大学物理48495 8页

第十四章光的偏振基本要求一、理解自然光和偏振光。二、掌握布儒斯特定律和马吕斯定律。三、理解偏振光的获得方法和检验方法。四、了解双折射现象。内容提要一、自然光和偏振光自然光普通光源各原子发光是独立的，每个波列的振幅、相位和振动方向都是随机的，它们对其传播方向形成轴对称分布。这种大量的、平均振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动的组合叫自然光。一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直、等振幅、不相干的线偏振光。部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合称部分偏振光。部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干的线偏振光。线偏振光光矢量只在一个固定平面内沿一个固定方向振动的光叫线偏振光。二、偏振片的起偏和检偏起偏将自然光转变成偏振光的过程。▲起偏的原理某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光。检偏用偏振器件分析、检验光的偏振态。233\n偏振片由自然光获得线偏振光的平面片状器件。偏振片既可起偏又可检偏。三、马吕斯定律光强为的线偏振光通过偏振片后，透射光的强度为其中为线偏振光的光振动方向和偏振片的偏振化方向之间的夹角。四、布儒斯特定律自然光在介质表面反射、折射时，偏振度要发生变化。反射光垂直入射面的分量（S分量）比例大，折射光平行入射面的分量(P分量)比例大。入射角i变化时，反射光、折射光的偏振度也会发生变化。布儒斯特定律当i=i0时，即满足下式时，反射光成为线偏振光（只有S分量）。此时i0+r=90º，其中i0称为布儒斯特角或起偏角，r为折射角。五、双折射现象。一束自然光入射到各向异性的媒质中分成两束线偏振的折射光的现象，称为双折射现象。这两束线偏振分别称为寻常光（o光）和非寻常光（e光）。寻常光遵从折射定律非寻常光一般不遵从折射定律，也不一定在入射面内。233\n解题方法与例题分析一、偏振光的检验例1两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180°时，透射光强度如何变化？解自然光通过一个偏振片后为线偏振光，通过另一个偏振片时没有光线透过，说明两个偏振片的偏振化方向垂直。当其中一个偏振片转动90°时，两个偏振片的偏振化方向平行，此时光强最大，在此过程中，光强从零增加到最大值。同理，偏振片再转动90°时，光强从最大值减小至零。二、马吕斯定律的应用例2自然光入射到叠放在一起的两个偏振片上，问：（1）如果透射光的强度为最大透射光强度的，问两偏振片的偏振化方向的夹角是多少？（2）如果透射光的强度为入射光强度的，两偏振片的偏振化方向的夹角又是多少？（不考虑偏振片的吸收）解（1）设通过第一和第二偏振片后光强分别为和，由马吕斯定律（为自然光的强度）当两偏振片的偏振化方向平行时，透射光最大即为，所以233\n则，（2）设入射光强度为，通过第一、第二偏振片的光强度分别为和，则，由题意得，例3有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振片化方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，然后第二块偏振片以恒定的角速度w绕光传播的方向旋转，如图14—1所示。设入射自然光的光强为I。试证明：此自然光通过这一系统后，出射光的光强为。图14—1证明由马吕斯定律，在t时刻233\n三、布儒斯特定律的应用例4自然光以60°的入射角照射到某一透明介质表面时，反射光为线偏振光，问折射光是什么光？折射角是多少？解任何时候折射光为部分偏振光。反射光成为线偏振光时，满足布儒斯特定律。由题意i0=60°由i0+r=90º得r=30º所以折射光为部分偏振光，折射角为30°。图14—2例5一束自然光由空气射向一块平板玻璃，如图14—2所示。设入射角等于布儒斯特角i0，这时在界面2的反射光是什么光？解设空气的折射率为n1，玻璃的折射率为n2。在界面1上，满足布儒斯特定律，所以有在界面2上，入射角为界面1的折射角r，由i0+r=90º，有即界面2上入射角r满足233\n布儒斯特定律，反射光成为线偏振光（只有S分量，光矢量的振动方向垂直于入射面）。例6一束太阳光以某一入射角射到平面玻璃上，这时反射光为线偏振光，折射光的折射角为。试求：（1）太阳光的入射角是多少？（2）玻璃的折射率是多少？解（1）由布儒斯特定律可知，当反射光为线偏振光时，有∴（2）根据布儒斯特定律，因空气折射率为1，所以有习题一、选择题1、光强为I0的自然光依次通过两个偏振片P1和P2。若P1和P2的偏振化方向的夹角º，则透射偏振光的强度是[]。A.I0/4；B.；C.；D.3I0/8；E.I0/8。2、自然光入射到重叠在一起的两个偏振器上，如果透射光的强度为最大透射光强的1/4，则两个偏振片的偏振化方向之间的夹角为[]。233\nA.45º；B.90º；C.180º；D.300º。3、一束自然光和线偏振光的混合光垂直入射到偏振片上。若偏振片以入射光为轴转一周，发现透射光强度的最大值为最小值的2倍，则入射光中自然光和线偏振光的强度比为[]。A.1/1；B.1/2；C.1/3；D.2/1。4、一束自然光通过一偏振片后，射到一折射率为的玻璃片上。若转动玻璃片，使反射光消失，这时入射角等于[]。A.60º；B.45º；C.30º；D.15º。二、填空题1、用一束自然光照射某种透明塑料的表面，当折射角为300时，反射光为线偏振光，这种塑料的起偏角为，它的折射率为。2、将两个偏振片P1和P2叠放在一起，P1和P2的偏振化方向之间的夹角为60º。一束强度为I0的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与P1、P2的偏振化方向均成30º，则通过偏振片P1的光强I1=，通过偏振片P2的光强I2=。3、自然光从介质1射向介质2时，在两介质的分界面上发生反射，如起偏角º，则光疏介质是第种介质。如光从介质1射到介质2时起偏角i0=37º，则光从介质2射向介质1时起偏角=。三、计算题1、一束光强为I0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成45°角。若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强是多少？233\n2、三个偏振片P1、P2与P3堆叠在一起，P1与P3的片振化方向相互垂直，P2与P1的片振化方向间的夹角为30°。强度为I0的自然光垂直入射到偏振片P1，并依次透过偏振片P1、P2与P3，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光强为多少？3、若空气的折射率为n1=1.00，玻璃的折射率为n2=1.50。求光从空气入射到玻璃的布儒斯特角和光从玻璃入射到空气的布儒斯特角，并指出它们的关系。233