高中物理 第十三章 光 6 光的偏振及相关知识素材 新人教版选修3-4

IP = 0 P = 0 自然光 In = 0 P = 1 线偏振光
§2 线偏振光和部分线偏振光
一.线偏振光的表示
自然光
偏振片
线偏振光
?
振动方向相互垂直的两列光波的叠加
Ex (z ,t ) A0 x exp i[t - (kz 0 )]
振动 垂直
E y (z ,t ) A0 y exp i[t - (kz 0 )]
原子发光： 瞬息万变的 初相位；此 起彼伏、方 向不定的间 歇振动。
自然光 特点
在垂直光线的平面内，光矢量沿各方向振动 的概率均等.
可以分解为彼此独立、振幅相等、振动
E 没有优势方向 X
方向互相垂直、不相干的两束线偏振光.
Ey
Y
r Z
Ex
总光强
I
Ex2
E
2 y
2Ix
2I y
这种大量振幅相同、各种振动方向都有、彼此没有固定相位
Ex x
表示法：
·····
光振动垂直板面
Ex E cos E y E sin
光振动平行板面
2. 自然光
普通光源(自发辐射产生)一般发射自然光
自发辐射跃迁
E2 •
波列
E1
D = (E2-E1) / h
•
发光时间 Dt 10-8 s
波列长 L = c D t
·
独立、不同
原子同一时
·
刻发的光
独立、同一原子不同时刻发的光
解: 令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏 器后，光的强度分别为I1/2和I2 /2。按照马吕斯定律，透过 检偏器后光的强度为
I1
1 2
I1 cos 2
30
I 2
1 2
I2
cos 2
60
但按题意 所以
I1 I2 即 I1 cos 2 30 I2 cos 2 60
I1
cos2 60
P
以光线为轴转动P:
自然光
待检光
线偏振光
I
I 不变—？
部分偏振光 ?
I 变，有消光—？
I 变，无消光—？
2I0
I0
I I0
P1 起偏器 P2 检偏器
2I0
I0
I 0
P1// P2 P1 P2
一般情况下 I =？
三. 马吕斯定律
线偏振光经过偏振片前后的光强关系
P
I0
I
E0 P
E=E0cos
关系的光矢量的组合叫非偏振光或自然光。
••••
Leabharlann Baidu
1 Ix Iy 2 I
图示法
••••
3. 部分偏振光 可以看成自然光和线偏振光的混合.
x z 在纸面内的光振动较强 y 垂直纸面的光振动较强
部分偏振光及其表示法
偏振度 P I max I min I max I min
注意：Imax、Imin的方向 必须相互垂直
I0
E
2 0
,
I
E
2
E
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律(1809)
0，I Imax I0
，I 0 ——消光
2
例题 1 用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们 的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角时，观察 同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到 起偏器上光强之比。
（2）欲使从系统透射出来的光强最大，应如何放置P1和P2？
自然光I1
P1
P2
···
线偏振光 I2 透振方向
解：已知自然光强I1，线偏振光光强I2，设线偏振光振动方向
与P1透振方向夹角为
则，经P1后透射光强为
3. 物质的二向色性起偏
二向色性：晶体对光振动选择吸收的特性。
如: 电气石对o 光和e 光的吸收有很大差异.
1mm 厚 的 电 气 石 可
将 o 光吸收净，e 光却有
剩余——可制成偏振片.
人造偏振片： 聚乙烯醇
加热拉伸
Z 电气石 碘液浸染
玻片保护
偏振片的 透振方向：偏振片透过电矢量的方向。
用偏振片获得线偏振光
相位 相同
E( x ,
y,z,t)
Exex
E y ey
说明：
A( x , y) exp i[ t (kz 0 )]
一束线偏振光
两束垂直 、同相的线
二. 起偏和检偏 1.起偏 从自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的光学器
件叫“起偏器”。
2. 起偏的途径 利用某种形式的不对称性,如
(1)物质的二向色性， (2)反射和折射， (3)双折射, (4)散射， ….
偏振片
偏振化方向
线偏振光
出射光强
Z
I
1 2
I0
偏振片--大分子物质 对振动方向反映出吸收系数不同
偏振片
偏
振
自 然 光
化 方 向
线 偏振 光
形象说明偏 振片的原理 通光方向
腰横别扁担进不了城门
4.检偏
用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称“检偏”。 偏振片既可“起偏”又可“检偏”。
设入射光可能是自然光、线偏振光 或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
发
出
的
左右
光
旋旋 左右
旋旋
一般，用单色光讨论偏振态。
部分偏振光
二. 自然光与偏振光
1 平面偏振光(线偏振光)
E
·
光振动方向与传播方向 面对光的传播方向看 决定的平面称为振动面
光矢量（ E）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光
叫线偏振光（也称平面偏振光）
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
y Ey E
意义：对各种偏振程度不同的光给以定量描述。
偏振度
P I max I min I max I min
平面偏振光: Imin=0，P=1 自然光： Imax=Imin，P=0 部分偏振光： 0﹤P﹤1
P IP IP Io In IP
Io— 总光强 IP — 偏振光的光强 In— 自然光的光强
自然光与偏振光
一. 光的偏振性
1.定义 偏振：波振动方向对于传播方向的不对称性.
偏振现象
横波
E
2.偏振态的种类：
自然光、 平面偏振光(线偏振光)、 部分偏振光、 圆偏振光、 椭圆偏振光
偏振态的分类
自然光 （非偏振光）
完全偏振光
一 般 光 源
（ 线 偏 振 光
）
平 面 偏 振 光
圆 偏 振 光
椭 圆 偏 振 光
1 4
1
I2
cos2 30
3 4
3
例题2光强为 I0 的自然光相继通过偏振片 P1、P2、P3后光强为
I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
P2
P3
I1
I2
I3=I0/8
P1 P2
P3
I1
I0 2
I 2 I1 cos 2
I3
I2
cos2
2
I2
sin 2
I 0 cos2 sin2 I 0
2
8
45 0
书P309页，例5.1
将两块理想的偏振片P1和P2共轴放置如图所示，然后将强度为 I1的自然光和强度为I2的线偏振光同时垂直入射到P1上，从P1 透射后又入射到偏振片P2上，试问：
（1）P1不动，将P2以光线为轴转动一周，从系统透射出来 的光强将如何变化？