文档介绍：第十四章光的偏振
Polarization
学时安排:3学时
教学要求:(重点难点)
1、掌握自然光与偏振光的区别和表示法
2、理解利用反射和折射时光的偏振获得偏振光的方法;掌握Brewster定律。
3、理解用偏振片获得偏振光的方法,掌握Malus定律。
4、理解利用光的双折射现象获得偏振光的方法;了解寻常光线、非常光线;晶体的光轴、主截面等概念。了解偏振光的干涉及其应用。
三、教学参考书:
1、University Physics , part2,
2、《大学物理学》,振动、波动与光学部分,杨仲耆,高教出版社。
3、《大学物理学》,波动与光学部分,张三慧,清华大学出版社。
4、《光学》,母国光,人民教育出版社。
前言:偏振是横波具有的特性。由于光具有偏振性,从而说明光是横波(即矢量,矢量垂直于波的传播方向)。本章在阐明自然光和线偏振光的概念之后,介绍获得偏振光和检验偏振光的几种方法:1)、利用反射和折射时光的偏振现象获得偏振光(重点);2)、利用二***物质对某一振动方向的光具有特别强的吸收作用,将其涂在透明的薄片上,制成偏振片,利用偏振片获得偏振光;3)、利用光的双折射现象获得偏振光。在此同时,介绍两个基本定律:Brewster定律和
Malus定律。最后简介偏振光的干涉及其应用。
一、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。
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。
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(ordinary light)
普通光源发出的光是大量原子和分子发光的总和,不同原子和同一原子不同时刻发出的光波彼此是独立的。其振动方向不同且随机分布。从宏观上看,光源发出的光中包含了所有方向的光振动,没有哪个方向的光振动比其他方向更占优势。在垂直于光传播方向的平面内,沿各个方向振动的光矢量都有,形成光振动在垂直于光的传播方向的平面内沿各个方向的强度相等(即振幅相等),具有这种特征的光称为自然光。
传播方向向前
为了研究问题方便起见,常把自然光中各个方向的光振动分解为方向确定的两个互相垂直的分振动。
由自然光的特点,分解的结果可简便地把自然光作为两个独立的(无确定周相关系)互相垂直而振幅相等的光振动来表示。这两种光振动各具有自然光总能量的一半。自然光可用下图表示:
短线表示纸面内的光振动,黑点表示垂直于纸面的光振动。
除激光发生器等特殊光源外,一般光源(太阳、电灯等)发出的光都是自然光。
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通过某种方法全部去掉,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(线)偏振光或完全偏振光。它的光强度为自然光强度的一半。可用下图表示:
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。
垂直纸面的光振动较强
纸面内的光振动较强,下图偏振化程度大
说到部分偏振光就要提及偏振化程度,它表示部分偏振光的偏振程度。见上图说明。
由于不可能把一个分子或原子所发射出的光谱分离出来,一般在实验中获得的线偏振光则是包含众多原子或分子的光波中光振动方向都已互相平行的成分。
二偏振片的起偏和检偏 Malus law
从自然光获得线偏振光的装置称为起偏振器。现在广泛应用的人造偏振片,是利用某种具有二向***的物质的透明薄片制成的。它能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向相垂直的光振动通过(实际上也有吸收,但不多)。偏振片上标出记号“”,表示该片允许通过的光振动的方向,这个方向称为“偏振化方向”,也叫“透光轴”。
偏振片也可用来检验某一光束是否是线偏振光,此时的偏振片称为检偏振器。
当线偏振光直射到偏振片上,当偏振片的偏振化方向与线偏振光的光振动方向相同时,则该偏振光可继续通过偏振片射出,见(1)图;若把偏振片转90度角,即当偏振片的偏振化方向与线偏振光的光振动方向相互垂直时,该偏振光不能通过偏振片射出。见(2)图。
当偏振光的光振动方向与偏振片的偏振化方向成任意角时,透出的光强变化是遵从Malus定律的: (1)
其中为透射光强度,为入射光强度。
思考题:以入射光(线偏振光)的传播方向为轴不停地旋转偏振片,透过偏振片的线偏振光强度是怎样变化的?(从起始最强,逐渐变暗到最暗()再逐渐变明到最明()。)
,若在前面分别加一同质同厚的偏振片,若想在屏幕上仍能看到很清晰的干涉条纹,必须满足什么条件?(的偏振化方向相互平行或接***行)
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