最新大学物理 光的偏振

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➢ 如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式
中的α角就是两偏振片的偏振化方向之间的夹角。
自然光
偏振器
I1
检偏器
I2
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例14－1 一束自然光入射到由四个偏振片组成的偏振片组上，
四个偏振片的放置为：每个偏振片偏振化方向相对于前面一片
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§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光变成偏振光。
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动
光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。 自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而
另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。
自然光
偏振器
偏振光
透光轴
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2、偏振片的偏振化方向
• 偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。 也叫透光轴。
• 自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方 向与偏振片的偏振化方向相同。此时的偏振片称为起偏器。
大学物理 光的偏振
§14-1 自然光和偏振光
• 光的干涉和衍射现象不能分辨光波是横波还是纵波，因 为这两种波都能产生干涉现象。
• 光的偏振现象则清楚地显示了光的横波性。 • 光的偏振也是肯定光是电磁波的根据之一。 • 由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。
一、横波的偏振性
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对 称性，即 纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。
顺时针转过30°角，设入射光强为I0，则通过第二片后光强变 为-------，通过第四片后光强变为--------。
I 0
I1
I2
I3
I4
1
I I
2 1
0
I 2
I co2s 1
I 3
I co2s 2
2
1 2
I 0
3 2
2
3 8
I
0
3 2
3I 80
9I 32 0
I I co2s
4
3
2
9 32
I
0
3 2
1
I 0
I 20
• 若入射自然光的光强为I0，其通过偏振片后，光强降为I0/2。
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3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验
① 自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到
不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎
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样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。
② 如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
xE y
cz
S
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光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布 的均匀性，又有空间分布的均匀性，具有这种特性的光就叫自 然光 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动，且又无固定的位 相关系的光)。
结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。
自然光
强度不变
振片，可使室内光线具有 浪漫色彩。
透光轴
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二、马吕斯定律
I0
I
A
光强为I0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方 向的成α角时，则透过偏振片的光强为：
➢ 注意两点：
II co2s O
①入射光必须是线偏振光，不是自然光；
②是与cos2α正比，而不是与cosα正比。
所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果与坐标系
无关。
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3、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方
向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正 交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等 的振动，故此自然光常用下图表示：
...
uS
y x uS
S
• 表示该光的振动方向垂直于纸平面； 表示该光的振动面就在纸平面内。
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三、部分偏振光，线（面，全）偏振光
①若沿某一方向的光振动优于其他方向，则谓之部分偏振光, 表示为
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光， 表示为
例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射 光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
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证明： 设入射线偏振光的振幅为A0，其振动方向沿OM方向，与偏
振片的偏振化方向ON成α角。由于只有平行于偏振化方向的振
动A//才能透过，由图可知：
A//
Acos 0
而光强 I A2
AM 0
I // IO
A/2/ A0 2
( Ao
cos A0 2
a)2
II0co2sa
A
1、自然光是非偏振光 光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。
•其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。 普通光源中每个原子所发出的光其位相关系及振动方向都是 随机的。
一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了 所有方向的光振动，振动面可以分布在一切可能的方位，任何 方向光矢量对时间的平均值是相等的。
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2、自然光的分解
一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。 例如，一个振幅为Ａ的振动可分解为
AixAi cos Aiy Ai sin
y
且一般
Aix Aiy
A iy
Ai
自然光在各个方向上都有振动，其
中每个振动都可以这样分解，即
Ax Aix
A ix
x
Ay Aiy
由对称性知，有 Ax Ay
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例14－2 用相互平行的一束自然光和一束线偏振光构成的混
合光垂直照射在一偏振片上，以光的传播方向为轴旋转偏振片
时，发现透射光强的最大值为最小值的5倍，则入射光中，自
方向成90°角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏
振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。
③ 如果入射的是部分偏振 光，则转动偏振片时，视场
偏振片转一周
中光强有变化，但不十分明 显，无消光现象。 应用：制成安全汽车灯；
在大房间内的风洞上
线偏光 部分偏光
消光
强度变，无 消光
装上两块可自由旋转的偏
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横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。
1、偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。
这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。
光是横波，应该具有偏振性。
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2、振动面的概念 振动方向与传播方向组成的平面。
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二、自然光