《大学物理》 第13章.pptVIP

第七节 光 的 偏 振 由于自然光的光矢量在所有方向上都是均匀分布的，因而将P1绕光的传播方向转动时，透过P1的光强不变，但它只有入射光强的一半. 若入射到偏振片的光是线偏振光，则当偏振片的偏振化方向与线偏振光的光矢量方向一致时，透射光最强；当这两个方向互相垂直时，透射光的光强为零.自然光透过P1后形成线偏振光，再入射于偏振片P2，如果将P2绕光的传播方向慢慢转动，可以看到透过P2的光强将随P2的转动而发生变化.当P1和P2的偏振化方向相互平行时，透射光的光强最大，而当两者的偏振化方向相互垂直时，光强为零，通常称为消光现象. 第七节 光 的 偏 振 当用部分偏振光入射时，旋转偏振片，透射光的光强也要发生变化，但不存在光强为零的情况.总之，旋转一个偏振片，可以通过透射光的光强度变化情况来确定入射光的偏振状态，这个过程称为检偏，有检偏作用的光学元件称为检偏器.起偏器和检偏器可以是两块构造完全相同的偏振片，仅是它们的用途不同而已.图13- 45中的偏振片P2就是一个检偏器. 第七节 光 的 偏 振 马吕斯定律 二、 线偏振光透过检偏器后，光强的变化遵从马吕斯定律.自然光可以用两个独立的、互相垂直而振幅相等的光振动来表示，每个光振动的能量为自然光总能量的一半.当自然光通过一偏振片后，透射光为线偏振光. ?线偏振光通过转动的检偏器，光强会连续变化.那么强度为I0的线偏振光，通过检偏器后，其强度I应为多大?马吕斯定律指出，在不考虑吸收和反射的情况下，透射线偏振光与入射线偏振光的强度关系为 I=I0cos2α (13- 37) 式中，α为入射线偏振光的振动方向与检偏器偏振化方向之间的夹角.证明如下： 第七节 光 的 偏 振 设起偏器P1与检偏器P2两者偏振化方向的夹角为α，如图13- 46所示. 图13- 46 马吕斯定律原理图 第七节 光 的 偏 振 以E0表示线偏振光的光矢量振幅，由图可知，透过检偏器P2的光矢量振幅E只是E0在P2方向上的投影，即E=E0cos α.由于光的强度正比于振幅的二次方，因而有 第七节 光 的 偏 振 【例13-10】 第七节 光 的 偏 振 反射和折射时光的偏振 三、 从大量的实验中发现，当一束自然光以任意入射角i入射到两种各向同性介质的分界面上而发生反射和折射时，不仅光的传播方向要改变，而且其反射光和折射光一般都变为部分偏振光.其中，反射光是以垂直于入射面的光振动为主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主的部分偏振光.反射时光的偏振现象是马吕斯在1808年发现的，如图13- 47（a）所示.他把某种晶体绕着从玻璃上反射的光线旋转时，发现透过晶体的光的强度会发生周期性的变化.但在一般情况下，不论晶体在什么位置，总不能看到光强为零.这说明反射光是部分偏振光.实验还表明，反射光的偏振化程度随入射角而变化. 第七节 光 的 偏 振 1813年，布儒斯特在实验中发现，当入射角为某一特定的角度i0时，反射光成为光振动垂直于入射面的线偏振光，即完全偏振光，如图13- 47（b）所示. 图13- 47 反射和折射时光的偏振 第七节 光 的 偏 振 这个特定的角度称为起偏振角或布儒斯特角.当光线以起偏振角i0入射时，反射光和折射光的传播方向相互垂直，即有 γ+i0=90° (13- 38） (13- 39) 式中，n1和n2分别表示入射光和折射光所在介质的折射率.式（13- 39)称为布儒斯特定律，i0为布儒斯特角.例如，自然光从空气入射到玻璃而反射时，n1=1，n2=15，可以算出 i0=56.3°. 第七节 光 的 偏 振 布儒斯特定律揭示了经过反射可以获得完全偏振光，所以反射可以起偏.但是，因为反射光太弱，人们想出了用多次反射的方法获得完全偏振光.让自然光以布儒斯特角i0入射到用若干块玻璃片组成的玻璃片堆，每块玻璃片有两个反射面，这样各个反射面反射的完全偏振光合在一起，就大大加强了反射偏振光的强度；同时，由于每次都反射掉垂直入射面振动的光能，使得折射光也接近是平行入射面振动的偏振光. 第七节 光 的 偏 振 也就是说，经过多次折射也可以起偏.如图13- 48所示，为了增强反射光的强度和折射光的偏振化程度，可以将许多相互平行的玻璃片叠在一起构成玻璃片堆，将自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆时，光在各层玻璃片上经过多次反射和折射，逐渐除去垂直振动的成分，最后透射出的几乎全部为平行于入射面的光振动. 图13- 48 利用玻璃堆产生全偏振光 第七节 光 的 偏 振 玻璃片的数目越多，折射光的偏振度越高.如图13- 49所示，通常将玻璃片堆装入一个圆筒内，使玻璃片表面的法线与筒的轴线成布儒斯特角i0，便成为一个性能良好的