1、1一、一、橫波具有偏振性橫波具有偏振性這種取向作用稱為偏振這種取向作用稱為偏振2. . . . . .光沿某一方向傳播時，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光沿某一方向傳播時，在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，沿各個方向振動的光矢量都有，且各方向光振動的振幅沿各個方向振動的光矢量都有，且各方向光振動的振幅都相等，這種光稱為自然光。都相等，這種光稱為自然光。3三、偏振光三、偏振光1.偏振光偏振光:某一方向的光振動占有優(yōu)勢。某一方向的光振動占有優(yōu)勢。 產(chǎn)生方法：自然光經(jīng)媒質(zhì)的產(chǎn)生方法：自然光經(jīng)媒質(zhì)的吸收、反射、透射、散射吸收、反射、透射、散射2.完全偏振光完全偏振光(線偏振光線偏振光) 振動平面振動平面: 光振動

2、與光傳播方向所決定的平面光振動與光傳播方向所決定的平面E播播傳傳方方向向振振動動面面只有單一方向的光振動只有單一方向的光振動,這樣的光稱為完全偏振光。這樣的光稱為完全偏振光。43.部分偏振光部分偏振光:光矢量在某一方向振動較強(qiáng)，垂直該光矢量在某一方向振動較強(qiáng)，垂直該方向的振動較弱。方向的振動較弱。 部分偏振光部分偏振光 部分偏振光的分解部分偏振光的分解互相垂直方向互相垂直方向上不等幅上不等幅5自然光自然光 偏振光：偏振光：檢驗一束光是否為偏振光：檢驗一束光是否為偏振光：只讓一個方向的光：只讓一個方向的光振動通過的材料。振動通過的材料。（金雞納霜或碧璽簿膜）金雞納霜或碧璽簿膜）這個方向稱為這個方

3、向稱為 偏偏振振化化方方向向自自然然光光振振線線偏偏光光偏振片偏振片0I20I6. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變7. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變8. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變9. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變10. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變

4、11. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變12. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變13. . . .起偏器起偏器自然光自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變自然光通過旋轉(zhuǎn)的起偏器，光強(qiáng)不變14. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況15. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變

5、化情況16. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況17. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況18. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況19. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況20. . . .

6、起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況21. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光兩偏振片的偏振化方向相互垂直兩偏振片的偏振化方向相互垂直 光強(qiáng)為零光強(qiáng)為零偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強(qiáng)變化情況光強(qiáng)變化情況22入射偏振光入射偏振光 A 222coscosIAI 2cosIIz偏振化方向 cosA sinA通過通過 zA/cos不不通通過過 zAsinI例：自然光和線偏振光的混合光，垂直通過一偏振片。例：自然光和線偏振光的混合光，垂直通過一偏振片。旋轉(zhuǎn)偏振片，

7、測得透射光強(qiáng)最大值是最小值的旋轉(zhuǎn)偏振片，測得透射光強(qiáng)最大值是最小值的5倍。求入倍。求入射光中，自然光與線偏振光的光強(qiáng)比。射光中，自然光與線偏振光的光強(qiáng)比。 2110II102IIImax解：解：20IIminminmax5II23 自然光以任意角度入射到兩種各向同性介質(zhì)的分界自然光以任意角度入射到兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時面上反射和折射時, ,反射光和折射光都是部分偏振光，反射光和折射光都是部分偏振光，且且 實驗和理論都表明：實驗和理論都表明：n1n2.r以任意角度入射以任意角度入射i24當(dāng)入射角當(dāng)入射角 0ii .i0i0n1n2900r以布儒斯特角入射以布儒斯特角入射反射光為線

8、偏振光反射光為線偏振光，折射光，折射光為部分偏振光。并且：為部分偏振光。并且：布儒斯特角布儒斯特角0090ri由折射定律：由折射定律：21120sinsinnnnri00000)90sin(sinsinsintgiiiritg i0n1n2=n2125 利用玻璃片堆利用玻璃片堆增加反射增加反射偏振光偏振光光強(qiáng)，提高透射光光強(qiáng)，提高透射光偏振度，但光強(qiáng)減小偏振度，但光強(qiáng)減小線偏振光線偏振光.自然光入射自然光入射i0r1n1n2n262:01II 起偏后光強(qiáng)馬呂斯定律檢偏后光強(qiáng)212cos:II .i0i0n1n2900rtgi0n1n2=n21. . . . . .27例例15-1 自然光自然光

9、 通過偏振化方向互相垂直的偏振通過偏振化方向互相垂直的偏振片片 。如果在。如果在 間平行插入另一偏振片間平行插入另一偏振片 ， 與與 偏振化方向夾角偏振化方向夾角 ，求：透過，求：透過 后的光強(qiáng)？后的光強(qiáng)？0I21,PP21,PP3P3P1P 2P解解2010IPI通過通過自然光自然光 2033cos2IIP通過通過 2sin8sincos2)90(cos2022002322IIIIP通過通過28i0i0i0iii29已知：n水=1.33, n玻璃1.50 ，容器底部反射光為偏振光求：i=?ii0i0i033. 150. 1120nntgi解：00sin33. 1sinsiniini水084i

10、X.J.Feng15.4 光的雙折射光的雙折射1.雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象象象折射現(xiàn)折射現(xiàn)雙雙折射現(xiàn)折射現(xiàn)方解石晶體方解石晶體紙面紙面自然光進(jìn)入各向異自然光進(jìn)入各向異性晶體中性晶體中 光線？光線？CaCO3 的同素異構(gòu)體的同素異構(gòu)體現(xiàn)象：現(xiàn)象：服從折射定律服從折射定律尋常光線尋常光線o 光光不服從折射定律不服從折射定律異常光線異常光線e 光光1)兩束折射光兩束折射光(ordinary rays)(extraordinray rays)折射光線一般不在入射面內(nèi)；折射光線一般不在入射面內(nèi)；入射角的正弦與折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射角的正弦與折射角正弦之比不是常量，即折射率和入射光線的方向有關(guān)

11、入射光線的方向有關(guān)X.J.Feng312) o 光光 e 光的光的 偏振狀態(tài)偏振狀態(tài)均是偏振光均是偏振光兩者振動方向兩者振動方向 近乎近乎垂直垂直需要需要進(jìn)一步進(jìn)一步解決的問題：解決的問題：1) e 光在晶體內(nèi)的傳播方向？光在晶體內(nèi)的傳播方向？2) o 光光 e 光的振動方向光的振動方向 ？需要先介紹晶體的基本知識需要先介紹晶體的基本知識.eo.oeACDBX.J.Feng1020102078078010201020光軸光軸光軸光軸：在晶體中存在一個特殊的方向，：在晶體中存在一個特殊的方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播時當(dāng)光線沿這一方向傳播時不發(fā)生雙折射不發(fā)生雙折射現(xiàn)象現(xiàn)象單軸晶體單軸晶體：只有一個光

12、軸（方解石、石英）：只有一個光軸（方解石、石英）雙軸晶體雙軸晶體：有兩個光軸（云母、硫磺）：有兩個光軸（云母、硫磺）主平面主平面：某一光線與光軸所組成的平面：某一光線與光軸所組成的平面2.光軸、主平面光軸、主平面一般情況：一般情況：o光主平面和光主平面和 e光主平面并不重合。光主平面并不重合。o光垂直于主平面振動，光垂直于主平面振動，e光在主平面內(nèi)振動。光在主平面內(nèi)振動。實驗結(jié)論：實驗結(jié)論：X.J.Feng3.惠更斯原理對雙折射現(xiàn)象的解釋惠更斯原理對雙折射現(xiàn)象的解釋3.1 o光光 e光的子波面光的子波面 注意注意: 雙折射的本質(zhì)是傳播速度的各向異性雙折射的本質(zhì)是傳播速度的各向異性 o 光傳播的

13、速度在各方向相等光傳播的速度在各方向相等(各向同性各向同性) e 光傳播速度與方向有關(guān)光傳播速度與方向有關(guān)(各向異性各向異性) 結(jié)論結(jié)論: o 光的子波面光的子波面 一定是球面一定是球面 e 光的子波面光的子波面 肯定不是球面肯定不是球面 是什么樣呢是什么樣呢?兩個兩個實驗事實：實驗事實：1 ) 在光軸方向在光軸方向 ：e光的速度等于光的速度等于o光速度光速度 即即等于等于Vo2 ) 在垂直光軸方向：在垂直光軸方向： o光光e光兩個速度差別最大光兩個速度差別最大 與與o光速度差別最大的速度光速度差別最大的速度 記做記做Ve 正晶體正晶體 方解石方解石 按按Ve與與Vo關(guān)系不同將晶體分為正負(fù)兩種

14、關(guān)系不同將晶體分為正負(fù)兩種負(fù)晶體負(fù)晶體 石英石英)(oeoennVV)(oeoennVVeonn和和-晶體的主折射率晶體的主折射率X.J.Feng光軸垂直入射面光軸垂直入射面光軸在入射面內(nèi)光軸在入射面內(nèi)o光的子波面光的子波面e光的子波面光的子波面e光的子波面是以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面光的子波面是以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面負(fù)晶體的子波面負(fù)晶體的子波面X.J.Feng3.2 用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象1)平行光傾斜入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交平行光傾斜入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交光軸光軸AFEeo如果光軸不在入射面內(nèi)，球面和橢球面相切的點，如果光軸不在入

15、射面內(nèi)，球面和橢球面相切的點，就不會在入射面內(nèi)，則就不會在入射面內(nèi)，則 o光、光、e 光振動方向并不光振動方向并不相互垂直。相互垂直。X.J.Feng2) 平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸與晶體表面斜交光軸光軸AEoeBFEF出射兩束偏振方向出射兩束偏振方向相互垂直的線偏光相互垂直的線偏光X.J.Feng3) 平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸平行晶體表面平行光垂直入射，光軸在入射面內(nèi)，光軸平行晶體表面光軸光軸AEeBFEFo具有相互垂直具有相互垂直的偏振方向的偏振方向出射光出射光(兩條）沿同方向傳播兩條）沿同方向傳播X.J.Feng38

16、oioreero.A.空氣空氣方解石方解石4) 平行光斜入射，光軸垂直入射面，光軸平行晶體表面平行光斜入射，光軸垂直入射面，光軸平行晶體表面oo1sinsinrninee1sinsinrninX.J.Feng39900220680AMCN樹膠樹膠光光軸軸4. 偏振棱鏡偏振棱鏡樹膠樹膠 n=1.55， 方解石方解石 n0=1.658, 486. 1en.o.o. . . . .自然光自然光770eeo光發(fā)生全反射光發(fā)生全反射= 770臨界角，臨界角，680截截面面圖圖樹膠樹膠4.1 尼科爾棱鏡棱鏡X.J.Feng404.2 渥拉斯頓棱鏡渥拉斯頓棱鏡eO兩塊直角方解石光軸相互垂直，如圖：兩塊直角方

17、解石光軸相互垂直，如圖：ABDCO方解石方解石4864.1en6584. 1on0VVe主 光從光密到光疏光從光密到光疏折射光要偏離法線折射光要偏離法線e當(dāng)進(jìn)入第二塊棱鏡時當(dāng)進(jìn)入第二塊棱鏡時:原來的原來的O光變成了光變成了e光光.原來的原來的e光變成了光變成了O光光.射出棱鏡時射出棱鏡時,兩束光被分得很開兩束光被分得很開.X.J.Feng41例：用方解石切割成一個例：用方解石切割成一個600的正三角形，光軸垂直于棱鏡的正三的正三角形，光軸垂直于棱鏡的正三角形截面。設(shè)非偏振光的入射角為角形截面。設(shè)非偏振光的入射角為 i，而，而 e 光在棱鏡內(nèi)的折射線光在棱鏡內(nèi)的折射線與鏡底邊平行如圖所示，求入射

18、角與鏡底邊平行如圖所示，求入射角i,并在圖中畫出并在圖中畫出O光的光路。已光的光路。已知知ne = 1.49，no=1.66。 . .600解：解：.oe.i光軸光軸oosinsinrni eesinsinrni 745. 030sin49. 1001480ioosinsinnir 499. 004260orX.J.Feng42光的偏振光的偏振自然光自然光偏振光偏振光偏振光的獲得偏振光的獲得偏振光的檢驗偏振光的檢驗20cosII 偏振片偏振片玻璃的反射、折射玻璃的反射、折射雙折射雙折射121nntgib布儒斯特定律布儒斯特定律X.J.Feng43例：兩個偏振片疊在一起，其偏振化方向之間的夾角為例：兩個偏振片疊在一起，其偏振化方向之間的夾角為45度。一度。一束強(qiáng)度為束強(qiáng)度為I0的光垂直入射到偏振片上，該入射光由強(qiáng)度相同的自的光垂直入射到偏振片上，該入射光由強(qiáng)度相同的自然光和線偏振光混合而成，問：然光和線偏振光混合而成，問：1）此入射光中線偏振光矢量沿什）此入射光中線偏振光矢量沿什么方向才能使連續(xù)透過兩個偏振片后的光強(qiáng)度最大？么方向才能使連續(xù)透過兩個偏振片后的光強(qiáng)度最大？ 2）在此情）在此情況下，透過第一個偏振片的和透過兩個偏振片后