大学物理第8章汇总.ppt

* §8.1 光的偏振态 §8.2 偏振片的起偏和检偏 §8.3 反射和折射的偏振 §8.4 光的双折射 第8章、光的偏振 （polarization of light） * 光的干涉和衍射现象显示了光的波动特性，但还不能完全断定光是纵波还是横波。 光的偏振现象从实验上清楚地显示出光的横波性，这一点与光的电磁理论的预言一致。 偏振——光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象。只有横波才能产生偏振 现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。 利用光的偏振现象发明了立体电影，照相技术中用于消除不必要的反射光或散射光。光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。 * 光是电磁波在人眼视觉范围内的波段 400nm ?760nm。对应红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光。 电磁波是横波 研究光的振动方向的特性即光的偏振性。 光的生理作用、感光现象，实际是电矢量在起作用 即是电场强度E 矢量。 §1 光的偏振态 4000? 紫 7600? 红 * 简化 合成两个相互垂直的方向. 偏振光 部分偏振光 完全（线）偏振光 E没有优势方向 自然光的分解 * 某些物质对于光的互相垂直的分振动具有选择吸收的性能 人造偏振片 偏振化方向——容许光振动矢量通过的方向。 自然光通过偏振片?偏振光 起偏 明 ? 明,但减弱 ? ?/2 暗 如果入射光是部分偏振光,旋转偏振片,透射光有明暗变化,但不会出现全暗;入射光是自然光,透射光无明暗变化.—检偏. §2 偏振片的起偏和检偏 * 起偏和检偏 * 证: 0 N M 将A0分解成 ? A0cos? A0sin? A0 ? A0cos? A0sin? 设：透射光强I，入射光强I0 马吕斯定律 * 例：有两块偏振片A和B,偏振化方向的夹角为600。 1 入射光是自然光,设偏振片无吸收,求穿过A和B后的透射光与入射光的光强比; 2 入射光是线偏振光,振动方向与第一块偏振片的偏振化方向的夹角为300,求穿过A,B后透射光与入射光的光强比; 3 如果偏振片的吸收系数为0.1,再求 2 的结果. N1 N2 600 I0 I1 I2 解: 1 自然光通过偏振片A,光强被吸收一半,有: * i ? n1 n2 §3 反射和折射的偏振 实验发现: 反射光和折射光一般都是部分偏振光,反射光中垂直于入射面的光振动占优.折射光中平行于入射面的光振动占优. n1 n2 i0 ? 当 i为某一入射角i0时，反射光成为完全偏振光。 布儒斯特定律 * 两个相关结论 1.入射角为i0时，折射光与反射光垂直。 证： 2. n1水 n2玻璃 i0 ? 所以，光从玻璃向水界面入射时的布儒斯特角就是光从水向玻璃界面入射时的折射角。 光从水向玻璃界面入射时的布儒斯特角为i0，问光从玻璃向水界面入射时的布儒斯特角为多少？ * 玻璃堆 光从空气射向玻璃 线偏振光 * §4 光的双折射 一束入射光经某些晶体折射后可分成两束光线的现象称为双折射。 1. 寻常光和非常光 实验表明，双折射现象中的两束折射光线都是线偏振光，分别称为寻常光和非常光。 n1 n2 i ro re 各向异 性媒质 自然光 o光 e光 寻常光（o光）： 遵从折射定律 非常光（e光）: 一般不遵从折射定律 折射面与入射面不一定重合。 * 用偏振片检查o光和e光，发现它们都是偏振光，但振动方向不一样，为了便于描述o光和e光的偏振情况及其相互关系，需要引入几个与晶体有关的概念。 （1）光轴 o光在晶体中各方向上速度相同,折射率n c/u相同; e光各向速度不同,折射率不同. 在晶体中有一个确定的方向, o光和e光沿此方向传播速度相等,折射率相等,不发生双折射. o光折射率: e光折射率: 注意：光轴仅标志一定的方向，并不限于某一条特殊的直线。 双折射的实质是o光和e光在晶体中的传播速度不同。 * 给出两个实验事实： 1 在光轴方向 e光的速度等于o 光速度，即等于vo 2 在垂直光轴方向 o 光e 光两个速度差别最大; 与o 光速度差别最大的速度记做ve, 且ve为常数。 v0 ve ； 或v0 ve 并且有以下两种情况 （2）负晶与正晶 凡属v0 ve ，（即 n0 ne）晶体称为负晶。 凡属v0 ve ，（即n0 ne） 晶体称为正晶。 定义： 为晶体对e光的主折射率，即e光在垂直于光轴方向的折射率。 * 方解石 1.4864 1.6584 石英 1.5534 1.5443 （对波长为589.3纳米的钠黄光） 方解石晶体（负晶） CaCO3 石英（正晶） * 光轴在入射面内 光轴垂直入射面 o 光的子波面