1、第二十三章光的偏振 理解自然光與偏振光的區(qū)別； 理解布儒斯特定律和馬呂斯定律； 了解雙折射現(xiàn)象； 了解反射光和散射光的偏振特性。教學(xué)基本要求光的波動(dòng)性 光的干涉、衍射光波是橫波 光的偏振前言光矢量振動(dòng)方向與光線傳播方向垂直，從而出現(xiàn)各種偏振狀態(tài)。c光矢量對光傳播方向是不對稱的電磁波：23.1 自然光和偏振光一. 自然光（非偏振光）2. 定義：在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)沿各方向振動(dòng)的光矢量呈對稱分布的光。1. 普通光源發(fā)光特點(diǎn)從統(tǒng)計(jì)規(guī)律上來說，光振動(dòng)將在垂直于光速的平面上遍布所有可能的方向，而且所有可能的方向上相應(yīng)光矢量的振幅（光強(qiáng)度）都是相等的。 注意2. 各光矢量間無固定的相位關(guān)系1. 二互

2、相垂直方向是任選的符號表示4. 自然光的表示法二. 偏振光（線偏振光）1. 定義：光振動(dòng)只沿某一固定方向的光振動(dòng)面面對光的傳播方向看 yx2. 線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解三. 部分偏振光3. 符號表示部分偏振光可視為自然光和線偏振光的混合部分偏振光的分解部分偏振光1. 定義：某一方向的光振動(dòng)比與之垂直方向上的光振動(dòng)占優(yōu)勢的光為部分偏振光。2. 分解偏振態(tài)是純理念上的描述，無法用儀器或眼睛給出直接顯示或觀察的。對于光的偏振態(tài)的判斷，均憑借光通過偏振元件以后透射光強(qiáng)的變化特點(diǎn)而獲得的。注意一. 偏振片1. 制作：形成“碘鏈 ” 導(dǎo)線2. 特性：當(dāng)自然光入射時(shí)，沿碘鏈方向的光振動(dòng)不能通過偏振

3、片，垂直于碘鏈方向的光振動(dòng)就能通過偏振片。3. 通光方向或偏振化方向偏振化方向23.2 由介質(zhì)吸收引起的光的偏振利用介質(zhì)的選擇吸收產(chǎn)生線偏振光。檢偏器P2起偏與檢偏起偏器P1二. 起偏與檢偏1. 起偏器：用來產(chǎn)生偏振光的偏振片2. 檢偏器：用來檢驗(yàn)光的偏振狀態(tài)的偏振片例1 有兩個(gè)偏振片，一個(gè)用作起偏器，一個(gè)用作檢偏器。當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為 時(shí) , 一束單色自然光穿過它們，出射光強(qiáng)為 ; 當(dāng)它們偏振化方向間的夾角為 時(shí), 另一束單色自然光穿過它們 , 出射光強(qiáng)為 ，且 。 求兩束單色自然光的強(qiáng)度之比。解 設(shè)兩束單色自然光的強(qiáng)度分別為 和 。 經(jīng)過起偏器后光強(qiáng)分別為 和 。經(jīng)過檢偏器后 在兩

4、塊正交偏振片 之間插入另一塊偏振片 ，光強(qiáng)為 的自然光垂直入射于偏振片 ，討論轉(zhuǎn)動(dòng) 透過 的光強(qiáng) 與轉(zhuǎn)角的關(guān)系。討論若 在 間變化， 如何變化？四. 偏振片的應(yīng)用消眩光眩光 (光亮耀眼的光)：往往是由各種光滑表面反射而來的鏡面式反射光和由粗糙表面反射來的漫反射光重疊而成的 部分偏振光要清除眩光，只要將反射光中的線偏振光部分去掉就行了。各種用途的偏振眼鏡就是根據(jù)這個(gè)原理而設(shè)計(jì)的。反射光中的線偏振光部分進(jìn)入眼睛，視網(wǎng)膜上的神經(jīng)在它的電場作用下，容易產(chǎn)生疲勞的感覺，而且視物不清，這對人眼是有害的。空氣入射面：入射光線和法線所成的平面。 反射光：部分偏振光，垂直于入射面的振動(dòng)多于平行于入射面的振動(dòng)。理

5、論和實(shí)驗(yàn)證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)一. 反射光的偏振狀態(tài)玻璃23.3 由反射引起的光的偏振 折射光：部分偏振光，平行于入射面的振動(dòng)多于垂直于入射面的振動(dòng)。二. 布儒斯特定律 (1812年)反射光為線偏振光，且光振動(dòng)垂直于入射面，折射光為部分偏振光。當(dāng) 時(shí)，(1) 反射光和折射光互相垂直。討論玻璃空氣布儒斯特角(起偏振角)討論討論下列光線的反射和折射 ( 起偏振角 i0 )。1空氣例 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角 ，問：在界面 2 的反射光是什么光？玻璃2一. 雙折射的尋常光和非尋常光恒量玻璃折 射 定 律動(dòng) 光 學(xué)雙 折 射 現(xiàn) 象波 動(dòng) 光 學(xué)方解石晶體23.

6、4 由雙折射引起的光的偏振光通過雙折射晶體折射光分成兩束的現(xiàn)象 雙折射現(xiàn)象1. 尋常光線（o 光）(ordinary rays)服從折射定律的光線(extraordinray rays) 2. 非常光線（e 光）不服從折射定律的光線實(shí)驗(yàn)證明：o 光和 e 光均為偏振光，并且振動(dòng)面互相垂直。ACBoeDeo 二. 產(chǎn)生雙折射的原因o 光波陣面e 光波陣面2. 尋常光線 在晶體中各方向上傳播速度相同。 1. 非常光線 晶體中各方向上傳播速度不同,隨方向改變而改變。雙折射晶體（如：方解石、石英、冰等）為各向異性介質(zhì)。光軸三. 光軸在方解石這類晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光線沿這一方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折

7、射現(xiàn)象這一方向?yàn)榫w的光軸光軸AB光軸注意：光軸不是指的一條線。光軸光軸例如：四. 尼科耳棱鏡 ( Nicol prism )AB加拿大樹膠偏振分束尼科耳棱鏡可用于起偏和檢偏23.5 由散射引起的光的偏振一. 光的散射藍(lán)天、白云、紅太陽 大氣中的微粒或分子對陽光散射的結(jié)果；白浪滔天 浪花中大量且紊亂的小水珠對陽光散射的結(jié)果。1. 現(xiàn)象：當(dāng)光通過渾濁的液體或穿過灰塵彌漫的空間時(shí)，可在側(cè)面看到光束的軌跡，即在光線原傳播方向以外接收到光能。2. 一定向光束經(jīng)介質(zhì)傳播而向四面八方散開的現(xiàn)象 光的散射露天電影二. 散射的本質(zhì)一束光照射在微粒或分子上，其內(nèi)含的電子在入射光的電磁場作用下，作受迫振動(dòng)形成偶極

8、子，并作為新的子波源向四周輻射同頻率的子波。振動(dòng)電子發(fā)出的光是偏振光振動(dòng)的電子發(fā)出的光的振幅和偏振方向e三. 解釋“天光”是部分偏振光Ozx太陽光自然光線偏振光部分偏振光無偏振四. 瑞利散射定律在其它條件相同的情況下，散射光的強(qiáng)度與光波長的四次方成反比，即散射微粒的線度遠(yuǎn)小于入射光波長 ( )思考天空為什么呈現(xiàn)藍(lán)色呢？正午的太陽基本上呈白色，而旭日和夕陽卻呈紅色？一個(gè)宇航員曾這樣描述大氣層以的對天空：“太陽在高空懸掛著，象一個(gè)金色的大圓盤，而天空卻象一面黑色天鵝絨的幕布，一顆顆星星就象鑲在黑幕布上的寶石，閃閃發(fā)光。”由于大氣對陽光的散射，才使整個(gè)天空呈現(xiàn)光亮。如果沒有大氣層，白晝的天空也將是一

9、片漆黑。地球大氣層散射正午的太陽地球大氣層散射散射旭日夕陽 能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的物質(zhì).（如石英晶體、糖溶液、酒石酸溶液等） 偏振光通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線轉(zhuǎn)過 一定的角度. 1. 旋光現(xiàn)象2. 旋光物質(zhì)3. 旋光儀觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器.*23.6 旋光現(xiàn)象一. 旋光現(xiàn)象A：起偏器B：檢偏器L：盛有液體旋光物質(zhì)的管子 對于旋光性物質(zhì)的溶液設(shè) 為偏振光通過旋光物質(zhì)后振動(dòng)面所轉(zhuǎn)過的角度為旋光物質(zhì)的濃度為旋光物質(zhì)的透光長度為一與旋光物質(zhì)有關(guān)的常量 對于固體旋光物質(zhì) 為一與旋光物質(zhì)及入射光的波長有關(guān)的常量（ 一定 ）V 叫韋爾代常量 外加磁感強(qiáng)度為 的磁場,使某些不具旋光性的物質(zhì)產(chǎn)生旋光現(xiàn)象. 磁致旋光效應(yīng)二. 旋光物質(zhì)的分類1. 右旋物質(zhì)：面對著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針的旋光物質(zhì)。（如葡萄糖溶液）2. 左旋物質(zhì)：面對著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為逆時(shí)針的旋光物質(zhì)。（如蔗糖溶液）本章小結(jié)本章主要介紹了光的偏振的一些現(xiàn)象和規(guī)律。本章要點(diǎn)：1. 自然光、