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1第十二章第十二章 光的偏振光的偏振偏振是横波所特有的性质。光（电磁波）的偏振偏振是横波所特有的性质。光（电磁波）的偏振正是光的横波性的表现。正是光的横波性的表现。偏振偏振波的振动方向对波传播方向的不对称性波的振动方向对波传播方向的不对称性.HYZE所有波所有波干涉、衍射。干涉、衍射。横波横波干涉、衍射、偏振。干涉、衍射、偏振。波动特性：波动特性：vEXYZoH2线偏振光线偏振光(平面偏振光平面偏振光)电矢量始终处于同一个平电矢量始终处于同一个平面面（振动面振动面）内。内。ZXYuEEuZXY表示：表示：或或表示：表示：平行于纸面振动平行于纸面振动垂直于纸面振动垂直于纸面振动12-1 12-1 自然光、偏振光自然光、偏振光振动面振动面光振动方向与光传播方向构成的面。光振动方向与光传播方向构成的面。3普通光源所发的光是自然光普通光源所发的光是自然光同一原子先后发出的光以及同一瞬间不同原子同一原子先后发出的光以及同一瞬间不同原子所所发光的频率、振动方向、初相位等都是随机的，故发光的频率、振动方向、初相位等都是随机的，故:一个原子在某时刻所发出的一个波列是偏振光；一个原子在某时刻所发出的一个波列是偏振光；自然光自然光 相对于光的传播方向，光矢量是对称的，相对于光的传播方向，光矢量是对称的，其在各方向的时间平均值相等。其在各方向的时间平均值相等。大量原子所发出的光的振动面取向是随机的，沿大量原子所发出的光的振动面取向是随机的，沿各个方向的概率相同。各个方向的概率相同。任一时刻的光矢量任一时刻的光矢量E光源光源4在垂直于光线的任一平面内的两正交方向上，光矢在垂直于光线的任一平面内的两正交方向上，光矢量的平均值相等。量的平均值相等。自然光的表示法自然光的表示法 部分偏振光部分偏振光光矢量的平均值在与光线垂直的平面内光矢量的平均值在与光线垂直的平面内的两正交方向上的强度不相等。的两正交方向上的强度不相等。5部分偏振光的表示法部分偏振光的表示法平行于纸面的光振动分量大于垂直于纸面的光振动平行于纸面的光振动分量大于垂直于纸面的光振动分量时：分量时：垂直于纸面的光振动分量大于平行于纸面的光振动垂直于纸面的光振动分量大于平行于纸面的光振动分量时：分量时：6椭圆偏振光椭圆偏振光光矢量末光矢量末端端的运动轨迹是椭圆。的运动轨迹是椭圆。迎着光传播方向上看，光矢量端点沿逆时针方向迎着光传播方向上看，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光，沿顺时针方向旋转的称为旋转的称为左旋偏振光，沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。右旋偏振光。圆偏振光圆偏振光自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光加圆偏振光，都是部分偏振光。加圆偏振光，都是部分偏振光。线偏光线偏光椭圆偏振光椭圆偏振光7偏振度偏振度若偏振光在某方向的光强平均值为若偏振光在某方向的光强平均值为Imax，在与之垂直的方向其值为在与之垂直的方向其值为Imin，则定义：，则定义：偏振度偏振度minmaxminmaxIIIIp完全偏振光完全偏振光部分偏振光部分偏振光自然光自然光1p0minI0pminmaxII10 p0minI8一、起偏与检偏一、起偏与检偏12-2 12-2 偏振片、马吕斯定律偏振片、马吕斯定律起偏起偏从自然光获得偏振光；从自然光获得偏振光；检偏检偏检查某束光是否是偏振光；检查某束光是否是偏振光；起偏振器起偏振器用于从自然光获得偏振光的装置；用于从自然光获得偏振光的装置；检偏振器检偏振器检查某束光是否为偏振光的装置。检查某束光是否为偏振光的装置。二、偏振片及其起偏与检偏二、偏振片及其起偏与检偏偏振片偏振片只能透过沿某个方向振动的光矢量，而不只能透过沿某个方向振动的光矢量，而不能透过与之垂直振动的光矢量的装置。能透过与之垂直振动的光矢量的装置。偏振片的透光方向称透光轴或透振方向。偏振片的透光方向称透光轴或透振方向。9偏振片偏振片透明玻璃片透明玻璃片涂有金鸡纳霜或碧硒涂有金鸡纳霜或碧硒(电气石电气石)等材料的簿膜等材料的簿膜自然光自然光偏振光偏振光偏振化方向偏振化方向具有竖直偏振方向具有竖直偏振方向的偏振膜。吸收了的偏振膜。吸收了水平方向的光振动水平方向的光振动10偏振片用作起偏器偏振片用作起偏器I0I0/2用作检偏振器用作检偏振器偏振光偏振光变暗变暗自然光自然光光强不变光强不变I0I0/2I0/2I0自然光自然光I0/2I0/24起偏和检偏.SWF11马吕斯定律：马吕斯定律：强度为强度为I0的偏振光透过偏振片后，出射的偏振光透过偏振片后，出射偏振光的强度偏振光的强度I I 为为E E/0EI=I0cos2 I020cosIIcos0/EE sin0EE 202202/coscosIEEI证明：证明：被吸收被吸收 =0、180，I=I0 =90、270，I=0：入射光：入射光偏振方向与偏振片透光轴之偏振方向与偏振片透光轴之间的夹角。间的夹角。12司机可看到自己车灯发出的光，看不到迎面驶来汽司机可看到自己车灯发出的光，看不到迎面驶来汽车大灯的光。车大灯的光。图示图示偏振的应用举例偏振的应用举例夜行车，车大灯前加偏振片灯罩，司机台前玻璃也夜行车，车大灯前加偏振片灯罩，司机台前玻璃也由偏振片做成，规定它们的偏振化方向都是左下或右由偏振片做成，规定它们的偏振化方向都是左下或右上倾斜上倾斜4545度。度。防止对面来车的灯光耀眼。防止对面来车的灯光耀眼。若若入射光为部分偏振光，当旋转检偏器时，光强入射光为部分偏振光，当旋转检偏器时，光强会在最强与最弱之间交替变化，但没有会在最强与最弱之间交替变化，但没有 I=0 的情况。的情况。看立体电影时戴偏振眼镜。看立体电影时戴偏振眼镜。13汽车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜汽车灯与窗玻璃用同一偏振化方向的透明膜14P1P245cos21cos)21(2020III例：例：一束自然光，光强度为一束自然光，光强度为I0，使其通过两透光方，使其通过两透光方向之间的夹角为向之间的夹角为450的偏振片，求从第二个偏振片出的偏振片，求从第二个偏振片出射的偏振光强度。射的偏振光强度。02041)22(21II解：解：041II0自然光自然光I0/215例：例：在透振方向正交的起偏器在透振方向正交的起偏器M和检偏器和检偏器N之间，插之间，插入一以角速度入一以角速度 旋转的理想偏振片旋转的理想偏振片P，入射自然光强，入射自然光强为为I0，求由系统出射的光强。求由系统出射的光强。MNPtPNM220cos()cos22IItt出出200(1 cos4)sin(2)168IItt16 MNPtPNM每旋转偏振片每旋转偏振片P 一周，输出光强有一周，输出光强有“四明四零四明四零”的的变化。变化。201sin(2)8IIt出出0,90,180,270,0tI 出出0145,135,225,315,8tII出出1712-3 12-3 反射和折射时光的偏振、布儒斯特定律反射和折射时光的偏振、布儒斯特定律一、反射和折射时光的偏振一、反射和折射时光的偏振反射光中垂直振动强反射光中垂直振动强于平行振动。于平行振动。折射光中平行振动强折射光中平行振动强于垂直振动。于垂直振动。反射和折射光的偏振反射和折射光的偏振化程度随入射角化程度随入射角i 的不的不同而不同。同而不同。n2n1ir自然光入射时，反射和折射光都是部分偏振光。自然光入射时，反射和折射光都是部分偏振光。18二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律当入射角当入射角 i 等于某特定角等于某特定角i0时，反射光只有垂直于入时，反射光只有垂直于入射面的振动而无平行于入射面的振动，且射面的振动而无平行于入射面的振动，且i0满足：满足：02121tan/innni0 称为布儒斯特角或起称为布儒斯特角或起偏振角。偏振角。此时折射光仍为部分偏此时折射光仍为部分偏振光。振光。当入射角为起偏振角时当入射角为起偏振角时,反射光与折射光互相垂直。反射光与折射光互相垂直。n2n10i0r1900cossinir 1200sinsinnnri2112000cossintannnniii证明证明由折射定律：由折射定律：0090ir由上两式得由上两式得（证毕）（证毕）n2n10i0r入射角为起偏振角时，入射角为起偏振角时，由布由布儒斯特定律：儒斯特定律：20解决办法：解决办法：多次反射和折射。多次反射和折射。玻璃堆玻璃堆问题：问题：1.经一次反射后光强一般较弱；经一次反射后光强一般较弱；2.折射光仍为部分偏振光。折射光仍为部分偏振光。利用反射和折射获得偏振光利用反射和折射获得偏振光2100012tantan(90)cot/riinn证：证：由布儒斯特定律得由布儒斯特定律得若光从介质若光从介质n1入射于介质入射于介质n2时，反射光为偏振光，时，反射光为偏振光，则则当光从介质当光从介质n2 入射到入射到n1 时，反射光仍为偏振光时，反射光仍为偏振光.n1n2n1n20r0r0i22例：例：已知某材料在空气中的布儒斯特角已知某材料在空气中的布儒斯特角ip=58，求它求它的折射率；若将它放在水中的折射率；若将它放在水中（水的折射率为水的折射率为1.33），），求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？解：解：设该材料折射率为设该材料折射率为n，空气折射率为，空气折射率为1。0tan/1tan581.5991.6pin放在水中，则对应有放在水中，则对应有1.6n 1nn水水1.6tan1.21.33pnin 水水050.3pi 1.2nn水水23解：解：1.自然光通过一偏振片后成为强度减半的偏振光自然光通过一偏振片后成为强度减半的偏振光:例：例：两块偏振片叠在一起，以强度为两块偏振片叠在一起，以强度为I0的自然光垂直的自然光垂直入射。入射。1.若通过两偏振片后的光强为若通过两偏振片后的光强为I0/8，则此两偏，则此两偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？振片的偏振化方向间的夹角是多少？2.若在两片之间若在两片之间再插入一偏振片，其偏振化方向与前、后两片的偏振再插入一偏振片，其偏振化方向与前、后两片的偏振化方向的夹角相等，求通过三块偏振片后的透射光强化方向的夹角相等，求通过三块偏振片后的透射光强.10/2II221cosII由马吕斯定律，通过第二块后的光强由马吕斯定律，通过第二块后的光强20011cos28II602230019cos(30)cos(30)232III2.
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