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光学

光的偏振

偏振描述横向电场的振动方向;线偏振光通过检偏器时满足马吕斯定律 I = I₀ cos²θ。

偏振描述横向电场的振动方向;线偏振光通过检偏器时满足马吕斯定律 I = I₀ cos²θ。

I=I0cos⁡2θI = I_0\cos^2\theta

定义: 线偏振与马吕斯定律

电磁波是横波,电场 E 与传播方向垂直。线偏振光的 E 方向固定;偏振片透过平行于其透振轴的电场分量。入射偏振方向与检偏器轴夹角为 θ 时,理想检偏器后的强度为 I = I₀ cos²θ。理想偏振片使自然光强度降为 I_b/2。

旋转检偏器,观察电场在透振轴上的投影及符合马吕斯定律的强度。

模型与物理量

电磁波是横波,电场 E 与传播方向垂直。线偏振光的 E 方向固定;偏振片透过平行于其透振轴的电场分量。入射偏振方向与检偏器轴夹角为 θ 时,理想检偏器后的强度为 I = I₀ cos²θ。理想偏振片使自然光强度降为 I_b/2。

例题: 两片正交偏振片

强度为 I_b 的自然光通过第一片偏振片,再通过透振轴与第一片成 60° 的第二片。求最终强度与 I_b 的关系。

解答

第一片后 I₁ = I_b/2。由马吕斯定律,I₂ = I₁ cos²60° = (I_b/2)(1/4) = I_b/8。

快速检测

自然光的电场在垂直于传播方向的平面内有多种振动方向;线偏振光只沿一个确定方向振动。第二片偏振片充当检偏器,透射强度遵循马吕斯定律 I=I0cos⁡2hetaI=I_0\cos^2 heta,其中 heta heta 是两透振轴夹角。两轴正交时理想情况下无光透过;夹角45°时,偏振入射光强度的一半通过。偏振应用于防眩眼镜、液晶显示器以及透明材料应力分析。

线偏振光通过与其偏振方向成 90° 的理想检偏器后,透射强度为:

强度为 I_b 的自然光通过一片理想偏振片(无检偏器)后,透射强度为:

参考文献

  1. Eugene Hecht (2017). Optics