1、光波：光波：特定頻率范圍內(nèi)的電磁波。特定頻率范圍內(nèi)的電磁波。光矢量：光矢量：電磁波的電場強(qiáng)度電磁波的電場強(qiáng)度 矢量。矢量。E電磁波是橫波，電磁波是橫波，光矢量振動方向與光傳播方向垂直。光矢量振動方向與光傳播方向垂直。一、一、 偏振光與自然光偏振光與自然光xuE對傳播方對傳播方向不對稱向不對稱xu對傳播方對傳播方向?qū)ΨQ向?qū)ΨQ橫波橫波縱波縱波 光矢量在與傳播方向垂直的平面內(nèi)可取任意的光矢量在與傳播方向垂直的平面內(nèi)可取任意的方向，構(gòu)成了對于光的傳播方向的不對稱性，叫方向，構(gòu)成了對于光的傳播方向的不對稱性，叫偏振。偏振。腰橫扁擔(dān)進(jìn)不了城門腰橫扁擔(dān)進(jìn)不了城門橫波有偏振現(xiàn)象橫波有偏振現(xiàn)象 縱波無偏振問題縱

2、波無偏振問題通光方向通光方向線偏振光：線偏振光：光矢量只沿一個固定方向振動光矢量只沿一個固定方向振動振動面：振動面：光振動方向與傳播方向構(gòu)成的平面光振動方向與傳播方向構(gòu)成的平面1. 偏振光偏振光 始終在始終在 和傳播方向所決定的振動面上，和傳播方向所決定的振動面上，所以線偏振光也叫所以線偏振光也叫平面偏振光平面偏振光EE一個原子一次發(fā)光一定是偏振光。一個原子一次發(fā)光一定是偏振光。 因原子發(fā)光的因原子發(fā)光的“隨機(jī)性隨機(jī)性”，光矢量各向隨機(jī)均勻，光矢量各向隨機(jī)均勻分布，振幅相等，稱為分布，振幅相等，稱為自然光自然光。EvEyExv各向光振動無固定相位關(guān)系。各向光振動無固定相位關(guān)系。2. 自然光自然

3、光 自然光可用兩個相互獨立、沒有固定相位關(guān)系、自然光可用兩個相互獨立、沒有固定相位關(guān)系、等振幅且振動方向相互垂直的線偏振光表示。等振幅且振動方向相互垂直的線偏振光表示。3. 部分偏振光部分偏振光 一方向光振動較另其他方向占優(yōu)勢。線偏振光與一方向光振動較另其他方向占優(yōu)勢。線偏振光與自然光的混合。自然光的混合。平行紙面振動占優(yōu)的部分偏振光平行紙面振動占優(yōu)的部分偏振光垂直紙面振動占優(yōu)的部分偏振光垂直紙面振動占優(yōu)的部分偏振光1、偏振片的起偏和檢偏、偏振片的起偏和檢偏偏振片：偏振片：能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂直能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂直方向上的光振動通過的一種透明薄片。方向上的光振

4、動通過的一種透明薄片。偏振化方向：偏振化方向： 允許通過的光允許通過的光振動方向。振動方向。偏振片的用途：偏振片的用途：“起偏起偏”和和“檢偏檢偏” 二、二、 馬呂斯定律馬呂斯定律自然光自然光起偏起偏偏振光偏振光檢偏檢偏偏振光偏振光(1) 自然光強(qiáng)自然光強(qiáng) I0線線偏振光強(qiáng)偏振光強(qiáng) :光強(qiáng)不變無消光光強(qiáng)不變無消光20II (2) 線線偏振光強(qiáng)偏振光強(qiáng) I0 線線偏振光強(qiáng)偏振光強(qiáng)(3)部分部分偏振光偏振光(混合混合) 線線偏振光偏振光有兩次消光現(xiàn)象有兩次消光現(xiàn)象有兩次極大極小有兩次極大極小20cosII 2、馬呂斯定律、馬呂斯定律光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0的線偏振光，透過偏振片后，透射強(qiáng)度為：的線偏振光，

5、透過偏振片后，透射強(qiáng)度為：20cosII I0I0A1A2AI0I0A1A2Acos01AA 21200AIAI,220210cosAAII20cosII 00II ,當(dāng)：0I23,2當(dāng)：證明：證明：解解: 例題例題 已知自然光通過兩個偏振化方向相交已知自然光通過兩個偏振化方向相交60的偏振的偏振片，透射光強(qiáng)為片，透射光強(qiáng)為I1，今在這兩偏振片之間再插入另一偏，今在這兩偏振片之間再插入另一偏振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片的偏振化方向振片，它的偏振化方向與前兩個偏振片的偏振化方向均夾均夾30角，則透射光強(qiáng)為多少？角，則透射光強(qiáng)為多少？oI20II 1IIIII4160coscos22114I

6、I III 1212330cos430cosIIII 43330cos12III149I解解: 設(shè)入射光強(qiáng)度：設(shè)入射光強(qiáng)度：I0 ； 自然光強(qiáng)度：自然光強(qiáng)度：I10 ； 偏振光強(qiáng)度偏振光強(qiáng)度: I2020100III設(shè)通過偏振片后的光強(qiáng)分別為：設(shè)通過偏振片后的光強(qiáng)分別為：I ， I1 ， I210121II 2202cosII 2201021cos21IIIII例題例題 一束光由自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過一束光由自然光和線偏振光混合組成，當(dāng)它通過一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨偏振片的轉(zhuǎn)動可以一偏振片時，發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度隨偏振片的轉(zhuǎn)動可以變化到變化到5倍。求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度

7、各占倍。求入射光中自然光和線偏振光的強(qiáng)度各占入射光強(qiáng)度的幾分之幾？入射光強(qiáng)度的幾分之幾？2010max210IIII時時10min2190III時時minmax5II10201021521III31010II32020II10202II2201021cos21IIIII偏振片的應(yīng)用偏振片的應(yīng)用立體電影立體電影 液晶顯示器屏幕出射的液晶顯示器屏幕出射的是偏振光，偏振片在上面是偏振光，偏振片在上面旋轉(zhuǎn)會出現(xiàn)亮場和暗場。旋轉(zhuǎn)會出現(xiàn)亮場和暗場。 光源透過旋轉(zhuǎn)的起偏器，成為振動方向旋轉(zhuǎn)變化光源透過旋轉(zhuǎn)的起偏器，成為振動方向旋轉(zhuǎn)變化的線偏振光，通過背面涂有偏振材料（檢偏器）的的線偏振光，通過背面涂有偏振材

8、料（檢偏器）的畫面，由于透過光的明暗變化，使畫面中途有偏振畫面，由于透過光的明暗變化，使畫面中途有偏振材料的部分材料的部分“動了起來動了起來”。2n1n0ii900i2n1n三、三、 反射和折射時的偏振反射和折射時的偏振1 1、反射光中垂直振動強(qiáng)、反射光中垂直振動強(qiáng)度大于平行振動強(qiáng)度度大于平行振動強(qiáng)度2 2、折射光中平行振動強(qiáng)、折射光中平行振動強(qiáng)度大于垂直振動強(qiáng)度度大于垂直振動強(qiáng)度120000090nniiiiisinsin)cos(sincossintan布儒斯特角：布儒斯特角：120nni tan900i0in1n2布儒斯特定律布儒斯特定律: 自然光以布儒斯特自然光以布儒斯特角入射到兩不同

9、介質(zhì)角入射到兩不同介質(zhì)表面，其反射光為線表面，其反射光為線偏振光，光振動垂直偏振光，光振動垂直于入射面。于入射面。玻璃堆玻璃堆0i布儒斯特角布儒斯特角線偏振光線偏振光駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。照相機(jī)按上偏振鏡可以產(chǎn)生不同的效果，看出來了嗎？照相機(jī)按上偏振鏡可以產(chǎn)生不同的效果，看出來了嗎？ 用偏光鏡用偏光鏡消除消除了了反射偏振光反射偏振光 使使玻璃門內(nèi)的人物玻璃門內(nèi)的人物清晰可見。清晰可見。方解石晶體方解石晶體雙 折 射雙 折 射 現(xiàn)現(xiàn)象象(CaCO3 )四、四、 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象檢偏器檢驗表明：檢偏器檢驗表明： o光和光和e

10、光都是線偏光都是線偏振光。振光。尋常光線（尋常光線（o光）：光）：恒遵守通常折射定律的光線。恒遵守通常折射定律的光線。非常光線（非常光線（e光）：光）：不遵守通常折射定律的光線。不遵守通常折射定律的光線。光軸：光軸：在晶體中存在一個特殊的方向，沿該方向不在晶體中存在一個特殊的方向，沿該方向不會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為。主平面：主平面：包含光軸和某光線的平面稱該光線的主平面。包含光軸和某光線的平面稱該光線的主平面。o光振動垂直其主平面光振動垂直其主平面e光振動平行其主平面光振動平行其主平面主截面主截面:包含光軸和晶包含光軸和晶面法線的平面。面法線的平面。入射光在

11、主截面內(nèi)時入射光在主截面內(nèi)時（即光軸位于入射面（即光軸位于入射面內(nèi)）兩主平面重合內(nèi)）兩主平面重合單軸晶體單軸晶體雙軸晶體雙軸晶體方解石方解石 石英石英 紅寶石紅寶石云母云母 硫磺硫磺 藍(lán)寶石藍(lán)寶石o光在晶體中各方向傳播速度光在晶體中各方向傳播速度相同相同。e光在晶體中各方向傳播速度光在晶體中各方向傳播速度不同不同。ovevevoveevcn oovcn 主折射率主折射率雙折射現(xiàn)象的解釋雙折射現(xiàn)象的解釋正晶體正晶體eoeonn vv負(fù)晶體負(fù)晶體eoeonn vv在光軸方向上，在光軸方向上，e光的傳播速度與光的傳播速度與o光相同。光相同。垂直光軸的方向上垂直光軸的方向上， e光的傳播速度與光的傳播

12、速度與o光相差最大光相差最大P.27/46光學(xué)光學(xué)iCAB由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：無雙折射現(xiàn)象 o光和光和e光都不折射，但速度和折射率不同，所光都不折射，但速度和折射率不同，所以兩波面并不重合。以兩波面并不重合。由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：由惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象：偏振棱鏡偏振棱鏡尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡(Nicol prism) 是將天然的方解石晶體按一定的要是將天然的方解石晶體按一定的要求加工成兩塊直角棱鏡，然后再用求加工成兩塊直角棱鏡，然后再用特種樹膠把它們粘合起來制成一塊特種樹膠把它們粘合起來制成一塊斜長方形的光學(xué)棱鏡。斜長方形的光學(xué)棱鏡。樹膠的折射率：樹

13、膠的折射率：55. 1n1.658ono光的折射率：光的折射率：1.486ene光的主折射率：光的主折射率：oennnoeACNM全反射全反射n大大 n小小大于臨界角大于臨界角格蘭格蘭- -傅科棱鏡傅科棱鏡 格蘭格蘭-傅科棱鏡是尼科耳棱鏡的改進(jìn)型。將一傅科棱鏡是尼科耳棱鏡的改進(jìn)型。將一塊方解石晶體加工成直角長方體，再切成兩個楔型，塊方解石晶體加工成直角長方體，再切成兩個楔型，切開的兩部分不用樹膠粘合，而代以空氣層。切開的兩部分不用樹膠粘合，而代以空氣層。o光對空氣層的臨界角：光對空氣層的臨界角：637e 光對空氣層的臨界角：光對空氣層的臨界角：6142i6142637渥拉斯棱鏡渥拉斯棱鏡 將兩

14、塊光軸將兩塊光軸互相垂直的直角互相垂直的直角方解石粘合而成。方解石粘合而成。 自然光進(jìn)入晶體自然光進(jìn)入晶體1后，由于傳播速度不同，產(chǎn)生后，由于傳播速度不同，產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，由于雙折射現(xiàn)象，由于o光、光、e光的折射率不同，進(jìn)入晶體光的折射率不同，進(jìn)入晶體2后分成兩束。由于晶體光軸互相垂直，晶體后分成兩束。由于晶體光軸互相垂直，晶體1中的中的o光進(jìn)入晶體光進(jìn)入晶體2后變成后變成e光，而晶體光，而晶體1中的中的e光進(jìn)入晶體光進(jìn)入晶體2后則變成后則變成o光光質(zhì)元參與兩個相互質(zhì)元參與兩個相互垂直的簡諧運動。垂直的簡諧運動。某質(zhì)元質(zhì)元點擊放大五、五、 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光 波片波片 兩

15、相互垂直的同頻率線兩相互垂直的同頻率線偏振光，之間存在恒定的相偏振光，之間存在恒定的相位差，兩者疊加后其合振動位差，兩者疊加后其合振動光矢量的端點將描繪出一個光矢量的端點將描繪出一個橢圓，稱為橢圓，稱為橢圓偏振光。橢圓偏振光。 兩個同頻率相互垂直簡諧振動的合成：兩個同頻率相互垂直簡諧振動的合成：)cos(11tAx)cos(22tAy合成以后為合成以后為橢圓軌跡方程橢圓軌跡方程1、橢圓偏振光和圓偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光點擊放大)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAx o e光軸光軸光軸光軸 o e問題：問題：自然光垂直入射雙折射晶體表面，透射后自然光垂直入射雙折射晶

16、體表面，透射后 為何不能產(chǎn)生橢圓偏振光？為何不能產(chǎn)生橢圓偏振光？ 晶片是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，晶片是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，其表面與晶體的光軸平行。其表面與晶體的光軸平行。 偏振光偏振光自然光自然光光軸光軸AoAeA)(eonnd4) 12(k正橢圓正橢圓212k線偏振光線偏振光)(2eonnd2) 12(k正橢圓正橢圓) 12(k線偏振光線偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光 光矢量端點在垂直于光光矢量端點在垂直于光傳播方向的截面內(nèi)描繪出傳播方向的截面內(nèi)描繪出橢圓軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一橢圓軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)兩強(qiáng)兩弱。周，光強(qiáng)兩強(qiáng)兩弱。 圓偏振光圓偏振光 光矢量端點在垂直于光矢

17、量端點在垂直于光傳播方向的截面內(nèi)描光傳播方向的截面內(nèi)描繪出圓形軌跡。檢偏器繪出圓形軌跡。檢偏器旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)無變化。旋轉(zhuǎn)一周，光強(qiáng)無變化。 點擊圖片放大2、波片、波片)(2eonnd2)(12 k正橢圓正橢圓)(12 k線偏振光線偏振光)(eonnd4) 12(k2) 12(k正橢圓正橢圓線偏振光線偏振光)(sin)cos(21221221222212AAxyAyAx四分之一波片的最小厚度：四分之一波片的最小厚度：)(4eonnd偏振光通過四分之一波片后出射的是正橢圓偏振光。偏振光通過四分之一波片后出射的是正橢圓偏振光。四分之一波片：四分之一波片：偏振光通過波片后，偏振光通過波片后，o o光和

18、光和e e 光的光的光程差等于光程差等于 4 4的奇數(shù)倍。的奇數(shù)倍。4) 12()(eoknnd正橢圓偏振光正橢圓偏振光2、波片、波片四分之一波片四分之一波片 線偏振光振動方向與四線偏振光振動方向與四分之一波片的光軸方向成分之一波片的光軸方向成45角時，通過后線偏振角時，通過后線偏振光變?yōu)閳A偏振光。光變?yōu)閳A偏振光。 線偏振光振動方向與線偏振光振動方向與四分之一波片的光軸方四分之一波片的光軸方向的夾角不為向的夾角不為45 角時，角時，則通過后線偏振光變?yōu)閯t通過后線偏振光變?yōu)闄E圓偏振光。橢圓偏振光。 四分之一波片四分之一波片 圓偏振光通過四分之一圓偏振光通過四分之一波片后，變?yōu)榫€偏振光，波片后，變

19、為線偏振光，其振動方向與光軸方向成其振動方向與光軸方向成45 角。角。 橢圓偏振光長軸或短軸橢圓偏振光長軸或短軸與四分之一波片的光軸平與四分之一波片的光軸平行時，通過后橢圓偏振光行時，通過后橢圓偏振光變?yōu)榫€偏振光，其振動方變?yōu)榫€偏振光，其振動方向與光軸方向的夾角不等向與光軸方向的夾角不等于于45角。角。 半波片：半波片：偏振光通過波片后，偏振光通過波片后，o光和光和e 光的光程差等光的光程差等于于 2的奇數(shù)倍。的奇數(shù)倍。 偏振光通過半波片后出射的偏振光通過半波片后出射的o光和光和e光正好反位相，光正好反位相，合成后仍是線偏振光，只是振動方向轉(zhuǎn)過了合成后仍是線偏振光，只是振動方向轉(zhuǎn)過了2 。21

20、2)()(eoknnd線偏振光線偏振光)(2eominnnd半波片的最小厚度：半波片的最小厚度：全波片：全波片： = 出射光與入射光相同出射光與入射光相同 適當(dāng)選取厚度適當(dāng)選取厚度d可將線偏振光轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光可將線偏振光轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光或?qū)E圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光或?qū)E圓偏振光轉(zhuǎn)化為線偏振光 /4波片波片 /4波片波片 /2波片波片入射光入射光 檢檢 偏偏 器器 旋旋 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)部分偏振光？橢圓偏振光？有消光有消光線偏振光I變變有消光有消光I不變不變自然光？圓偏振光？ /4 波波 片片I變變無消光無消光無消光無消光橢圓偏振光部分偏振光I變變I不變不變圓偏振光自然光第一步偏振光的檢驗偏振光的檢驗第二步1、偏振光干涉、偏振光干涉 從偏振片從偏振片P P得到的線偏振光經(jīng)過晶片得到的線偏振光經(jīng)過晶片C C后，成為兩束相互之后，成為兩束相互之間有相位差而振動方向互相垂直的間有相位差而振動方向互相垂直的o o光和光和e e光。光。( (相位差不等于相位差不等于 的整數(shù)倍時，構(gòu)成橢圓偏振光。的整數(shù)倍時，構(gòu)成橢圓偏振光。) ) 橢圓偏振光再穿過一個偏振片橢圓偏振光再穿過一個偏振片A A后，由于偏振片只有一個偏后