角为45o , 则
布线儒偏斯 振特 光角 。： 且当n1>且n仅2或当n1<tgni2o都=可nn以12 。时，反射光才是
全反射：入射角i i临都是
• •
全反射。由于
io
• •
n1
sin i临
=
n2 n1
1
r•
n2
•
故只有n1>n2才会发生全反射。
大学物理第15章角由空气射向一平板玻 璃， 发现反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角 为 30。o
解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强 为I2，则透射光强
1
1
Imax = 2 I1 I2 , Imin = 2 I1
Imax = 5 = 1 2I2 , I2 = 2
Imin
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
大学物理第15章光的偏振
§15.3 反射和折射时光的偏振
大学物理第15章光的偏振
一. 起偏和检偏
➢ 获得线偏振光的过程称为起偏，所使用的器件称为 起偏器。 ➢ 检验某光束是否为线偏振光的过程称为检偏，所使 用的器件称为检偏器。
大学物理第15章光的偏振
二.偏振片的起偏和检偏
偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列并蒸 镀在透明基片上，就制成偏振片。
偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让与此 方向垂直的光振动通过。
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭头“ ”
表示。
偏振片的 起偏：
偏振片
Io
• •• • 自然光
1 I = 2 Io
线偏振光
大学物理第15章光的偏振
偏振片的检偏： 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片，观察透过偏振 片的光, 光强无变化的是自然光; 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光; 光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。
大学物理第15章光的偏振
部分偏振光
部分偏振光定义：光振动在垂直于其传播方向的平 面内各方向都有，但它们的振幅不等。
部分偏振光的表示：用数目不等的圆点和短线表示。
••• •
•• •• •• ••
大学物理第15章光的偏振
线偏振光
线偏振光：光矢量在一个固定平面内只沿一个固定方 向振动，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光或 完全偏振光。 振动面：光矢量的振动方向和光的传播方向构成的平 面称为振动面。 线偏振光的表示：用短线或圆点表示。
•• •• • •
大学物理第15章光的偏振
三. 马吕斯定律
强度为Io的线偏振光，透过检偏片后的光强(不考虑 吸收)为
I=Iocos2
式中： 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏 振化方向之间的夹角。
证明： Io= Eo2
Eo Eocos
I=(Eocos)2 = Iocos2
大学物理第15章光的偏振
大学物理第15章光的偏振
自然光
由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发 出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内在各方向 上的分布是对称且均匀的，各方向光振动的振幅相等。 具有上述特性的光，称为自然光。
• •• ••
自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关系)、 相互垂直的等幅振动来表示。圆点表示垂直于纸面 的振动,短线表示平行于纸面的振动。
例题 自然光连续通过两个偏振片后，透射光强为入 射光强的四分之一，求两个偏振片偏振化方向之间的 夹角 。
解
Io
• •• • 自然光
1 2 Io
(
1 2
I
o
)
cos
2
由
I
=
1 2
Iocos2
=
1 4
Io
解得： =45°(or 135)。
大学物理第15章光的偏振
例题 强度为Io自然光连续通过三个偏振片A、B、C， AC，求最大透射光强。
••• •• ••
大学物理第15章光的偏振
椭圆偏振光和圆偏振光
➢ 如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这种光叫做 椭圆偏振光。
➢ 如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆偏
振光。
y
y
x 右旋
x 左旋
j2-j1=p/2
j2-j1= -p/2
大学物理第15章光的偏振
§15.2 偏振片 马吕斯定律
起偏和检偏 偏振片 马吕斯定律
大学物理第15章光的偏振
io + r = 90
sinio = n2 sinr n1
sin io sin r
=
sin io sin( 90 - io
)
=
sin io cos io
= tgio =
n2 n1
•
•
io
• •
n1
r•
n2
•
所以：
tgio
=
n2 n1
布儒斯特定律
大学物理第15章光的偏振
布儒斯特角与全反射临界角的区别
第15章 光的偏振
大学物理第15章光的偏振
§15.1 光的偏振态
➢ 光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动方 向与光的传播方向垂直。
E 光的传播方向
H ➢ 光的偏振态—光矢量在垂直于传播方向的平面内 的振动状态。 ➢ 最常见的偏振光有五种:自然光、部分偏振光、线 偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。
解 设A、B偏振化方向间的夹角为, 有
Io
A
1 2 Io
B
(
1 2
I
o
)cos2
C
• •• •
自然光
••••
(1 2
Io
)cos2cos2 (90
-
)
透射光强:
I
=
(
1 2
Io
)cos2s in2
=
1 8
Io
sin2
2
可见最大透射光强为 Imax
大学物理第15章光的偏振
1 = 8 Io
例题 一束光是自然光和线偏振光的混合。通过一偏 振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5倍， 求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。
大学物理第15章光的偏振
布儒斯特定律
➢ 1812年，布儒斯特由实验 证明：当入射角是某一个特 定角io时, 反射光成为只有垂 直振动的线偏振光。
➢ 角io称为布儒斯特角(或起 偏角)。
•
•
io
• •
n1
r•
n2
•
➢ 实验证明, 此时入射角io和折射角r之和恰90(反射 光线折射光线)，即
io+r=90