光的横波性与五种偏振态

光的横波性与五种偏振态光的干涉和衍射现象只表明光是一种波动，光的 偏振现象则清楚地显示光是横波(振动方向与传 播方向垂直)而不是纵波。 1.光的偏振现象与光的横波性

1)机械波的横波性的检验如图，将橡皮绳的一端固定，手拿着另一 端上下抖动，于是横波沿绳传播，在波的 传播路径中放置两个栏杆G1、G2, 若二者缝隙方向一致(a),则通过G1的 振动可无阻碍地通过G2,若二者缝隙方向 垂直(b),则通过G1的振动传到G2 处就被挡住，在G2后不再有波动。这只可 能是横波。

2)光波的横波性的检验(光的偏振现象)如图，让光线依次通过两个偏振片P1、P2,P1固定不动，以光线为轴转动P2,发现：随着P2的的取向不同， 透射光的强度发生 变化，当P2处于某一位置时透射光的强度最大，由此位置转过90度后，透射光的强度减为零，即光线完全被P2 所阻挡(消光),若继续 转过90度，透射光又变为最亮，再转过90度，又复消光，如此等等。结论：偏振片所起的作用反映了它上面存 在着一个特殊方向，使光波中的 振动能顺利通过；该实验也反映了光波的振动方向与传播方向垂直即光波是横波。

2.光的偏振的含义

光的电磁理论建立以后，光的横波性才得以完满说明：在自由空间传播的光波是一种纯粹的横波，光波中沿横向振动着的物理量是 电场矢量和磁场矢量，鉴于在光和物质的相互作用过程中主要是光波中的电矢量起作用，所以常以电矢量作为光波中振动矢量的代表 光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直，在与传播方向垂直的二维空间里电矢量还可能有各式各样的振动状态，称之为光的 偏振态或偏振结构。

光波振动方向的不全面和振幅 不均等的现象称为光的偏振现象

偏振片(1)晶体的二向色性(选择吸收性)

(2)偏振片及其透振方向和消光方向 (3)偏振片的制造 (4)偏振片的起偏和检偏性能

光的五种偏振态1)光是横波，才有不同的偏振状态 2)光波的五种偏振态： 自然光、线偏振光、部分偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光。

3.线偏振光1)线偏振光的定义：

在垂直光传播方向的平面上，只有单一 方向的振动矢量，随着时间的推移，振 动矢量只改变大小、不改变方向。

2)振动面与平面偏振动面：线偏振光的传播方向与 振动方向构成的平面。 同一波线上的线偏振光的光振动均处于同一 振动面上，又称线偏振光为平面偏振光。 线偏振光是偏振程度最强的光，又称线偏振 光为全偏振光。

3)线偏振光通过偏振片后的光强度I0 若入射的线偏振光强为： 0 I旋转偏振片P一周， 出射光强的变化为：I

线偏振光

P

I

I0 0 I0

存在一个消光方向 , 在垂直 P 的透振方向上

4)马吕斯定律由于： A A0 cos 就有：I I 0 cos2 称上式为马吕斯定律

A0

A

注意：(1)只适用于线偏振光 (2)马吕斯定律公式上的 三角函数项是平方项。

P

5)起偏器和检偏器起偏器：任何偏振态的光通过后透射 光都变为线偏振光的器件。 检偏器：检查入射光偏振态的器件 线偏振射光通过此器件后光 强变为零。 偏振片既是起偏器，又是检偏器。

6)一束线偏振光可以分解为两束 互相垂直的线偏振光 E A cos( t )

E Exi y j

y

A E

Ax A cos

Ay A sin Ex Ax cos( t )

x

Ey Ay cos( t )

0,

若将 0, 带入参量方程消去参量t, Ey Ay 就有： ,这正是直线方程 Ex Ax

结论：

(1)线偏振光可以分解为两个互相垂直 的相位差为 0 或 的线偏振光， (2)可以由这两束线偏振光代替这束线偏振光。

4.自然光1)自然光的定义：在垂直光传播方向的平面上， 所有方向均有横振动， 各个方向的振动幅度均相等， 形成如图所示的轴对称振幅分布。

2)自然光通过偏振片后的光强度I0自然光P

I

若入射的自然光强为：I 0

1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I 0 I 2

3)试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。自然光由无数条非相干的线偏振光组成 数密度： 单位夹角内包 含的 线偏振光的条数 ( ) 0 角内包含的线偏振 光的条数：

N 0

P

角内包含的线偏振光的总强度：

I 0 i N i 0 2

入射的自然光的总光强：

I 0 I 0 i 0 d 2 i 00

设偏振片的透振方向与 角内线偏振光 的夹角为： 依据马吕斯定律：I I 0 cos2

角内的线偏振光通过偏振片后的光强为： 2 2 I i N cos i 0 cos 2 i 0 (cos ) 注意：已经将公式中的 改写为 透过偏振片后自然光的光强变为：

I i 0 cos d i 02

2

1 因此有： I I 0 2

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