大学物理学(中国石油大学出版社)第十章课件.ppt

1、反射光与折射光的偏振 在反射光中，⊥多于∥（指光振动而言） 在折射光中，∥多于⊥（指光振动而言） ? ? ? ? ? ? 三、布儒斯特定律： （D.Brewster 1812) 2、布儒斯特定律： ? ? ? ? ? ? 实验进一步指出，当入射光以起偏角i0入射时反射光线与折射光线正好相互垂直，即有 由折射定律得 所以有： 布儒斯特定律 ? ? ? ? ? 1.5 1.5 1.5 1.0 1.0 1.0 1.0 ? ? ? ? ? ? ? ? 为了增加折射光的偏振化程度，可采用玻璃片堆的办法。 一束自然光以起偏角入射到多层平板玻璃上，最终反射光和折射光都是线偏振光，如图： 3、玻璃片堆 理论和实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的7.4%，而约占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。 例题25 某透明媒质对空气全反射的临界角等于450。求光从空气射向此媒质时的布儒斯特角。 解：设空气和媒质的折射率分别为n1、n2。由题意知全反射临界角ic=450，只有当时n1n2才会有全反射。由折射定律 即 设布儒斯特角为i0，由布儒斯特定律 可得 10-8 光的双折射现象 一、光的双折射现象 方解石晶体 实验一 实验二 天然的方解石晶体是双折射晶体 A B 巴托莱纳斯发现用方解石看书时，字成双像。 10年后，惠更斯认为是一束光变成两束光而称为双折射。 1.双折射： 一束光进入方解石等各向异性晶体后，发生双折射。 ２、寻常光和非常光 寻常光： 折射率相同（即波速相同），遵守折射定律 Ordinary 简称它为o光。 非常光：它的折射率（即波速）随方向而变化，并且不一 Extra- 定在入射面内传播，简称为 e 光。不遵守折射定律 (1)光轴——特殊方向，光沿其传播不发生双折射 光轴与晶体的三个棱边成等角 A B 光轴 沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两束光，仍沿入射方向行进。它是一个特殊方向。 具有一个光轴的晶体，称为单轴晶体。 例如：方解石、石英等。 具有两个光轴的晶体，称为双轴晶体。 例如：云母、硫磺等。 3、o光和e光的偏振性 仅当沿光轴方向入射，o光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而无双折射现象。 o光振动方向垂直于其主平面。 e 光振动方向平行于其主平面。 当且仅当光轴在入射面内，o光、 e光均在入射面内传播，振动方向相互垂直。 (2)主平面：光线与光轴组成的平面为主平面 (3)一般o光和 e 光传播速度不同 (4) 主截面: 由主光轴与晶体表面法线组成的平面称为晶体的主截面 二、偏振棱镜 A C N M 光轴在ACNM平面内方向与AC成480，入射面取ACNM面 ? 把一块长宽比为3:1的天然方解石两端适当研磨后，沿其对角剖面开成两块棱镜，再用加拿大树胶把剖面粘合起来就成为尼科耳棱镜。 加拿大树胶的折射率n=1.55，O光入射角大于其临界角arcsin(1.55/1.658)=69012’,被全反射，在CN处为涂黑层所吸收 出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光。 e ? 760 O 方解石的折射率n0=1.658, 220 680 1、尼科耳棱镜 2、 沃拉斯顿棱镜 沃拉斯顿棱镜是由两块光轴相互垂直的方解石直角棱镜胶合而成。如图所示，直角棱镜ABD的光轴平行于AB面，CDB的光轴垂直于ABD的光轴。自然光垂直入射到AB面上，进入ABD后o光和e光并不分开，但二者的波速不同，对应的不同的折射率。光由ABD进入CDB后，原来的o光变成e光，原来的e光变成o光，并彼此分开。由CDB进入空气后，两束线偏振光分得更开。 光轴 A B C D 光轴 光轴 e光 o光 θ 与沃拉斯顿棱镜原理相同的还有洛匈棱镜，如图1所示。自然光正入射于洛匈棱镜后，在ABD中不发生双折射，在CDB中o光继续沿原来方向传播，而e光则发生偏折。 3、洛匈棱镜 光轴 A B C D 光轴 光轴 e光 o光 10-9偏振光的干涉 人工双折射现象 旋光现象 一、椭圆偏振光和圆偏振光的获得 如果垂直入射到双折射晶片的光是单色偏振光，则晶体内产生的o光和e光由同一光矢量分解而来，光和光能形成恒定的相位差，二者合成以后可获得椭圆偏振光。这里的晶片，是指由光轴平行于晶面的晶体制成的光学器件，如图所示，P是偏振片，C是厚度为d的双折射晶片（其光轴平行于晶面），两者平行放置，晶片C的光轴与起偏器P的偏振化方向成α角。 ? ? 椭圆偏振光 线偏振光 ? C光轴 C’ P1 d 如果线偏振光的振动方向与晶片的光轴夹角为45°，这时o光和e光的光振动振幅相等，从晶片出射的光为圆偏振光。 椭圆偏振光的椭圆形状取决于两