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* 一、自然光和偏振光 §9. 8 光的偏振 对于横波来讲，振动方向对传播方向是不对称的，也就是说在垂直于光传播方向的平面内，光矢量可能有各种不同的振动方向，这种振动方向对于传播方向的不对称性，称为偏振。 实际上，每个原子每次发出的光都是完全偏振光。 E 播 传 方 向 振 动 面 面对光的传播方向看 光矢量E，在一个固定的平面内沿一个固定方向作振动，这样的光我们称为线偏振光或完全偏振光。 线偏振光 一般看到的都是大量原子发的光，它们各自独立发光，光的振动方向在各个方向上的机会均等，也就是说在所有可能的方向上都有光矢量，而且平均来说，光矢量的振幅都完全相等，这种光称为自然光。 如果在垂直光传播方向的平面内，各方向的光振动都有，而只是振幅不相等，这种光称为部分偏振光。 （a）自然光 （b）部分偏振光 （c）完全偏振光 为了做图方便，可以把沿任何方向的振动分解为两个相互垂直的振动。用如下的符号来表示光在纸面的振动方向： 用短线表示光振动在纸面内，用黑点表示光振动垂直纸面，短线和黑点的疏密表示该振动方向的振动强度。 二、 起偏器和检偏器 每个光矢量都可以分成相互垂直的两个分量，我们只要去掉一个方向的光分量，只剩一个方向的光分量，就成了偏振光。 在自然界有一些晶体有这样的特性，它们可以吸收某一个方向的光矢量，而只让另一方向的光矢量通过，这种性质称为二向色性。 例如：硫酸碘奎宁，硫酸奎宁碱晶粒等。 可以在透明基片上，如赛路珞片或玻璃上蒸镀上0.1mm的硫酸碘奎宁，就制成了起偏器。 起偏器可以起偏，也可以作为检偏器，检验入射光是否是偏振光。 偏振片的起偏: 非偏振光I0 线偏振光 I P 偏振化方向 (透振方向) · · · 检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态。 I ? P 待检光 思考题： I 不变?待检光是什么光 I 变，有消光?待检光是什么光 I 变，无消光?待检光是什么光 三、 马吕斯定律 设通过起偏器的偏振光的振幅为A0 ； 相应光强度： 检偏器偏振化方向与起偏器偏振化方向夹角为α 当这束线偏振光射到检偏器上时，只有平行于检偏器偏振化方向的光能通过，其振幅为A = A0cosα，设其光强为I，则： ??马吕斯定律（1809） 例题：用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在它们的偏振化方向成 300角时，观测一光源，又在成 600 角时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。求两光源照到起偏器上光强之比。 解: 令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2 /2。按照马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为 所以 但按题意 即 四、反射和折射时的偏振 布儒斯特定律 当自然光投射到两介质分界面时,有一部分被反射，另一部分被折射。实验发现，在反射光中，垂直入射面的光多一些，而在折射光中，平行入射面的多一些。 · · · · · · · n1 n2 i i γ · · 实验证明：i = i0 时，反射光只有垂直分量，无平行分量。 i 0 — 布儒斯特角或起偏角 并且 i0 +γ0 = 90o 由折射定律： 有 —— 布儒斯特定律 (1812年) n1 · · · · · n2 i0 i0 γ0 线偏振光 · · S · · 非布儒斯特角入射，反、折射光均为部分偏振光。 布儒斯特角入射，反射光为线偏振光。 五、 光的双折射现象 获得偏振光的另一种方法是利用双折射现象。 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。 双折射现象 光在进入各向同性的介质时满足折射定律： 但是当光进入各向异性的晶体时，常可以看到有两条沿不同方向的折射光，一条是满足折射定律的折射光，我们称之为寻常光，也叫o光（ordinary ray）。另一条光线不满足折射定律，我们叫它非常光，也叫e光（extraordinary ray）。 n1 n2 i ro re (各向异性媒质) 自然光 o光 e光 注意：e 光折射线也不一定在入射面内。 最常见的是方解石（CaCO3 ）晶体的双折射。 实验发现，o光和e光都是完全偏振光。 作业： P237 9.28, 9.29，9.30，9.31 *