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1、第三章 光的偏振第三章 光的偏振 干涉、 衍射 光是波动干涉、 衍射 光是波动 偏振 光是横波偏振 光是横波 光是横波，的方向与光的传播方向垂直。光是横波，的方向与光的传播方向垂直。E ? 3.1 光的偏振状态光的偏振状态 E ? V ? 非偏振光（自然光）非偏振光（自然光） 完全偏振光完全偏振光 线偏振光线偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光 圆偏振光圆偏振光 部分偏振光部分偏振光天光、湖光天光、湖光 一、完全偏振光一、完全偏振光 1. 线偏振光（平面偏振光）线偏振光（平面偏振光） 线偏振光的振动面固定不变。线偏振光的振动面固定不变。 光矢量光矢量 E 只沿一个固定的方向振动。只沿一个固定的方向振动
2、。 振动面：振动面： 光矢量与光的传播方向构成的平面光矢量与光的传播方向构成的平面。 面对光的传播方向看面对光的传播方向看 振动面振动面 播播 传 方向 传 方向 E ? v ? 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解 sin cos EE EE y x = = = = E Ey Ex y x v E 平行屏幕平行屏幕 v E 垂直平幕垂直平幕 线偏振光表示法：线偏振光表示法： 2. 椭圆和圆偏振光椭圆和圆偏振光 迎着光的传播方向看 光矢量 逆时针旋转 迎着光的传播方向看 光矢量 逆时针旋转 左旋偏振光 光矢量顺时针旋转 左旋偏振光 光矢量顺时针旋转 右旋偏振光右
3、旋偏振光 y y x z 传播方向传播方向 /2 x 某时刻左旋圆偏振光某时刻左旋圆偏振光E随随z的变化的变化 E 0E ? v ? 光矢量在沿光的传播方向前进的同时，还绕传播方向匀速转动， 若其端点描绘出一个椭圆，则称之为椭圆偏振光。 若光矢量大小不变，其端点描绘出一个圆，则称之为圆偏振光。 光矢量在沿光的传播方向前进的同时，还绕传播方向匀速转动， 若其端点描绘出一个椭圆，则称之为椭圆偏振光。 若光矢量大小不变，其端点描绘出一个圆，则称之为圆偏振光。 E ? v ? 二、非偏振光（自然光）二、非偏振光（自然光） V ? ? v ? v ? v ? 一束自然光可分解为两束振动方向相互 垂直的、
4、等幅的、不相干的线偏振光。 一束自然光可分解为两束振动方向相互 垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。 自然光表示法自然光表示法 三、 部分偏振光：三、 部分偏振光： 自然光和线偏振光的混合。自然光和线偏振光的混合。 各方向光振动均有，某些方向光振 动强，另一些方向振动弱。 各方向光振动均有，某些方向光振 动强，另一些方向振动弱。 屏幕内的光振动较强屏幕内的光振动较强。 垂直屏幕内的光振动较强。垂直屏幕内的光振动较强。 部分偏振光部分偏振光 表示法：表示法： 部分偏振光的分解部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂 直的、不等幅的、不相干的线偏振光。 部分偏振光可分解为两束振动方向相
5、互垂 直的、不等幅的、不相干的线偏振光。 3.2 起偏与检偏起偏与检偏 偏振片偏振片 一、检偏与起偏一、检偏与起偏 偏振片偏振片 I 2 1 起偏器起偏器 检偏器检偏器 I 2 1 I 2 1 I 为为A、B 偏振化方向间的夹角偏振化方向间的夹角 0 90180 270 360 最亮最亮暗暗 最 亮最 亮 暗暗 最亮最亮 消光：透射光光强为零被称为消光。消光：透射光光强为零被称为消光。 两次消光两次消光 I 2 1 A B I 液晶电视屏 P1 P2 二、马吕斯定律二、马吕斯定律 条件：条件：线偏振光线偏振光入射到检偏器上（不考虑吸收）入射到检偏器上（不考虑吸收）. 结论：结论：透射光强为透射
6、光强为 2 0 cosII = = I 0：入射线偏振光的强度 ：入射线偏振光的强度 : : 起偏器和检偏器偏振化方向间的夹角起偏器和检偏器偏振化方向间的夹角 即入射光的光矢量振动方向和检偏器偏振化方向间的夹角即入射光的光矢量振动方向和检偏器偏振化方向间的夹角 cos 0 AA = = 2 0 cosII = = 3 , 22 = =或或 A0 A 为其它值，为其它值， 0 I I0 = 0或或 时，时， max = I0 I min = 0 部分偏振光部分偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光无法区分无法区分 圆偏振光圆偏振光 自然光自然光 无法区分无法区分 透射光强变化 但无消光现象 透射光强变化
7、但无消光现象 透射光强无变化透射光强无变化 偏振片偏振片 偏振片偏振片 液晶显示技术 A liquid crystal Display (LCD) 应用于：液晶显示的手表、笔记本、电视等。应用于：液晶显示的手表、笔记本、电视等。 例：强度为例：强度为 I0 的自然光入射到起偏器上，若起偏器 与检偏的偏振化方向的夹角为 的自然光入射到起偏器上，若起偏器 与检偏的偏振化方向的夹角为 30，透射光强，透射光强 I1 =? 若检偏器如图所示旋转 ? 若检偏器如图所示旋转 45，透射光强，透射光强 I2 = ? 解 ? 解:自然光自然光I0起偏器起偏器 由马吕斯定律：由马吕斯定律： 透射光强透射光强0
8、2 1 I为线偏振光 为线偏振光 0 2 0 2 01 8 3 ) 2 3 ( 2 1 30cos 2 1 IIII= 2o 200 1 cos 750.033 2 III= 2 0 cosII = = o 30 = = oo 3045 =+=+ P1 P2 30 例：部分偏振光由自然光和线偏振光混合而成，用偏 振片观察之，发现当偏针片由最大亮度转过 例：部分偏振光由自然光和线偏振光混合而成，用偏 振片观察之，发现当偏针片由最大亮度转过 60 时， 光束亮度减为一半，求 时， 光束亮度减为一半，求: I自 自： ：I线 线 =? ? 解：设入射光的强度为解：设入射光的强度为 1 偏振光偏振光x
9、 自然光自然光 1 x 偏振片偏振片 )1( 2 1 x 偏振片偏振片 2 cosx 两部分间无固定相位关系，透射光强为：两部分间无固定相位关系，透射光强为： I 总 总= I 自自+ I 线线 2 cos)1( 2 1 xx +=+= max60 2 1 II=) 2 1 2 1 ( 2 1 4 1 2 1 xx+=+= x =0.5 I自 自： ：I线 线= 1:1 o 0 = = xxI+=+=)1( 2 1 max x 2 1 2 1 +=+= o 60 = = o2 60 60cos)1( 2 1 xxI+=+= xxx 4 1 2 1 4 1 )1( 2 1 =+=+= 2 cos
10、)1( 2 1 xxI+=+= 总总 3.3 反射和折射光的偏振状态反射和折射光的偏振状态 n1 n2 I I r 布儒斯特角布儒斯特角 i = i0时，反射光为光振动面垂直入射面的线偏振光。时，反射光为光振动面垂直入射面的线偏振光。 i 0布儒斯特角布儒斯特角 (起偏角起偏角)。此时。此时r + i0= 90 i0i0 r n1 n2 2 rninsinsin 201 = = 0 0 0 cos sin tan i i i = = 02 cosin= = 21 1 2 n n n = 210 tanni = = i = i0 时，入射光中平行入射面的光振动被全部折射时，入射光中平行入射面的光
11、振动被全部折射 垂直入射面的光振动也大部分被折射垂直入射面的光振动也大部分被折射 i0i0 r n1 n2 2 反射光为光振动面垂直入射面的线偏振光，但光强较反射光为光振动面垂直入射面的线偏振光，但光强较弱弱。 折射光为部分偏振光，光强很折射光为部分偏振光，光强很强。强。 例：自然光照射玻璃，例：自然光照射玻璃，n21=1.50 i0 =56 平行入射面的光振动全部折射平行入射面的光振动全部折射 垂直入射面的光振动垂直入射面的光振动 85% 折射折射 15% 反射反射 i0i0 r n1 n2 2 i0 n1 提高反射光的强度和折射光的偏振化程度提高反射光的强度和折射光的偏振化程度 反射光反射
12、光 折射光折射光 玻璃堆玻璃堆 1 2 0 tan n n i = = 2 1 tan n n r = = n2 作 业作 业 6-27, 6-28, 6-29 光学部分结束！ 大学物理（上）结束！ 光学部分结束！ 大学物理（上）结束！ ? 感谢课代表的无私贡献！感谢课代表的无私贡献！ ? 感谢全体同学对老师的支持！感谢全体同学对老师的支持！ ? 祝愿大家大学物理课程取得好成绩！祝愿大家大学物理课程取得好成绩！ ? 马上开始期末复习!马上开始期末复习! ? 考试带计算器！考试带计算器！ 期 末 复 习期 末 复 习 本学期本学期(2015)不考的章节如下不考的章节如下 （以大学物理教材，第二版为准）：（以大学物理教材，第二版为准）： 1.1.4、1.2.4 2.3.3 3.5、3.6、3.7 4.5.3、4.6.4 5.3.2、5.4、5.5.8、5.7.3、5.7.5、5.8 6.3.1、6.6.2、6.7.4、6.8、6.9.4、6.9.5、6.9.6 考试中给定的基本常数：考试中给定的基本常数： 普适常数普适常数R、玻尔兹曼常数、玻尔兹曼常数k、地球半径、地球半径