1、联系 QQ1165557537(三)光的偏振1.自然光和偏振光(1)几个基本概念1)偏振:波的振动方向在垂直于波的传播方向的平面内沿着一个固定方向的振动,称为偏振,它是横波所具有的特性。2)振动面:由波的振动方向和波的传播方向组成的平面称为振动面。3)偏振面:与振动面垂直的面称为偏振面,在偏振面内没有波的振动。(2)自然光光是电磁波,是横波。今以 E 矢量(振动)表示光矢量(振动),光振动在垂直于光的传播方向的平面内。但是,由于光源中大量原子发光彼此独立和间歇性,而且每个原子发出的光,其光振动(E 振动)在垂直于光的传播方向的平面内各方向的取向几率相等,所以形成光振动(E 振动)在垂直于光的传
2、播方向的平面内沿各个方向的强度相等(振幅相等),具有这种性质的光称为自然光,如图 2-4-12 所示。自然光不具有偏振性,所以是非偏振光。可将自然光的每个光振动(矢量)正交分解为相互垂直的两个方向的分振动(E),然后各自相加,这样就把自然光分解为两个互相垂直而振幅相等的光振动,以“.“表示垂直于纸面的光振动,以“I“表示在纸面内的光振动,如图 2-4-13 所示。必须指出,上述两个相互垂直的光振动之间没有固定的位相关系。(3)偏振光和部分偏振光1)偏振光把自然光的两个互相垂直的光振动中的一个全部去掉,则就成为光振动在垂直于光的传播方向的平面内只沿一个方向的振动,这种光称为(线)偏振光或完全偏振
3、光,如图 2-4-14 所示。它的光强度为自然光的强度的一半。2)部分偏振光如果把自然光的两个互相垂直的光振动中的一个只去掉一部分,就成为部分偏振光,如图 2-4-15所示。2.反射和折射时光的偏振(1)反射和折射时光的偏振如图 2-4-16()所示,自然光以入射角 i 自折射率为 n1 的介质射向折射率为 n2 的介质界面。将自然光以入射面(由入射线与两种介质分界面的法线所组成的平面)为基准,正交分解为垂在于人射面的光振动(以表示)和平行于入射面的光振动(以|表示)。在分界面上反射的反射光为垂直于入射面的光振动较强的部分偏振光,折射光为平行于人射面的光振动较强的部分偏振光,它们的偏振程度与入
4、射角 i 有关。(2)布儒斯特定律当入射角 io 满足 时,在分界面上反射光为光振动垂直于入射面的(全)偏振光,折射光仍为平行于入射面的光振动较强的部分偏振光。入射角 io 称为布儒斯特角或起偏振角。式(2-4-23)称为布儒斯特定律。此时,入射线与折射线相互垂直,如图 2-4-16(b)所示。若自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(它由折射率分别为 n1 和 n2 的两种介质交替叠置而成),最终可获得反射光为光振动垂直于人射面的(全)偏振光和折射光为光振动平行于人射面的(全)偏振光,如图 2-4-17 所示。3.偏振片的起偏和检偏(D 起偏和检偏的方法在透明薄膜或玻璃片上涂上一层具有吸收某一个方
5、向光振动的物质例如硫酸金鸡纳霜(或险)后,就成为偏振片。偏振片只允许与上述某方向相垂直的光振动通过,这个允许通过的光振动方向叫做偏振片的偏振化方向,在图上用符号“表示。自然光通过偏振片 N 后成为偏振光,其光振动方向与偏振片的偏振化方向一致,如图 2-4-18 所示,这时的偏振片 N 成为起偏振器,为了检查通过偏振片 N 的光是否为偏振光,在偏振片 N 之后光的传播方向上再放一个偏振片 N,当 N的偏振化方向和 N 的偏振化方向一致时,由于通过偏振片 N 的光全部通过偏振片 N,屏上的光点亮度最大,如图 2-4-19()所示。当 N 的偏振化方向与 N的偏振化方向正交,则通过偏振片 N 的光全
6、部不能通过偏振片 N,屏上亮点消失如图 2-4-19(b)所示,这说明通过偏振片 N的光为偏振光。如果入射到偏振片 N的光为自然光,则以光的传播方向为轴,转动偏振片 N(改变 N的偏振化方向),透过 N的光强不发生变化,由此可知,偏振片 N起着检偏振器的作用,因此,称 N为检偏振器。(2)马吕斯定律若起偏振器的偏振化方向与检偏振器的偏振化方向之间的夹角为 ,通过起偏振器后的偏振光的强度为 I0,通过检偏振器后的偏振光的强度为 I,则I=Iocos2(2-4-24)式(2-4-24)称为马吕斯定律。4.光的双折射现象(1)光的双折射现象光通过各向异性晶体,出现两束折射光线,这种现象称为双折射现象
7、。其中一束光线遵从折射定律,称为寻常光线,用 o 表示,也称 o 光;另一束光线不遵从折射定律,称为非常光线,用 e 表示,也称 e光。出现双折射现象的原因是由于 o、e 光在晶体中沿各个方向的传播速度不同(因而折射率也不同)。(2)光轴光沿某一特定方向通过各向异性晶体时,不产生双折射现象,在这个方向,o、e 光的传播速度相同,这个特定的方向就是晶体的光轴。注意,光轴代表一个方向,而不是一条直线。若光通过晶体,只有一个方向不发生双折射,这种晶体称为单轴晶体,如方:解石、石英等。若光通过晶体,有两个方向不发生双折射,这类晶体称为双轴晶体,如云母、硫磺等。(3)主截面通过光轴并与晶体的任一晶面正交
8、的面称为该晶体的主截面。当人射光线在主截面内时,o、e 光均在主截面内,但 o 光的振动方向垂直于主截面,e 光的振动方向平行于主截面,两者都是偏振光。(4)利用双折射现象获得偏振光1)某些晶体,例如电气石,对寻常光线能全部吸收,而能通过非常光线,晶体的这种性质称为二色性。利用电气石的二色性可以获得偏振光。又如偏振片就是在用透明物质制成的薄片表面上,涂上一层(约 0.lmm)二色性很强的硫酸金鸡毛内霜(或脸)组成的。2)利用方解石晶体制成一种称为尼科耳的起偏振棱镜,这种棱镜能把寻常光线用全反射方法除去,只让非常光线透过,从而获得偏振光。尼科尔棱镜出射的偏振光的振动面在其主截面内,告知尼科尔棱镜主截面的方位,也即告知出射偏振光光振动的方位。5.椭圆偏振光和圆偏振光振幅为 A1 的偏振光,垂直入射至光轴平行于晶面的厚度为 d 的晶片,形成 o 光(振
