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馬呂斯定律
鎖定
- 中文名
- 馬呂斯定律
- 外文名
- Malus‘s Law
- 提出人
- 馬呂斯
- 公 式
- I=I0cos2𝜃
- 提出時間
- 1808年
馬呂斯定律基本概念
馬呂斯定律原理
由起偏器產生的偏振光在通過檢偏器之後,如圖1,OM表示起偏器的偏振化方向,ON表示檢偏器的偏振化方向,它們的夾角為α.自然光透過起偏器後成為沿OM方向的線偏振光,設其振幅為E0,而檢偏器只允許它沿ON方向的分量通過,所以從檢偏器透出的光的振幅為
E=E0cosα
馬呂斯定律公式推導
I=I0cos2 α
一束光強為I0的線偏振光,透過檢偏器以後,透射光的光強為I=I0cos2 α 。 式中 α是線偏振光的光振動方向與檢偏器透振方向間的夾角,該式稱為馬呂斯定律.
在光路中放入偏振片P2 ,作為檢偏器,其透振方向P2與P1 夾角為,透過P2的光振幅為
E=E0cosα,
光強為
I=I0cos2 α , 這就是馬呂斯定律.
由此式可以得知:當α=0°或180°時,I=I0 ,透射光最強.當α=90°或270°時,I=0,透射光強為零.當為其它值時,光強介於 0 和I0之間.
A=A0cosα
因為探測器檢測到的是光強,光強為
I=A2
可得I=(A0cos α)2=I0cos2 α
馬呂斯定律例題
兩個偏振片緊靠在一起,將它們放在一盞燈的前面以至沒有光通過,如果將其中的一片旋轉180°,在旋轉的過程中,將會產生什麼現象呢?
解答:透過偏振片的光強先增強,然後又減小為零.
再問:平行時最強,90°時無光,那麼30°呢?60°呢?除了平行和垂直情況以外,其他偏角時刻透過的光強情況又如何呢?
根據馬呂斯定理
30°的時候:I = I0cos230°=0.75I0
60°的時候:I = I0cos260°=0.25I0
馬呂斯定律驗證實驗
馬呂斯定律實驗原理
I = I0cos2𝜃( 1)
起偏器P a 產生一線偏振光, 強度為I0, 其透振方向為MM',通過檢偏器P b 後, 按照馬呂斯定律其透射光強為I = I0cos2𝜃.為了定量地檢測透射光強的大小, 在P b 後放一光電池, 根據光電池的輸出電流i與透射光強大小I 成正比的關係, 可知光電池輸出電流為
i = kI ( 2)
由( 1)、( 2) 易知
i = i0cos2𝜃 ( 3)
馬呂斯定律實驗儀器
平面內方便地調整檢偏器轉角θ。
馬呂斯定律證明
設同源光束[MABCP]與[M'A'B'C'P']與曲面m分別在M,M'點正交;這兩道光線在傳播過程中經過多次反射或折射,分別與界面a相交於A,A'點;與界面b相交於B,B'點,與界面c 相交於C,C'點;經過若干反射、折射後分別到達P,P'點;令光線[MABCP]、[M'A'B'C'P'] 的光程相等;則所有等光程的P,P'的集合,形成一個曲面p。可證明光線[MABCP]與曲面p在P點正交,光線[M'A'B'C'P']與曲面p在P'點正交,即集合p是光束的正交一致性曲面。
證:
作兩條附加直線M'A和P'C。令M與M'無限接近,因M'A與曲面m 垂直,光線[M'ABCP']與光線[M'A'B'C'P']之差是MM'線段的高次微小項
即[M'ABCP']~[M'A'B'C'P']。但根據費馬原理的要求,[M'A'B'C'P]=[MABCP],代入前式,可得
[M'ABCP']=[MABCP];
令第一介質和最後介質的折射率分別為n,n',則消除共同線段之後可得:
由此
在M和M'無限接近時M'A=MA,於是 CP'=CP;即CP,CP'是等腰三角形的兩腰,與PP'夾角相等;當其無限接近時CP,CP'合為一體,垂直於曲面p。同理可證C'P'垂直於p。
[5]
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- 參考資料
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- 1. 鬱道銀 談恆英.《工程光學》第2版.北京:機械工業出版社,2006.:5
- 2. 馬呂斯定律
- 3. 馬呂斯定律實驗原理圖
- 4. Moritz von Rohr .. Geometrical Investigation of the Formation of Images in Optical Instruments M.M.STATIONARY,LONDON 1920.,LONDON : M.M.STATIONARY, 1920:21
- 5. Moritz von Rohr.Geometrical Investigation of the Formation of Images in Optical Instruments .London: M.M.STATIONARY,,1920:21