1、1會(huì)聚光的會(huì)聚光的電光效應(yīng)電光效應(yīng)2 光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱光的干涉和衍射現(xiàn)象不能分辨光波是橫波還是縱 波，因?yàn)檫@兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。波，因?yàn)檫@兩種波都能產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。 光的光的偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性。偏振現(xiàn)象則清楚地顯示了光的橫波性。 光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。光的偏振也是肯定光是電磁波的根據(jù)之一。 由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特由于光的偏振，使光的傳播又出現(xiàn)了一些新的特 點(diǎn)。點(diǎn)。314.1.1 14.1.1 橫波的偏振性橫波的偏振性 沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相沿縱波的傳播方向作任意平面，波的運(yùn)動(dòng)情況相同，具有對(duì)稱性，

2、即同，具有對(duì)稱性，即 縱波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向縱波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向是軸對(duì)稱的。是軸對(duì)稱的。4橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。橫波的振動(dòng)相對(duì)于傳播方向不是軸對(duì)稱的。5 2 2、振動(dòng)面的概念、振動(dòng)面的概念 振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。振動(dòng)方向與傳播方向組成的平面。1 1、偏振、偏振 波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫波的振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的不對(duì)稱性，叫偏振。偏振。 這就是說，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏這就是說，橫波具有偏振性，而縱波不具備偏振性。振性。 光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。光是橫波，應(yīng)該具有偏振性。62121.1.2 .1.2 自然光自然光1 1、自然光是非偏振光、

3、自然光是非偏振光其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。其根源仍在熱原子發(fā)光具有間歇性和獨(dú)立性。光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，光波雖然是橫波，但普通光源發(fā)出的光是自然光，不是偏振光。不是偏振光。普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其普通光源中每個(gè)原子所發(fā)出的光其位相關(guān)系位相關(guān)系及及振動(dòng)振動(dòng)方向方向都是都是隨機(jī)隨機(jī)的。的。7cExyz 一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光一串光波列是橫波。但從宏觀上看，光源發(fā)出的光中包含了所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切中包含了所有方向的光振動(dòng)，振動(dòng)面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量對(duì)時(shí)間的平均值是相等可能的方位，任何方向光矢量對(duì)時(shí)間

4、的平均值是相等的。的。S所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播方向是軸對(duì)稱而又均所以自然光的光振動(dòng)對(duì)光的傳播方向是軸對(duì)稱而又均勻分布的。勻分布的。8 光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的均勻性，具有這種特性的光就叫有這種特性的光就叫自然光自然光 。( ( 或者說，具有或者說，具有各各個(gè)方向個(gè)方向的光振動(dòng)，且又的光振動(dòng)，且又無固定的位相關(guān)系無固定的位相關(guān)系的光的光) )。結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩結(jié)論：自然光的橫波性被發(fā)光的隨機(jī)性所破壞或掩蓋。蓋。92 2、自然光的分

5、解、自然光的分解一個(gè)簡諧振動(dòng)總可以分解為兩一個(gè)簡諧振動(dòng)總可以分解為兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)。個(gè)相互垂直的振動(dòng)。cosiixAA siniiyAA iyixAA 且一般且一般 iAiyAixAyx例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可例如，一個(gè)振幅為的振動(dòng)可分解為分解為10自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，自然光在各個(gè)方向上都有振動(dòng)，其中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，其中每個(gè)振動(dòng)都可以這樣分解，即即iyyixxAAAAyxAA 由對(duì)稱性知，有由對(duì)稱性知，有所以，所以，沒有一個(gè)方向的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果沒有一個(gè)方向的振動(dòng)優(yōu)于其它方向。這個(gè)結(jié)果與坐標(biāo)系無關(guān)。與坐標(biāo)系無關(guān)。iAiyAixAyx11SuxyS.uS 表示該光的振

6、動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。表示該光的振動(dòng)面就在紙平面內(nèi)。 表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；表示該光的振動(dòng)方向垂直于紙平面；3 3、自然光的表示、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在由于自然光的波振幅在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，在各個(gè)方向上的分布平均相等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向各個(gè)方向上的分布平均相等，因此將波振幅在該平面內(nèi)向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向任意的兩個(gè)正交方向進(jìn)行分解，都可以得到兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直且振幅相等的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：互相垂直且振幅相等的振動(dòng)，故此自然光常用下圖表示：122121.1.3 .1.3 線偏振光線偏振光如果光波的

7、光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方如果光波的光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為線偏振光線偏振光. . 132121.1.4 .1.4 部分偏振光部分偏振光這種光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，各方向的振這種光在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，各方向的振動(dòng)都有，但它們的振幅大小不相等，稱為動(dòng)都有，但它們的振幅大小不相等，稱為部分偏振光部分偏振光. . 例例：晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光多是部分偏振晴朗蔚藍(lán)色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏光，散射光與入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高振度越高。1414.

8、2.1 14.2.1 偏振片的起偏和檢偏偏振片的起偏和檢偏1 1、偏振器、偏振器：把自然光變成為全偏振光的儀器。：把自然光變成為全偏振光的儀器。有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)有些晶體（例如硫酸金雞鈉鹼）對(duì)互相垂直的兩個(gè)分振動(dòng)光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體分振動(dòng)光矢量具有選擇性吸收，這種現(xiàn)象稱作晶體的的二向色性二向色性。起偏起偏： 把自然光變成偏振光。把自然光變成偏振光。15偏振器偏振器透光軸透光軸自然光自然光偏振光偏振光自然光通過這種晶體薄片后，自然光通過這種晶體薄片后，只剩下一個(gè)方向的振只剩下一個(gè)方向的振動(dòng)，而另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。動(dòng)，而另一個(gè)方向的振動(dòng)則被吸收。這

9、種晶體薄片這種晶體薄片就可做偏振片。就可做偏振片。16 偏振片上允許通過光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振片上允許通過光振動(dòng)的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫偏振化方向。也叫透光軸透光軸。 2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向17 自然光通過偏振片后即成為線偏振光，線偏振光自然光通過偏振片后即成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向相同。此時(shí)的偏振片稱為振片稱為起偏器起偏器。 若入射自然光的光強(qiáng)為若入射自然光的光強(qiáng)為I0 0，其通過偏振片后，光，其通過偏振片后，光強(qiáng)降為強(qiáng)降為I0 0/2/2。0I021I18 自然光通過起偏器后成為偏

10、振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振自然光通過起偏器后成為偏振光，這時(shí)旋轉(zhuǎn)偏振片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼對(duì)光振動(dòng)片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼對(duì)光振動(dòng)的方向不敏感，無論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到的方向不敏感，無論怎樣旋轉(zhuǎn)偏振片，都感覺不到光強(qiáng)的變化。光強(qiáng)的變化。3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn)、自然光、偏振光、部分偏振光的檢驗(yàn) 如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振如果入射的是線偏振光，若偏振化方向與線偏振光的振動(dòng)方向成光的振動(dòng)方向成9090角，則線偏振光將完全不能通角，則線偏振光將完全不能通過。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場中就可看到光過。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，在視場中就可看到光強(qiáng)的

11、明顯變化，并有消光現(xiàn)象。強(qiáng)的明顯變化，并有消光現(xiàn)象。19偏振片轉(zhuǎn)一周偏振片轉(zhuǎn)一周消光消光線偏光線偏光部分偏光部分偏光強(qiáng)度變，無強(qiáng)度變，無消光消光自然光自然光強(qiáng)度不變強(qiáng)度不變透光軸透光軸 如果入射的是部如果入射的是部分偏振光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏分偏振光，則轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片時(shí)，視場中光強(qiáng)振片時(shí)，視場中光強(qiáng)有變化，但不十分明有變化，但不十分明顯，無消光現(xiàn)象。顯，無消光現(xiàn)象。應(yīng)用應(yīng)用：制成安全汽車燈；：制成安全汽車燈； 在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏在大房間內(nèi)的風(fēng)洞上裝上兩塊可自由旋轉(zhuǎn)的偏振片，可使室內(nèi)光線具有浪漫色彩。振片，可使室內(nèi)光線具有浪漫色彩。20 光強(qiáng)為光強(qiáng)為I0 0的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏振

12、片的偏的線偏振光，當(dāng)其振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向的成振化方向的成角時(shí)，則透過偏振片的光強(qiáng)為：角時(shí)，則透過偏振片的光強(qiáng)為：20cosII 注意兩點(diǎn)：注意兩點(diǎn)：入射光必須是線偏振光，不是自然光；入射光必須是線偏振光，不是自然光；是與是與coscos2 2正比，而不是與正比，而不是與coscos正比。正比。2121.2.2 .2.2 馬呂斯定律馬呂斯定律AI0I21證明：證明：ON1表示入射線偏振光的振動(dòng)方向，表示入射線偏振光的振動(dòng)方向，ON2表示檢偏器的透表示檢偏器的透光軸方向，兩者的夾角為光軸方向，兩者的夾角為.入射線偏振光的光矢量振幅為入射線偏振光的光矢量振幅為E0，將此光矢量沿，將此光矢量

13、沿ON2及垂直于及垂直于ON2的方向分解為兩個(gè)分的方向分解為兩個(gè)分量，它們的大小分別為量，它們的大小分別為E0cos 和和E0sin ，其中只有平行于，其中只有平行于檢偏器透光軸方向檢偏器透光軸方向ON2的分量可以透過檢偏器的分量可以透過檢偏器.由于光強(qiáng)和由于光強(qiáng)和振幅的平方成正比，所以透過檢偏器的透射光強(qiáng)振幅的平方成正比，所以透過檢偏器的透射光強(qiáng)I和入射和入射線偏振光的光強(qiáng)線偏振光的光強(qiáng)I0之比為之比為220200(cos)cosEIIE20cosII即22偏振器偏振器自然光自然光檢偏器檢偏器I I1 1I I2 2 如果入射到檢偏片的線偏振光是穿過起偏器的光，如果入射到檢偏片的線偏振光是穿

14、過起偏器的光，則公式中的則公式中的角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角就是兩偏振片的偏振化方向之間的夾角。角。23例例21.2要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)要使一束線偏振光通過偏振片后振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過過90，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？，至少需要讓這束光通過幾塊理想偏振片？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？在此情況下，透射光強(qiáng)最大是原來光強(qiáng)的多少倍？解至少需要兩塊理想偏振片解至少需要兩塊理想偏振片(如如圖所示圖所示).其中其中P1透光軸與線偏振光透光軸與線偏振光振動(dòng)方向的夾角為振動(dòng)方向的夾角為，第二塊偏振，第二塊偏振片透光軸與片透光軸與P1透光軸夾角為透光軸夾角為(90)

15、.設(shè)入射線偏振光原來的光強(qiáng)設(shè)入射線偏振光原來的光強(qiáng)為為I0，則透射光強(qiáng)，則透射光強(qiáng)22222000coscos (90)cossinsin 24IIII當(dāng)當(dāng)290，即，即45時(shí)，時(shí)， .0max4III24 光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳光在兩種介質(zhì)界面上的行為比較復(fù)雜。例如傳播方向可能改變，能流（即振幅）將重新分配，位播方向可能改變，能流（即振幅）將重新分配，位相可能突變。下面的討論表明，在界面上可能還有相可能突變。下面的討論表明，在界面上可能還有偏振特性的改變。偏振特性的改變。25一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振在一般情況下，反射在一般情況下，反射光和折射光都是部

16、分偏光和折射光都是部分偏振光。振光。n2n1ir反射光中是垂直入射反射光中是垂直入射面的面的E E矢量占優(yōu)勢，在矢量占優(yōu)勢，在折射光中則是平行入折射光中則是平行入射面的射面的E E矢量占優(yōu)勢。矢量占優(yōu)勢。反射光、折射光的偏振化程度隨入射角反射光、折射光的偏振化程度隨入射角i而變。而變。26 二布儒斯特定律二布儒斯特定律當(dāng)入射角為某角度當(dāng)入射角為某角度 i0 0 ，即滿足，即滿足120nntgi 時(shí)，反射光中只有垂直入射面的時(shí)，反射光中只有垂直入射面的矢量而成為線偏矢量而成為線偏振光，但折射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為振光，但折射光仍為部分偏振光，這一規(guī)律稱之為布儒斯特定律。布儒斯特定律。2

17、7使反射光成為全偏振光時(shí)的入射角使反射光成為全偏振光時(shí)的入射角i0 0稱為布儒斯特稱為布儒斯特 角。角。n2n10i0r 當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射線和折射線互相當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)，反射線和折射線互相 垂直，即有垂直，即有2/00i28證明：證明：由折射定律由折射定律021sinsininn由布儒斯特定律有：由布儒斯特定律有：02001sintancosiniini0i0n1n2自然光自然光完全偏光完全偏光部分偏光部分偏光90o0sincos i02i29 必須說明的是：雖然反射光是必須說明的是：雖然反射光是E E矢量垂直于入射矢量垂直于入射面的線偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光面

18、的線偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的中全部垂直分量的15%15%，即反射偏振光非常微弱，即反射偏振光非常微弱-這也說明了折射光依然是部分偏振光。這也說明了折射光依然是部分偏振光。30三、應(yīng)用、應(yīng)用 用玻璃片堆獲取偏振光用玻璃片堆獲取偏振光i0接近完全偏振光接近完全偏振光3132 在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是在激光器的諧振腔中開有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。 也可用玻璃片作檢偏器。也可用玻璃片作檢偏器。 在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧在強(qiáng)光下攝影時(shí)，反光強(qiáng)烈，為使成像后光線諧調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振調(diào)、柔和，可在攝影機(jī)前

19、頭加偏振片，旋轉(zhuǎn)偏振片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反片可減少入射的反射光光強(qiáng)。在雪地，海洋上反射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，射光很強(qiáng)，為保護(hù)視力可帶裝有偏振片的眼鏡，或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。或在望遠(yuǎn)鏡前加偏振片。33例例21.4如圖如圖14.10所示為一玻璃三棱鏡，材料的折所示為一玻璃三棱鏡，材料的折射率為射率為n1.50，設(shè)光在棱鏡中傳播時(shí)能量不被吸收，設(shè)光在棱鏡中傳播時(shí)能量不被吸收.問：問：(1)一束光強(qiáng)為一束光強(qiáng)為I0的單色光，從空氣入射到棱鏡的單色光，從空氣入射到棱鏡左側(cè)界面折射進(jìn)入棱鏡左側(cè)界面折射進(jìn)入棱鏡.若要求入射光全部能進(jìn)入棱若要求入射光全部能進(jìn)入棱鏡，對(duì)入射光和入射角有何要求？鏡，對(duì)入射光和入射角有何要求？(2)若要求