1、1,纵波、横波都可以产生干涉、衍射，但有些过程二者表现截然不同,纵波振动方向和传播方向一致,横波振动方向和传播方向垂直,在和光传播方向垂直的平面内，光振动方向的具体取向如何？有何规律？光的偏振（横波特有的规律）,14.10 自然光和偏振光,一. 自然光,热光源发光的特点：波列数量大量的；每个波列的振向偶然的,一个原子发光，发出一个波列，光振动 具有确定的方向；但光源的大量原子发光是各自独立进行的，各波列的光振动 以完全偶然的次序取所有可能的方向，没有哪一个方向比其他方向更占优势，即光振动 取任一方向的几率均等，这样的光叫自然光。,光 的 偏 振,2,自然光也可以表示为：,二个相互垂直的光振动，
2、光强各占一半,二者疏密程度一样，表示各方向光振动一样，没有哪个方向的振动更占优势,3,二. 偏振光,如果光只保留某一个方向的振动，或在某一方向振动占优势，这样的光叫偏振光。,偏振光分二种：,1. 线偏振光（完全偏振光）：只在某一固定方向振动的光,2. 部分偏振光：,1. 通过偏振片,2. 光在二界面的反射和折射,3. 双折射,4,14.11 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律,一. 偏振片,一些晶体具有各向异性，对互相垂直的二个光振动有选择吸收的性能，即可以吸收一个方向的光振动，这种性质称为晶体的二向色性。,在一个晶片上涂有一层细微的晶体物质，制成人造偏振片。,1. 偏振片的性质：,自然光通过偏振
3、片，只有一个方向的光振动或其他方向的光振动在该方向上的分量可以通过，另一方向的光振动被吸收，从而形成完全偏振光，光强减半。,5,不是只有一个振动方向的光可以通过偏振片，其他方向振动的光在偏振化方向的分量均可以通过偏振片。,自然光不是只有2个方向的振动，在 02p 内有无数个振动方向。,2. 偏振化方向：,偏振片允许通过的光振动的方向。,6,3. 偏振片的起偏和检偏：,转动 A，光强不变,最亮,最暗,示教,7,1自然光通过偏振片A 成为偏振光，光强减半；转动 A，透射光强度不变。,2自然光通过 A 成为偏振光，再通过 B，转动 B，透射光强度发生周期性变化：,当A 和 B 的偏振化方向一致，光强
4、最强；,当A 和 B 的偏振化方向垂直，光强最弱；,当A 和 B 的偏振化方向夹角为a ，光强 I/ = ?,即偏振光的光振动方向和检偏器的偏振化方向的夹角a 与通过检偏器的光的强度的关系？,8,二. 马吕斯定律,设自然光强度 2I0 ，通过起偏器 I0 ，再通过检偏器，透射光的强度（不计吸收）：,证明：,当B 转动时，透射光强发生周期性的变化，这是因为线偏振光的光振动方向和偏振片B 的偏振化方向的夹角a 在变化，因而引起偏振光的光振动矢量在 B的偏振化方向的分量也随着改变。,9,图中 A0 是入射线偏振光的光矢量， ON 是检偏器的偏振化方向，a 是偏振光与检偏器偏振化方向的夹角。,将 A0
5、 分成2个分量：,分量 A0cosa / B 的偏振化方向，可通过 B,分量 A0sina B 的偏振化方向，不能通过 B,偏振光通过 B 后，光振幅变为 A0cosa，而 IA2，所以：,强度为 I0 的偏振光通过偏振片后，出射光的强度为 I0cos2a,a =0 p 时，A、B 的偏振化方向一致， I =I0 光强最大,a = 3p / 2 p / 2 时，A、B 的偏振化方向垂直， I =0 消光,10,例：一束光强为 I0 的自然光通过偏振片P1，光强 I1=? I1 再经过P2（P1 和P2 的偏振化方向垂直）后光强I2=? 若在P1 和P2 间插入P3，P1和P3的偏振化方向的夹角
6、为a，则出射光强I3=? I3 最大等于多少？（P1、P2、P3均无吸收）,答：,结论：要使完全偏振光的偏振化方向转过90，必通过二块偏振光。,11,14.12 反射和折射产生的偏振,一. 反射和折射产生的偏振,实验指出：自然光入射到介质面后发生反射光和折射光均为部分偏振光；,改变入射角i 的大小，反射、折射光的偏振化程度也发生变化，规律如何？,12,二. 布儒斯特定律（实验定律）,实验指出：当 i = ib 时，反射光折射光，即,此时：反射光完全偏振光,光振动入射面,折射光部分偏振光,入射面内的光振动强,ib 称为起偏角（布儒斯特角），ib的大小和二种介质的n1 、n2有关,求得：,n21介
7、质2对介质1的相对折射率,布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特角 ib 入射到二介质界面时，反射光为完全偏振光，振动方向入射面,13,三. 应用,1. 测量不透明介质的折射率,让光线入射到不透明的介质上，改变入射角i 并测反射光线的偏振化程度，当反射光线为完全偏振光时， 入射角 ib 即为布儒斯特角，即：,2. 玻璃堆,自然光入射到二介质界面上，反射光是完全偏振光，但光强小；折射光是部分偏振光，但光强大。应设法增强反射光的强度或提高折射光的偏振化程度,将许多玻璃片叠起来，以起偏角 ib 入射，经多片玻璃反射，反射光总是完全偏振光，多次反射，光强增强；折射光是部分偏振光，但每次折入第二种介质时，都将
8、入射面的光振动反射出一部分，折射光的偏振化程度提高了,14,最终可得到二束互相的完全偏振光,反射光振动面入射面,折射光振动面 / 入射面,15, ib 是起偏角,反射光折射光,由图可知：, i/b 也是起偏角,16,14.13 光的双折射,一. 晶体中光的双折射现象,在各向异性的介质中，一束入射光可产生二条折射光，称为o光、e光。此现象称为晶体的双折射。,1. 双折射的规律：,1 o光 遵循折射定律， 寻常光， 在入射面内e光不遵循折射定律，非常光，一般不在入射面,如：入射角 i = 0,2 o光、e光都是完全偏振光，二振向互相垂直,17,3 o光、e光在晶体中传播速度不同,从实验观察可知：,
9、o光向各方向v 相同，在晶体中任一点引起子波面是球面 e光向各方向v 不同，在晶体中任一点引起子波面是旋转椭球面, 光的速度：, o光、e光在同一各向异性的晶体中，折射率n不同,18,2. 关于晶体的几个名词：,1 晶体的光轴,在晶体内有一个方向，光沿此方向入射时，不发生双折射，此方向称为晶体的光轴,在光轴方向上， o、e 二光 v 相同、n 相同,2 单晶体具有一个光轴方向的晶体（方解石、石英）双晶体具有二个光轴方向的晶体（云母、硫磺）,3 正晶体和负晶体,在晶体中，波所到达的各点都是一个新的子波波源，在各向异性的晶体中，每个子波源发出二个子波,若： ve vo 椭球面包围球面负晶体vo v
10、e 球面包围椭球面正晶体,no 晶体对o光的折射率（主折射率） ne 晶体对e光的折射率在垂直光轴方向上（主折射率）,19,以下都是以单轴负晶体为例讨论,20,4 入射面：入射光线和法线确定的平面主平面：某一光线和光轴确定的平面,当光轴在入射面内时： o光、e光主平面近似认为是同一个 当光轴垂直入射面时： o光、e光主平面不重合,o光振向 o光主平面,e光振向在 e光主平面内,二. 利用惠更斯原理解释双折射现象（惠更斯作图法）,21,o光,方解石,光轴,2. 光轴平行入射面，自然光垂直入射负晶体中,方解石,光轴,1. 光轴平行入射面，自然光斜入射负晶体中,光轴,e光,o光,e光,e光,o光,光
11、轴,素材：单轴晶体作图法1,素材：单轴晶体作图法2,22,3. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,此时，o, e光传播方向相同，但传播速度不同。从晶体出射后，二者产生相位差。仍属于双折射,素材：单轴晶体作图法3,23,4. 光轴垂直晶体表面，自然光垂直入射,此时，o, e光波面重合，没有产生双折射,素材：单轴晶体作图法4,24,三. 利用双折射获得偏振光的器件,1. 尼科耳棱镜,将一方解石切成两半，再用加拿大树胶粘起来，自然光进入棱镜，树胶的折射率使o光全反射，另一端出射的是一束线偏光。（可用于起偏、检偏）,25,2. 渥拉斯顿棱镜,光振动经过二棱镜界面， e光o光，折射率变大，即光从光疏进入光密，折射角变小, 光振动经过二棱镜界面， o光e光，折射率变小，即光从光密进入光疏，折射角变大,26,27,偏振现象的应用,1. 车灯和挡风窗,夜间行车，迎面而来的车灯易干扰司机视线。,在车灯和挡风窗玻璃上使用同偏振方向的偏振片，这样可以大大减弱对面汽车灯光，同时自己车灯的光线和挡风窗的偏振方向一致，使司机仍能看清自己车灯照亮的前方路面和物体。,2. 立体电影,两只眼睛看物体，看到二个侧面，因而产生立体感；一只眼睛看，立体感差。,普通电影用一架摄像机拍摄，一架放映机放映，银幕上的画面是平面图像。,28,放映机,立体电影,
