第30讲 光的偏振1.ppt

14.3 反射和折射时光的偏振 一、实验现象 自然光 部分偏振光 反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化 部分 偏振光 反射光的偏振效应是马吕斯在1808年发现的。 当时法国科学院悬赏征求双折射的数学理论，马吕斯就着手研究这个问题。一天傍晚，他站在家中的窗口研究方解石晶体。 这时夕阳西照，夕阳的象从离他家不远的卢森堡宫的窗户上反射过来。他通过方解石观察反射的阳光。使他意外的是，当转动方解石时，双象中的一个消失了！夜里他又从水面上和玻璃面上反射的烛光来核实他的观察。 双折射的意义和偏振光的实际本性首次变得清楚了（当时，在波动理论的范围内还没有偏振现象的圆满解释）。 二、布儒斯特定律 1812年，圣安德鲁斯大学的物理学教授、万花筒的发明人布儒斯特仔细地研究了反射过程中的偏振化现象，发现反射光的偏振化程度和入射角有关。 严密的实验检测表明，当入射角等于某一特定值 i0 时，反射光是完全偏振的。 这时反射光的振动方向垂直于入射面，而且反射方向与折射方向相互垂直。 由折射定律 ─布儒斯特定律 根据布儒斯特定律可测不透明介质的折射率。 布儒斯特定律还提供了一个方便的方法来确定未标明方向的起偏器的透光轴，只需要一片玻璃或者一个水池就行了。 i0 ─布儒斯特角 从电子论的观点看，光和物质的作用归结为电磁场和介质中原子分子的作用。 光波的高频电磁场使原子、分子中的束缚电子作强迫运动，这些进入振动状态的电子就要发射次级电磁波（子波）。处于束缚态的这些电子相互间有强烈的耦合，因而它们发射的次波是相干的。 反射光就是由这些次波相干相长造成的。 另一方面，电子振动的平面也就是光的振动平面，它应该与光的传播方向垂直。 布儒斯特定律的物理机制 入射到介质表面的自然光引起介质中电子的振动，将这个振动分解成两个相互垂直的分量，一个分量垂直于入射面（屏幕平面），将其标记为“点”成分；另一个分量在入射面内，标记为“线成分”。 而“点”成分的振动方向与折射和反射方向都垂直，因而“点”成分的振动状态沿这两个方向始终都能传播。 “线”成分显然垂直于折射线。当入射角为布儒斯特角时，折射线与反射线垂直，即“线”成分的振动方向与反射线平行，这种振动状态当然就不能在反射方向传播了。 讨论 要想利用布儒斯特定律做一个有效的起偏器，会碰到这样一个问题： 三、利用玻璃片堆产生线偏振光 为解决这个问题，阿喇果在1812年发明了平板堆起偏器。 这种器件在可见光区用玻璃板制作，在红外区用氯化银板，在紫外区用石英或者是石英玻璃。用十片左右的显微镜载玻片，就可以做成一个粗糙的玻璃片堆。 反射光虽然完全偏振，但是很弱；透射光虽然较强，却是部分偏振的。 趋近线偏振光 玻璃片堆 (约15层) 最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光 i0 依然是布儒斯特角 如果 i0′也是布儒斯特角，求水面与玻璃之间的夹角θ。（n1= 1, n2= 1.33， n3= 1.5） 解： 例题4 ： 根据布儒斯特定律知 由几何关系知 则 0 g 外腔式激光管加装布儒斯特窗，可使出射光为全偏振光，并减少反射损失。 · · · · · · · · · · · i0 i0 · 激光输出 外腔式激光器谐振腔 布儒斯特窗 M1 M2 · · i0 i0 激光器布儒斯特窗 橱窗玻璃上的反射光、水面上的反射光常常影响我们对窗内展品、水下景致的鉴赏。 由于反射光具有偏振性，戴上偏振镜，或在照相机镜头前加装偏振滤光镜，就可以消除这种反射光，从而清晰地浏览橱窗内的展品以及水下的各种景物，并清晰地将它们拍摄下来。 偏振滤光镜的妙用 * 光波是横波。 光波中光矢量的振动方向总是和光的传播方向垂直，光波的这一基本特性称为光的偏振。 在垂直于光波传播方向的平面上，光矢量有不同的振动方向和振动状态，这些振动方向和振动状态称为光的偏振态。 偏振是光的波动性的第三个表现。光的偏振说明光是横波。 一、横波的偏振性 首先我们看看横波与纵波的不同点。 振动面与狭缝平行的横波可顺畅通过； 纵波遇到狭缝没有方向选择效应。 14.1 光的偏振状态 振动面与狭缝垂直的横波受到极大阻碍； 电磁波是横波，如何用实验证明呢？ 如果正入射电磁波的电场振动平面平行于线栅， 电场必驱动导线中的自由电子沿导线作强迫运动 电磁波的能量被吸收而不能透射