最后更新: 2024-12-15 17:20 查看: 189 次反馈刷题

光的偏振激光

波分为纵波和横波。在纵波中, 各点的振动方向总与波的传播方向在同一直线上。在横波中, 各点的振动方向总与波的传播方向垂直。

不同的横波, 即使传播方向相同, 振动方向也可能是不同的。这个现象称为 “偏振现象” 。例如，一列沿水平方向传播的横波, 既可能沿上下方向振动, 也可能沿左右方向振动，还可能沿其他 “斜” 的方向振动。横波的振动方向称为 “偏振方向”。

让绳穿过一块带有狭缝的木板, 先后将狭缝与振动方向平行放置及与振动方向垂直放置( 图 4.6-1 )。对于图 4.6-1 甲的情形，绳上的横波能穿过狭缝，而对于图 4.6-1 乙的情形则不能。如图 4.6-2, 在一条弹簧上传播的纵波, 无论狭缝的取向如何, 波都能穿过。
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## 光的偏振

光的干涉和衍射现象说明光具有波动性。光是横波还是纵波呢? 研究表明, 光是一种横波。我们可以用与上述实验类似的方法来研究光的偏振。为此, 利用 “偏振片”代替图 4.6-1 中带有狭缝的木板来做光学实验。偏振片由特定的材料制成, 每个偏振片都有一个特定的方向, 沿着这个方向振动的光波 能顺利通过偏振片, 偏振方向与这个方向垂直的光不能通过，这个方向叫作 “透振方向”。偏振片对光波的作用就像图 4.6-1 中的狭缝对于机械波的作用一样。

实际上, 太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光, 包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。这种光是 “自然光” ( 图 4.6-4)。

自然光在通过偏振片 $\mathrm{P}$ 时, 只有振动方向与偏振片的透振方向一致的光波才能顺利通过。也就是说，通过偏振片 P 的光波，在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定的方向振动。这种光叫作偏振光 (polarized light)。

通过偏振片 $\mathrm{P}$ 的偏振光照射到偏振片 $\mathrm{Q}$ 时, 如果两个偏振片的透振方向平行, 那么, 通过 $\mathrm{P}$ 的偏振光的振动方向与偏振片 $\mathrm{Q}$ 的透振方向一致, 可以透过 $\mathrm{Q}$ (图 4.6-3乙);如果两个偏振片的透振方向垂直, 那么, 偏振光的振动方向跟偏振片 $\mathrm{Q}$ 的透振方向垂直, 不能透过 $\mathrm{Q}$ (图 4.6-3 丙)。

偏振光并不罕见。除了从太阳、白炽灯等光源直接发出的光以外, 我们通常看到的绝大部分光, 都是不同程度的偏振光。自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光 (图 4.6-5), 人射角变化时偏振的程度也有变化。

## 激光的特点及其应用

光是从物质的原子中发射出来的。原子获得能量以后处于不稳定状态, 它会以光的形式把能量发射出去。但是,普通的光源，例如白炽灯，灯丝中某个原子在什么时刻发光、在哪个方向偏振, 完全是随机的, 发出的光传播方向各异, 频率也不一定相同, 这导致不同原子发出的光没有确定的相位差。因此, 普通光源发出的自然光是许多频率、相位、偏振以及传播方向各不相同的光的杂乱无章的混合。这导致两个独立的普通光源发出的光不会发生干涉。

那么, 能否制造出频率、相位、偏振以及传播方向等性质都十分确定的 “纯净” 的光呢? 1960年, 美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了传播方向、偏振、相位等性质完全相同的光波, 这就是激光 (laser)。迄今为止, 人类已经制造了各种类型的激光器, 比如气体激光器、半导体激光器、染料激光器、宝石激光器, 等等。

激光的诞生是一件大事。它使得人类获得了极其理想的、自然界中不存在的光源。激光纯净的特性能在实际应用中带来很多方便。例如, 我们前面讲过的双缝干涉实验和衍射实验, 用激光要比用自然光更容易完成。因此, 激光被广泛地应用于生产生活和科学研究中。
激光能像无线电波那样被调制, 用来传递信息。光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。今天, 每时每刻都有无数激光信号承载着海量的信息在海底光缆中传输。借助它们, 大洋两岸的人们可以实现廉价的实时通信, 全世界被连接成一个整体。

激光的另一个特点是它的平行度非常好, 在传播很远的距离后仍能保持一定的强度。

## 1. 光的衍射

发生明显衍射现象的条件：只有当障碍物或狭缝的尺寸足够小的时候，衍射现象才会明显。
2. 光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿——切方向 振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
（2）偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光.
(3)偏振光的形成
(1)让自然光通过偏振片形成偏振光.
(2)让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.
(4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等。
(5)光的偏振现象说明光是一种横 波.

1.单缝衍射与双缝干涉的比较

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 2.光的干涉和衍射的本质
从本质上看，干涉条纹和衍射条纹的形成有相似的原理，光的干涉和衍射都属于光波的叠加，干涉是从单缝通过两列频率相同的光在屏上叠加形成的，衍射是由来自单缝上不同位置的光在屏上叠加形成的.

`例`如图所示的4种明暗相间的条纹分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮条纹).在下面的4幅图中从左往右排列，亮条纹的颜色依次是
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A.红黄蓝紫  		　　
B.红紫蓝黄
C.蓝紫红黄  		　　
D.蓝黄红紫
解：双缝干涉条纹是等间距的，而单缝衍射条纹除中央亮条纹最宽、最亮之外，两侧条纹亮度、宽度都逐渐减小，因此1、3为双缝干涉条纹，2、4为单缝衍射条纹.相邻亮条纹间距 $\Delta x=\frac{l}{d} \lambda$ ，红光波长比蓝光波长长，则红光干涉条纹间距大于蓝光干涉条纹间距，即1、3分别对应红光和蓝光。而在单缝衍射中，当单缝宽度一定时，波长越长，衍射越明显，即中央条纹越宽越亮，黄光波长比紫光波长长，即2、4分别对应紫光和黄光.综上所述，1、2、3、 4四幅图中亮条纹的颜色依次是：红、紫、蓝、黄，B正确。

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