大学物理第16章 光的偏振.pptVIP

第16章 光的偏振 自然光 偏振光 16.1 偏振片 马吕斯定律 16.2 16.1 自然光 偏振光 光矢量只沿着垂直于其传播方向的某一个特定方向振动时，称为线偏振光。 通常把振动方向和传播方向组成的平面称为振动平面。 显然线偏振光的振动平面是一个固定的平面，所以有时也把线偏振光称为平面偏振光。 普通光源发出的光是由无数原子或分子发出的。 虽然每一个原子或分子发出的某一个波列振动方向是固定的，相当于线偏振光。 但是，原子发出的不同波列之间是相互独立的，其振动方向没有规律可寻，更不用说光源中其他原子或分子发出的波列。 所以在宏观上观察，任何一个方向的振动都不会比其他方向有优势，即整个光矢量的振动在各个方向上的分布是均匀堆成的，每个方向上的振幅也可以看作相同，如图16-1（a）所示。这种没有偏振特点的光称为自然光，也称自然偏振光。 如图16-1（b）所示，为了更方便地表示自然光，通常任意取垂直于光传播方向且相互垂直的两个方向，沿这两个方向将光矢量分解开来，把自然光总的振动转化成相互垂直两个方向的振动。根据自然光的特点，这两个振动必然是沿着相互独立、等振幅、相互垂直的方向振动。 于是，光束被分解成两束相互独立、等强度、光矢量振动方向相互垂直的线偏振光。两束线偏振光的强度均等于自然光强度的一半。 在光的偏振性的研究中，通常用短线段表示平行于纸面的振动，用圆点表示垂直纸面的振动，用单位长度上短线段或圆点的多少表示各自振动的强度大小。因此，自然偏振光就可以表示为图16-1（c）。 图16-1 自然偏振光及其表示 通过一些特殊的方法，可以将自然光两个分量中的一个消除，使自然光变为线偏振光。 也可只消除自然光一个振动分量的一部分，此时光束两个振动方向上的分量强度不再相等，称为部分偏振光。线偏振光和部分偏振光的表示如图16-2所示。 图16-2 线偏振光和部分偏振光的表示 16.2 偏振片 马吕斯定律 16.2.1 偏振片 从自然光可以获得偏振光，这样的过程称为起偏。 完成这样工作的光学器件称为起偏器。 最常见的起偏器之一就是偏振片。 偏振片用特殊物质（如硫酸金鸡钠硷）制成，使其能够对某一方向的光振动产生强烈的吸收，而让与之相垂直方向的振动最大限度地透过。 通常把偏振片透光的方向称为偏振片的偏振化方向或透振方向。 自然光垂直入射到偏振片上，只有沿着偏振化方向的光分量能够通过，透射出来的光强度等于自然光的一半，如图16-3所示。 图16-3 偏振片 偏振片也可用于检偏。在垂直于偏振光的传播方向上加入偏振片，如果线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同，则偏振光能够最大限度地透过偏振片；若线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相垂直，则光线不能够透过偏振片；线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向成一定角度时，只有部分偏振光透过偏振片。 因此，根据一束光沿不同角度透过偏振片后的情况就可以判断该光是否为偏振光。 16.2.2 马吕斯定律 图16-4 马吕斯定律 16.3 反射光和折射光的偏振规律 一束自然光以入射角 入射到两种物质的交界面上，两种物质的折射率分别为 和 。 光束的一部分会在交界面上发生反射，反射角也为 ，另一部分发生折射，设折射角为?。 若把所有光束的振动都分解为平行于纸面和垂直于纸面两个方向的振动，其中平行于纸面的振动用短线段表示，垂直于纸面的振动用圆点表示，短线段和圆点的多少代表光强度的强弱。 如图16-5所示，通过偏振片检验，可以发现反射光中垂直振动的部分比平行振动的部分强，折射光中的垂直振动的部分比平行振动的部分弱。也就是说，反射光和折射光都将成为部分偏振光。 图16-5 自然光的反射和折射 16.4 双折射 与在各向同性介质中传播不同，光在各向异性晶体中传播时会发生一种特殊现象——双折射。 16.4.1 双折射现象 通常，一束光照射到两种物质的交界面上发生折射时，只会观察到一束折射光，并遵循折射定律 图16-7 双折射现象 16.4.2 光轴 主平面 光入射到双折射晶体表面并沿着某一个方向入射时，可以发现：晶体的内部总存在一个确定的方向，沿着这个方向传播时，寻常光和非寻常光并没有分开，即此时不发生双折射现象。这一方向称为晶体的光轴。 以方解石晶体为例，方解石晶体为 6面棱体，有8个顶点，如图16-8所示。 图16-8 方解石晶体 其中以A、B为顶点的各个角都是102°，连接这两个顶点引出的直线就是光轴的方向。