1、1,16-1 自然光和偏振光,實驗：試想象你把一根繩子的一頭拴在鄰居院子里的樹上，另一頭拿在你手里。再假定繩子是從籬笆的兩根竹子的正當中穿過去的。好了，如果你現(xiàn)在拿繩子上下波動，這些波就會從兩根竹子之間通過，并從你的手傳到那棵樹上。這時，那座籬笆對你的波來說是“透明的”。但是，要是你讓繩子左右波動，繩子就會撞在兩根竹子上，波就不會通過籬笆了。,2,一 何謂光的偏振,對縱波而言，包含傳播方向與振動方向所構成的平面，哪一個都一樣，沒有一個顯示出與另一個有什么區(qū)別或不同。稱之為：波的振動方向?qū)鞑シ较蚓哂袑ΨQ性。,3,光的振動方向在振動平面內(nèi)不具有對稱性，叫做光的偏振。,對橫波而言，由傳播方向與振動

2、方向所構成的平面，與包含傳播方向而不包含振動方向的其它平面有區(qū)別。稱之為：波的振動方向?qū)鞑シ较虿痪哂袑ΨQ性。這種不對稱性稱之為偏振。,機械波的橫波與縱波的區(qū)別-偏振,光的波動性,光的干涉、衍射,光波是橫波,光的偏振,4,普通光源發(fā)光的特點：,在同一時間在大批原子發(fā)光；（不是全部）,就單個原子而言，每個原子都是斷斷續(xù)續(xù)發(fā)光，每次發(fā)光時間極短（10-8s）且一次只能發(fā)出一個有限長具有偏振性的波列。,同一原子先后發(fā)出的光及同一瞬間不同原子發(fā)出的光的頻率、振動方向、初相位、發(fā)光的時間均是隨機的。,結論：大量原子所發(fā)出的光的合振動的振動面是隨機的，且各個方向的幾率相同。,二 自然光 偏振光 部分偏陣光

3、,觀測光矢量在各個方向的平均值,沒有哪一個方向占優(yōu)勢,也沒有在任何時間段內(nèi)占優(yōu)勢,即這種光在時間上具有均勻性,在空間上具有對稱性.這就是自然光.,5,1 自然光：一般光源發(fā)出的光中，包含著各個方向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等(軸對稱)這樣的光叫自然光。,自然光以兩互相垂直的互為獨立的（無確定的相位關系）振幅相等的光振動表示，并各具有一半的振動能量。,符號表示,總光矢量分量的特點：,(2)各光矢量間無固定的相位關系。,(1)互相垂直方向是任選的。,(3)各光矢量振幅相等。,6,2 偏振光,3 部分偏振光,光矢量始終沿某一固定方向振動的光被稱為線偏振光。,某一方向的光振動比與之垂直方向上

4、的光振動占優(yōu)勢的光被稱為部分偏振光 。,7,偏振度,若一偏振光，光強最強的方向的光強的平均值為Imax，與之垂直方向的光強平均值為Imin，則：,偏振度：,討論：,完全偏振光,部分偏振光,自然光,8,16-2 起偏和檢偏 馬呂斯定律,9,一 偏振片的起偏與檢偏,二向色性 : 某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動，而只讓與這個方向垂直的光振動通過，這種性質(zhì)稱二向色性。,偏振片： 涂有二向色性材料的透明薄片。,偏振化方向 ：當自然光照射在偏振片上時，它只讓某一特定方向的光通過，這個方向叫此偏振片的偏振化方向。,偏振化方向,起偏器,偏振片的起偏作用,10,檢偏器,起偏器,11,檢偏：用偏振器件檢驗光的偏振

5、態(tài),若 I 不變，是什么光？,若 I 變，有消光，是什么光？,若 I 變，無消光，是什么光？,然光混合而成的部分偏振光,設入射光可能是自然光,線偏振光,或由線偏振光與自,或,12,二 馬呂斯定律（ Malus law 1880 年）,馬呂斯定律：強度為I0的偏振光通過檢偏振器后, 出射光的強度為,13,例1 有兩個偏振片,一個用作起偏器, 一個用作檢偏器。當它們偏振化方向間的夾角為300時 , 一束單色自然光穿過它們, 出射光強為I1； 當它們偏振化方向間的夾角為600時， 另一束單色自然光穿過它們，出射光強為I2，且I1=I2。求兩束單色自然光的強度之比。,解：設兩束單色自然光的強度分別為I

6、10和I20,經(jīng)過起偏器后光強分別為 和 。,經(jīng)過檢偏器后,14,例2 在兩塊正交偏振片P1，P3之間插入另一塊偏振片P2，光強為I0的自然光垂直入射于偏振片P1，討論轉(zhuǎn)動P2時透過P3的光強I3與轉(zhuǎn)角的關系。,15,16,16-3 布儒斯特定律,17,入射面：入射光線和法線所成的平面。,反射光：部分偏振光 ，垂直于入射面的振動大于平行于入射面的振動。,折射光：部分偏振光，平行于入射面的振動大于垂直于入射面的振動。,理論和實驗證明：反射光的偏振化程度與入射角有關。,光反射與折射時的偏振,18,布儒斯特定律（1812年）,反射光為完全偏振光，且振動面垂直入射面，折射光為部分偏振光。,當,(1)反

7、射光和折射光互相垂直。,特點,19,(2) 根據(jù)光的可逆性，當入射光以角從n2介質(zhì)入射于界面時， 此角即為布儒斯特角。,20,注意,對于一般的光學玻璃 , 反射光的強度約占入射光強度的7.5%，大部分光將透過玻璃。,21,討論,討論下列光線的反射和折射。,22,例1 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角i0，問在界面1、2的反射光是什么光？,線偏振光,23,例2 一束自然光以某一入射角入射到玻璃上，這時反射光成為偏振光，折射角為320，求(1)入射角；(2)玻璃的折射率。,解：(1),(2),24,偏振的應用,汽車車燈與窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜。,(1)防止對面來的燈光耀眼

8、,(2)放立體電影,原理： 利用人眼的雙眼效應。,- 利用反射光的偏振性,25,有反射光干擾的櫥窗,在照相機鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾,26,作業(yè) 練習十八、九,27,四、偏振光的應用 光的偏振在科學技術及工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用。比如在機械工業(yè)中，利用偏振光的干涉來分析機件內(nèi)部應力分布情況，這就是光測彈性力學的課題。在化工廠里，我們可以利用偏振光測量溶液的濃度。偏光干涉儀、偏光顯微鏡在生物學、醫(yī)學、地質(zhì)學等方面有著重要的應用。在航海、航空方面則制出了偏光天文羅盤。 下面我們介紹幾種日常生活中應用偏振光的實例： 1、汽車車燈 汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時，為了避免雙方車燈的眩目

9、，司機都關閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。,28,另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。 2、觀看立體電影 在拍攝立體電影時，用兩個攝影機，兩個攝影機的鏡

10、頭相當于人的兩只眼睛，它們同時分別拍下同一物體的兩個畫像，放映時把兩個畫像同時映在銀幕上。如果設法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個畫面，就可以使觀眾得到立體感。為此，在放映時，兩個放放像機每個放像機鏡頭上放一個偏振片，兩個偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。,29,3、生物的生理機能與偏振光 人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支復眼、兩支

11、復眼，每個復眼包含有6300個小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標來判斷方向，所以蜜蜂可以準確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。 再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導航，因而不會迷路。,30,16-4 光的雙折射現(xiàn)象,恒量,31,1 光的雙折射現(xiàn)象,一 尋常光 非尋常光,光的雙折射現(xiàn)象：光在入射到光學性質(zhì)是各向異性的媒質(zhì)時，媒質(zhì)內(nèi)部將出現(xiàn)兩條折射光，這種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。,方解石晶體 、石英晶體,32,2 雙折射的尋常光和非尋常光,尋常光線 - ordinary rays),- 服從折射定律的光線,非尋常光線

12、 - extraordinary rays),- 不服從折射定律的光線,一般情況，非尋常光線不在入射面內(nèi)。,實驗證明： o光和e光均為偏振光。,33,二 產(chǎn)生雙折射的原因,尋常光線：在晶體中各方向上傳播速度相同。,常量,非尋常光線：晶體中各方向上傳播速度不同，隨方向改變而改變。,為主折射率,34,方解石晶體,光軸：在方解石這類晶體中存在一個特殊的方向，當光線沿這一方向傳播時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象。稱這一方向為晶體的光軸。,三 幾個概念,A,B,光軸,單軸晶體：一個光軸 雙軸晶體：兩個光軸,光軸代表著一個方向，與光軸平行的線都是光軸,35,主截面：在晶體內(nèi)，晶體光軸與晶面法線方向構成的平面。,實驗表明

13、：o光的振動方向垂直于其主平面，e光的振動方向在其主平面內(nèi)。,o光的主平面：在晶體中o光與光軸所組成的平面叫做o光的主平面。,e光的主平面：在晶體中e光與光軸所組成的平面叫e光的主平面。,36,當入射光位于晶體的主平面內(nèi)時（即入射面就是晶體的主平面 ）， o光、e光以及它們的主平面都在入射面內(nèi)（兩光的主平面與入射面重合）。此時， o光和e光的光矢量振動方向互相垂直。,例. ABCD 為一塊方解石的一個截面，光軸方向在屏幕面內(nèi)且與AB 成一銳角q ,如圖所示.一束平行的單色自然光垂直于 AB 端面入射.在方解石內(nèi)折射分解為 o 光和 e 光, o 光和 e 光的 :,(A) 傳播方向相同,光矢量的振動方向互相垂直.,(D)