第四次课： 2学时 1 题目： §10.10 光的偏振性 马吕斯定律 §10.11 反射光和折射光的偏振 2 目的： 理解自然光、偏振光和部分偏振光的概念。了解偏振光的获得和检验方法。理解马吕斯定律和布儒斯特定律。 一、引入课题： 光波是特定频率的电磁波，在这种电磁波中，引起视觉效应和激起光化学作用的主要是电场矢量，因此，电场矢量又叫光矢量。由于电磁波是横波，对于电矢量，磁矢量具有单一对应关系且具有同步性，所以在讨论光振动时，从中任取一个即可。我们取电矢量代表光波，光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向垂直，光波的这一基本特征就叫做光的偏振。 二、讲授新课： §10.10 光的偏振性 马吕斯定律(Polarization of light) 一、线偏振光 光矢量所在的平面表示光波的振动面，这种光振动只限于某一个确定的方向的光叫平面偏振光，亦称线偏振光。 1 线偏振光：光波中的光矢量(E)只沿单一方向振动的光称作线偏振光 (linear polarized light)。 2 振动面：由光矢量的振动方向和光的传播方向组成的面。 若光矢量在振动面内，则线偏振光又称平面偏振光。 3 线偏振光的分解： 线偏振光的光振动可沿两个相互垂直的方向分解。 Ex = E cos( Ey = E sin( 依赖于x, y方向的选取。 4 线偏振光的表示法 二、自然光(非偏振光) 1 普通光源发光的是自然光 普通光源各原子发光是独立的，所发波列的振动方向间没有必然的关系(振动方向随机)。 普通光源发出的光波中包含了所有方向的光振动，没有优势方向。所以普通光源所发的光是自然光(natural light)又称非偏振光(nonpolarized light，unpolarized light)。 自然光各方向振动间没有必然的相位关系，不能相互抵消。 2 自然光的分解 自然光的光振动可分解为两个振动方向相互垂直的、振幅相等的、无固定相位差的振动。 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。 Ex = Ey 其数值与x、y方向选择无关。 总光强 I = Ix + Iy —非相干叠加 Ix = Iy = (1/2) I 3 自然光表示法 三、部分偏振光(partial polarized light) 1 部分偏振光 部分偏振光是彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上的振幅不同的大量光振动的组合。 2 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、振幅不等的、无固定相位差的线偏振光 3 部分偏振光的表示 4 偏振度(degree of polarization) 对于上述部分偏振光，其偏振度可如下定义：让光束垂直入射到偏振片(见后)上，以光束传播方向为轴，旋转偏振片，测出透过偏振片的最大光强Imax和最小光强Imin ，则偏振度为 线偏振光(属完全偏振光) P = 1 自然光(非偏振光) P = 0 部分偏振光 0 < P < 1 按偏振状态，光可分为：完全偏振光、部分偏振光和非偏振光 三类。 完全偏振光有 线偏振光、 圆偏振光、 椭圆偏振光三种(后两种待讲)。 部分偏振光是完全偏振光与非偏振光的混合(非相干叠加)。 前面讲的部分偏振光只是线偏振光与非偏振光的混合。 四、偏振片、起偏和检偏 1 起偏：由自然光获得偏振光称起偏。 起偏的原理：利用某种形式的不对称性： 物质的二向色性――只对某一方向的光振动有强烈吸收光的反射和折射； 光的散射； 光在晶体上的双折射…。 2 起偏器(polarizer)：相应的光学器件。 .偏振片(Polaroid)是由自然光获得线偏振的平面片状器件。它利用晶体的二 向色性(dichroism)起偏。 可把硫酸碘奎宁的针状粉末 定向排在透明的基片上或把富含 自由电子的碘附着在拉伸的塑料 薄膜上制成偏振片。 3 用偏振片起偏 出射光强I = (1/2)I0 偏振片的偏振化方向指透振方向。 4 检偏：用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称检偏。所用器件称检偏器 (analyzer)，起偏器既可“起偏”又可“检偏”。 检偏方法： 设入射光(待检光)可能是自然光、线偏 振光或部分偏振光(设由线偏振光与自然光 混合而成)，用偏振片来区分它们： 以光线为轴转动P， 如 I不变— 待检光是什么光 ? 如I变且有消光— 待检光是什么光? 如I变且无消光— 待检光是什么光？ 五、马吕斯定律(Malus law) 线偏振光通过偏振片P前后的光强关系：I = I0 cos2( 振幅矢量图： 面对光的传播方向看 E = E0 cos( I = I0 cos2( ( = 0， I = Imax = I0 ( = (/2，I = 0—消光(extinction) 例10－3 两偏振片的偏振化方向之间夹角为п/6，如入射自然光的的强度为 I0,试求透过两偏振片后的光强。 解：自然光I0经过起偏片后，其光强为 I1经过起偏片后，其光强为