5.2.1 偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏1 1、起偏器、起偏器：把自然光变成为线偏振光的仪器把自然光变成为线偏振光的仪器5.2 5.2 线偏振光和部分偏振光线偏振光和部分偏振光 起偏起偏：从自然光获得线偏振光的过程称为从自然光获得线偏振光的过程称为起偏二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光振动某些物质能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称这种性质称二向色性二向色性.偏振片偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片：涂有二向色性材料的透明薄片.偏振化方向偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向或透振方向，的偏振化方向或透振方向，也叫也叫透光轴透光轴.自然光自然光 I0线偏振光线偏振光 Iv 偏振片的起偏偏振片的起偏偏振化方向偏振化方向的图示符号的图示符号 自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同此时的偏振片振动方向与偏振片的偏振化方向相同。
此时的偏振片称为称为起偏器起偏器v 自然光通过起偏器后的光强自然光通过起偏器后的光强2、检偏、检偏用用偏振片偏振片分析检验光的偏振态过程称为分析检验光的偏振态过程称为检偏检偏用来检验光的偏振态的装置称为用来检验光的偏振态的装置称为检偏器检偏器检偏器检偏器 检检 偏偏起偏器起偏器当当 P1/P2 时，时，透射光透射光最强最强当当 P1 P2 时，时，透射光透射光最弱（最弱（为零为零），称为，称为消光现象消光现象P1P2自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光可是人眼对光振动的方向不敏感，无到不同方向的偏振光可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成方向成9090角，则线偏振光将完全不能通过因此，当转动角，则线偏振光将完全不能通过因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。
象如果入射的是部分偏振光，则转动偏振片时，视场中光强有如果入射的是部分偏振光，则转动偏振片时，视场中光强有变化，但不十分明显，无消光现象变化，但不十分明显，无消光现象偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光部分偏光部分偏光强度改变强度改变无消光无消光自然光自然光强度不变强度不变透光轴透光轴 光强为光强为I0 0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成振化方向的成角时，则透过偏振片的光强为：角时，则透过偏振片的光强为：注意两点：注意两点：入射光必须是线偏振光，不是自然光；入射光必须是线偏振光，不是自然光；是与是与coscos2 2正比，而不是与正比，而不是与coscos正比5.2.2 5.2.2 马吕斯定律马吕斯定律AI0I证明：证明：ON1表示入射表示入射线线偏振光的振偏振光的振动动方向，方向，ON2表示表示检检偏器的透偏器的透光光轴轴方向，两者的方向，两者的夹夹角角为为.入射入射线线偏振光的光矢量振幅偏振光的光矢量振幅为为E0，将此光矢量沿，将此光矢量沿ON2及垂直于及垂直于ON2的方向分解的方向分解为为两个分两个分量，它量，它们们的大小分的大小分别为别为E0cos 和和E0sin，其中只有平行于，其中只有平行于检检偏器透光偏器透光轴轴方向方向ON2的分量可以透的分量可以透过检过检偏器偏器.由于光由于光强强和和振幅的平方成正比，所以透振幅的平方成正比，所以透过检过检偏器的透射光偏器的透射光强强I和入射和入射线线偏振光的光偏振光的光强强I0之比之比为为例例14.2要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转要使一束线偏振光通过偏振片后振动方向转过过90，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？此情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？解：至少需要两块理想偏振片解：至少需要两块理想偏振片(如如图右所示图右所示).其中其中P1透光轴与线偏振透光轴与线偏振光振动方向的夹角为光振动方向的夹角为，第二块偏，第二块偏振片透光轴与振片透光轴与P1透光轴夹角为透光轴夹角为(90).设入射线偏振光原来的光强设入射线偏振光原来的光强为为I0，则透射光强，则透射光强当当290，即，即45时时，.I0I5.2.25.2.2反射光和透射光的偏振态反射光和透射光的偏振态1菲涅耳公式菲涅耳公式 当一束自然光在两种介质的界面上反射和折射时，反射当一束自然光在两种介质的界面上反射和折射时，反射光和折射光的传播方向由反射和折射定律决定。
而反射光和光和折射光的传播方向由反射和折射定律决定而反射光和折射光的振幅则由菲涅耳公式决定折射光的振幅则由菲涅耳公式决定对于入射的自然光：对于入射的自然光：As1 Ap1 Ap2 Ap1 As2 As1 i1 i1 i2 O n1 n2 若不考虑方向，则有：若不考虑方向，则有：当当 i10 或或 i190 的两种情况下，有：的两种情况下，有：因此因此对于自然光，对于自然光，因而有：因而有：即当入射角为即当入射角为0 或或90 时，入射自然光，反射光仍时，入射自然光，反射光仍然为自然光然为自然光除除i10 或或 90 外的任何角度入射时，都有：外的任何角度入射时，都有：根据：根据：因此有：因此有：对于自然光，对于自然光，则则反射光为部分偏振光反射光为部分偏振光（垂直垂直于入射面的于入射面的光振动光振动占占优势）由此可见，当入射角为由此可见，当入射角为0 或或90 时，入射自然光，时，入射自然光，反射光仍然为自然光入射角为其它角度时（全反射反射光仍然为自然光入射角为其它角度时（全反射时除外），反射光则为部分偏振光（垂直分量多于平时除外），反射光则为部分偏振光（垂直分量多于平行分量）行分量）。
i in1n2由菲涅耳公式：由菲涅耳公式：当当 时,分母为无穷大分母为无穷大,由于由于Ap1 0，则必有，则必有 即反射光中没有即反射光中没有P分量，只有分量，只有S分量则反射光成反射光成为线偏振光为线偏振光(电矢量的振动方向垂直于入射面的电矢量的振动方向垂直于入射面的)反射光能否成为线偏振光呢？反射光能否成为线偏振光呢？把此时的把此时的入入射角射角 i 1记为记为 i10，则有：，则有：i10+i2=90o 其中利用了折射定律，其中利用了折射定律，2 2布儒斯特定律布儒斯特定律（1815年）年）当当入入射角射角 i1 达到某一角达到某一角 i10 时，且有时，且有反射光反射光中只有光振动中只有光振动垂直于入射面垂直于入射面的的线偏振光线偏振光，但，但折射折射光光仍为仍为部分偏振光部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律这一规律称之为布儒斯特定律i10 称为称为布儒斯特角布儒斯特角或或起偏角起偏角推论：推论：反射光线与透射光线垂直反射光线与透射光线垂直2.2.虽然反射光是垂直于入射面的线偏振光，但反射虽然反射光是垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量15%,15%,即即反射偏振光非常微弱反射偏振光非常微弱.1.1.当入射角当入射角为布儒斯特角为布儒斯特角(起偏角起偏角)i10时，时，折射光是折射光是偏振化程度最强偏振化程度最强部分偏振光部分偏振光，但并非线偏振光，但并非线偏振光.v注意：注意：推论：推论：根据光的根据光的可逆性可逆性，当入射光以，当入射光以 角从角从 介质入射于界面时，此介质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角角即为布儒斯特角.玻玻璃璃 若将一束自然光以布儒斯特角入射到若将一束自然光以布儒斯特角入射到n片相互平行的透明片相互平行的透明介质板上，折射光中的介质板上，折射光中的S分量在每个界面上都将反射掉一部分，分量在每个界面上都将反射掉一部分，而与入射面平行的而与入射面平行的P分量都不被反射，全部透射。
分量都不被反射，全部透射当透明介质板足够多时，从介质堆透射出来的光就近似当透明介质板足够多时，从介质堆透射出来的光就近似为平行于入射面的线偏振光，而光强可近似达到入射自然光为平行于入射面的线偏振光，而光强可近似达到入射自然光的的50玻璃片堆的反射起偏和透射起偏玻璃片堆的反射起偏和透射起偏讨论讨论讨论光线的反射和折射讨论光线的反射和折射(起偏角起偏角 )例例5.15.1：将两偏片：将两偏片P P1 1与与P P2 2共轴放置，用强度共轴放置，用强度I I1 1的自然光和的自然光和I I2 2的平偏的平偏光同时垂直入射到光同时垂直入射到P P1 1上，从上，从P P1 1透出后又射到透出后又射到P P2 2上1 1）P P1 1放置不动，将放置不动，将P P2 2以光线方向为轴转一周，以光线方向为轴转一周，光强如何变化？光强如何变化？（2 2）欲使光强最大，如何放置）欲使光强最大，如何放置P P1 1和和P P2 2？则从P1出射的光强解：设解：设解：设解：设P1 、P2的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为 入射线偏振光振动方向与入射线偏振光振动方向与入射线偏振光振动方向与入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为的偏振化方向夹角为 对自然光：对自然光：对自然光：对自然光：线偏振光：线偏振光：线偏振光：线偏振光：因因因因 和和和和 是非相干光，光强直接相加求和是非相干光，光强直接相加求和是非相干光，光强直接相加求和是非相干光，光强直接相加求和.即观察到的光强随即观察到的光强随即观察到的光强随即观察到的光强随P1的转动而周期性变化的转动而周期性变化的转动而周期性变化的转动而周期性变化时时时时(2)(2)欲欲得到最大光强，须同时满足得到最大光强，须同时满足得到最大光强，须同时满足得到最大光强，须同时满足则则则则先调先调先调先调 /,/,同时转动同时转动同时转动同时转动 ,.,.使透射光强达到最大使透射光强达到最大使透射光强达到最大使透射光强达到最大.例例2：将一偏振片沿：将一偏振片沿 45角插入一角插入一对对正交偏振片之正交偏振片之间间，自然光，自然光经经过过它它们们，强强度度减为原来的百分之几？减为原来的百分之几？P1P2P3I1I2。