14光的偏振-
光的偏振现象原理
光的偏振现象原理
光的偏振现象是指光在传播过程中，电矢量的振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
这个平面称为光的振动方向或偏振方向。
光的偏振现象可以通过介质对光波进行滤波或反射来实现。
光波的振动方向与电场矢量方向之间有着固定的关系，这种关系可以用偏振方程来描述。
光的偏振状态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
线偏振是指光波振动方向沿着特定的直线进行。
线偏振可以通过通过透明介质上的透明膜或光栅来实现，这样只有特定方向的电场分量才能透过，并达到偏振的效果。
圆偏振是指光波振动方向沿着特定的圆弧进行。
圆偏振可以通过将线偏振光经过适当的光学元件（如1/4波片或1/2波片）进行转换而实现。
椭圆偏振是指光波振动方向在一个特定的平面内进行，且振动方向沿着椭圆轨迹变化。
椭圆偏振可以通过将圆偏振光或线偏振光经过适当的光学元件进行转换而实现。
光的偏振现象具有重要的应用价值。
例如，在光学显微镜中，通过选择特定偏振方向的光来观察样品，可以获得更清晰的图像。
在液晶显示器中，利用液晶分子的偏振特性，可以控制光的透射和反射，实现图像的显示。
总之，光的偏振现象是光在传播过程中，电场矢量振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
通过透明介质的滤波或光学元件的转换，可以实现光的偏振效果。
光的偏振 课件
1.知道光的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。 2.了解偏振光和自然光的区别，知道偏振光的一些应用。 3.通过光的偏振现象证明光是横波。
问题思考1：光的干涉和衍射证明了 光是一种波。那么，光是横波还是 纵波？
问题思考2：横波和纵波中质点的振动方向特点有 什么不同？
横波：振速方向 与波速垂直
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
结论:两偏振片的透振方向相互垂直时,光强为零
现象：光通过第一片偏振片后再转动第二片偏振片, 光的强弱会发生变化。
结论：光有偏振现象，说明光是横波。
三、自然光与偏振光的区别
自然光
Байду номын сангаас起偏器
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某 个特定的方向振动的光叫做偏振光。
实验2:让光源的光通过两片偏振片(起振器，检偏器)
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
结论:只有振动方向与透振方向平行的光才能通过狭缝
二、光的偏振现象
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
受上面实验的启发，我们可以利用类似 的实验来判断光波是横波还是纵波．
偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊
的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方
向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作
光的偏振与衍射知识点总结
光的偏振与衍射知识点总结光的偏振和衍射是光学中的重要概念和现象，它们在许多领域中都有广泛的应用。
本文将对光的偏振和衍射的知识点进行总结和解析，帮助读者更好地理解和掌握这些内容。
一、光的偏振光的偏振是指光波振动方向的特性。
在自然光中，光波的振动方向是各向同性的，即在任意方向上都有振动。
而经过某些介质的作用后，光可以变成具有特定振动方向的偏振光。
光的偏振可以通过偏振镜或偏振片实现。
在偏振光中，光波的电场振动方向垂直于光传播的方向。
常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场振动方向只在一个平面上，圆偏振光的电场振动方向则以圆轨迹旋转。
光的偏振在许多领域中都有应用，如光通信、偏振显微镜、液晶显示等。
它可以提供更好的光学性能和更高的图像分辨率。
二、光的衍射光的衍射是指光波通过障碍物或孔径后产生的干涉现象。
当光波通过孔径时，会发生弯曲和弯折，使得光波以某种方式传播并形成干涉图案。
光的衍射是光的波动性质的重要体现。
根据衍射的不同形态，可以将其分为菲涅尔衍射和弗朗宁衍射。
菲涅尔衍射是指光波通过不同孔径大小的圆形孔产生的衍射现象；弗朗宁衍射是指通过狭缝产生的衍射现象。
此外，光的衍射还包括单缝衍射、双缝衍射和衍射光栅等形式。
光的衍射在光学中有广泛的应用。
例如，通过光的衍射可以分析光波的频谱成分，用于光谱分析和光学检测。
此外，利用衍射现象还可以实现激光的调制与控制，应用于激光工程和光通信等领域。
三、偏振与衍射的关系光的偏振和衍射之间存在密切的关系。
当偏振光通过衍射物体时，衍射现象会影响光的偏振性质。
例如，当线偏振光通过狭缝时，由于衍射的作用，光的振动方向会发生变化。
这种现象又称为Huygens-Fresnel原理。
此外，还可以利用偏振光的偏振特性来控制光的衍射。
通过选择不同方向的偏振光，可以实现对衍射图案的调制和改变。
这一技术在激光显示、光存储等领域具有重要应用价值。
总结：光的偏振和衍射是光学中的重要知识点。
光的偏振是指光波振动方向的特性，可以通过偏振片实现。
散射光的偏振
第14章 光的偏振
14–4 散射光的偏振
一束光射到一个微粒或分子上，就会使其中的 电子在光束内的电场矢量的作用下振动.此类振动中 的电子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波， 即光.这种现象叫做光的散射.
分子中的一个电子振动时发出的光是偏振的， 它的光振动方向总是垂直于光的传播方向(横波)， 并和电子的振动方向在同一个平面内.但是，往各 方向发出的光强度不同：在垂直于电子振动的方向， 强度最大；在沿电子振动的方向，强度为零.
第14章 光的偏振
14–4 散射光Βιβλιοθήκη 偏振右图表示了这种情形，O 处有一电子沿竖直方向振 动，它发出的球面波向四 周传播，各条光线上的短 线表示该方向上光振动的 方向，短线的长短大致表 示该方向上光振动的振幅.
图14.11 振动的电子发出的光的 振幅和偏振方向示意图
第14章 光的偏振
14–4 散射光的偏振
光的偏振实验了解光的偏振现象
光的偏振实验了解光的偏振现象光的偏振现象是光波在传播过程中振动方向的定义。
通常，光的波动是沿着垂直于传播方向的所有方向均匀地振动。
然而，在某些情况下，光的振动方向可以被约束在一个特定的方向上，这就是光的偏振现象。
为了进一步了解光的偏振现象，我们可以进行实验来观察和研究光的偏振行为。
以下将介绍几种常见的光的偏振实验方法。
一、马吕斯法马吕斯法是最早用来研究光的偏振的实验方法之一。
该方法利用偏光镜和分析片的组合，可以将线偏振光转换成圆偏振光或者反之。
通过调节偏光镜和分析片的相对角度，我们可以观察到转换前后光的强度的变化，从而研究光的偏振现象。
二、振动起偏器法振动起偏器法是通过使用起偏器和分析器来观察光的偏振现象。
起偏器是一个偏振镜，可以限制光只能在一个特定方向上振动。
当通过起偏器的偏振光再经过分析器时，根据分析器的角度调节，我们可以观察到光的强度的变化，从而探究光的偏振特性。
三、双折射现象双折射是光线通过一些特殊的材料时产生的光的偏振现象。
常见的双折射材料包括石英晶体和冰晶石等。
通过将光线通过这些材料，我们可以观察到光线被分成两束具有不同振动方向的光线，这种现象被称为光的双折射。
通过测量这两束光线的振动方向,可以研究光的偏振现象。
四、干涉法干涉法是一种通过干涉现象来研究光的偏振特性的方法。
通过使用光路调节器和干涉仪，我们可以观察到在特定条件下，不同偏振方向的光线在干涉仪中产生干涉条纹。
通过分析和测量这些干涉条纹，可以获得有关光的偏振性质的有用信息。
通过以上的实验方法，我们可以更加深入地了解光的偏振现象。
这些实验方法不仅帮助我们理解光的振动方式，还在许多领域中有着重要的应用，如光学通信、显微镜下的观察等。
总结光的偏振现象是光学中非常重要的一个概念。
通过实验方法，我们可以对光的偏振行为有更深入的认识。
马吕斯法、振动起偏器法、双折射现象和干涉法是常用的实验方法，它们各自从不同的角度帮助我们理解光的偏振现象。
光的偏振教案
设入射光中自然光强度为In， 偏振光强为IP，则有
I0
P
I0 In IP
最大通过光强
IM
In 2
IP
IM Im IP
最小通过光强
Im
In 2
IM Im Ip In
偏振度
P IP IM Im IP In IM Im
IM : Im 3
P 50%
三、反射和折射光的偏振
反射光和折射光都是部分偏振光 折射光中平行入射面的振动成份多
Ae
A
入射光振幅 A
30o
z
Ao Asin 30o Ao
I0
A02 2
Ie
Ae2 2
Ae Acos 30o
Io tan2 30o 1
Ie
3
14.4 椭圆（圆）偏振光
一.变相差器
1. 波片与相位延迟
波片光轴平行表面
光束垂直表面入射，o 光、e光 传播方向相同
Z
、速度不同。
d
入射光同相位
出射o、e光的光程差
部分
偏振光
I0
P旋转
椭圆偏振光
I0
P旋转
I0 2
IM ~ 0
IM ~ Im
IM ~ 0
光强为I0的圆偏振光垂直通过四分之一波片后又经 过一块透光方向与波片光轴夹角为150的偏振片,不
考虑吸收,求最后透射光强.
光轴
圆偏振光通过四分之一波片 后成为线偏振光,光矢量与晶
150
E
150
450
片光轴成450角,光强不变
14.1 光的偏振状态
只有横波有偏振性，纵波没有偏振性
光的振动方向对传播方向的不对称性称偏振
偏振是横波区别于纵波的最明显标志
大学物理-14章：光的偏振
A (2n) s2
As1 sin
2n
i2
i0
A (2n) P2
AP1
. 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰
未装偏振片
装偏振片
▪ 这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面 上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相 机指向与玻璃大约成45度角。
▪ 这张照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与 玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤 镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反 射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远， 玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法 把这样的反射光全部滤去。
反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光
n1 sin i10 n2 sin i2
n1 sin tg i10
i10
n2 n2 n1
sin( 900 i10) n2 cos i10
----布儒斯特定律
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：
三 折射光的偏振态
As2 2sini2 cosi1 As1 sin(i1 i2 )
解：设P1、P2的 I1 P1 I1' P2 I1' ' E
偏振化方向夹
角为
I2
I2' I2''
入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方
向夹角为
对自然光：
I1'
1 2
I1
I1''
1 2
I1
cos2
线偏振光：
I2' I2 cos2 I2 '' I2 cos2 cos2
因I1’’和I2’’是非相干光
(900 ) (900 i2 ) 180
光的偏振现象与计算方法
光的偏振现象与计算方法光的偏振现象作为光学领域的一个重要概念，是指光波在传播过程中，振动方向呈现出特定规律的现象。
本文将介绍光的偏振现象及其计算方法，以加深对这一现象的理解。
一、光的偏振现象概述光波是由电场和磁场按一定规律振动而形成的，传播方向与电场振动方向垂直，称为纵波。
而偏振光是指光波中的电场振动只沿特定方向进行的光波。
与普通的自然光相比，偏振光具有更为明确的振动方向和振动模式。
二、光的偏振方向光的偏振方向是指电场矢量沿着的方向，一般用发光源到电场矢量的方向来表示。
根据光的偏振方向不同，可以将偏振光分为水平偏振、垂直偏振、线偏振、圆偏振等几种类型。
- 水平偏振：电场矢量沿水平方向振动，与光的传播方向垂直。
- 垂直偏振：电场矢量沿垂直方向振动，与光的传播方向垂直。
- 线偏振：电场矢量沿直线方向进行振动，在水平方向与垂直方向之间。
- 圆偏振：电场矢量按圆周路径进行振动，可以根据电场矢量逆时针或顺时针旋转的方向分为左旋和右旋两种。
三、光的偏振计算方法在实际应用中，需要计算光的偏振度以及光的偏振方向。
下面介绍两种常用的光的偏振计算方法。
1. 偏振度计算方法偏振度是指光的偏振程度的量化指标，表示了偏振光在总光强中所占的比例。
通常用线偏振光与自然光混合所得到的光的强度比例来计算偏振度。
偏振度的计算公式如下所示：偏振度 = (I_max - I_min) / (I_max + I_min)其中，I_max代表线偏振光在某一个方向上的最大强度，I_min代表线偏振光在垂直方向上的最小强度。
2. 光的偏振方向计算方法光的偏振方向是指光波中电场矢量的振动方向。
测量光的偏振方向的方法主要有偏光片法和偏振分析仪法。
- 偏光片法：通过旋转偏光片得到光的偏振方向与偏光片透射光强的关系，从而确定光的偏振方向。
- 偏振分析仪法：利用偏振分析仪测量光的光强，并确定光的偏振方向。
以上两种方法在实际应用中可以选择其中一种或结合使用，以获得准确的光的偏振方向。
工程光学第14章光的偏振
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直 的、不等幅的、不相干的线偏振光
《工程光学》多媒体课件
第一节 偏振光概述
第十四章 光的偏振
（4）椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转
(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这种光叫
做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆
《工程光学》多媒体课件
第一节 偏振光概述
第十四章 光的偏振
横波和纵波的区别——偏振 • 纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题；
• 横波：振动方向与传播方向垂直，存在偏振问题。 最常见的偏振光有五种:
自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（1）自然光
普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子发光的间歇性 和无规则性，使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方 向的平面内以极快的速度取0～360°内的一切可能的方向，且 没有哪一个方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。 各个方向上光振动振幅相同的光，称为自然光。
《工程光学》多媒体课件
第一节 偏振光概述
第十四章 光的偏振
1. 由反射与折射产生偏振光
自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射时，不 但光的传播方向要改变，而且光的偏振状态也要改变，所 以反射光和折射光都是部分偏振光。
在一般情况下，反射光是以垂直于入射面的光振动为主 的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主 的部分偏振光。
第一节 偏振光概述
第十四章 光的偏振
《工程光学》多媒体课件
第一节 偏振光概述
考 思题
第十四章 光的偏振
摄影用的偏光镜如选择适当角度可消除或减弱水 和玻璃等非金属表面的反光 这是为什么?
第14章 光的偏振
自然光
线偏振光
···
立体电影
在拍摄玻璃窗内的物体时，在镜头上装上偏振片， 去掉反射光的干扰
未 装 偏 振 片
装 偏 振 片
起偏：从自然光获得偏振光
自然光
检偏: 检验偏振光
检 偏
线偏振光
起偏器
检偏器
讨论： (1) 自然光入射
透射线偏振光的光强:
I0 I1 2
缓慢转动P1 ——透射光是线偏振光 ——透射光光强 I1不变 ——线偏振光振动方向随 P1偏振化方向改变
1. 实验
反射光中,垂直入射面的光振动多于 平行入射面的光振动。 i i S
R
折射光中,平行入射面的光振动多于
垂直入射面的光振动。 入射角 i 改变, 反射、折射光的偏 振程度也改变。 γ R`
n1 n2
2. 布儒斯特定律
（1）当入射角 i = i0 时，反
自然光
S S
S
ii0 ii0 i i γ
I2 = I1 cos2 —— 马吕斯定律。
注意：入射光必须是线偏振光，不是自然光；
检偏器P2
E1
P2
讨论： 0，I 2 I max I 1
——透射光强最强
E1 sin
E1 cos
2
，I 0
——消光
P1
P194 例14-1 一束光由自然光和线偏振光混合而成，当它通过偏 振片时，发现透射光的光强依赖偏振片透光轴方向的取向可变化 5倍，求：入射光束中两种成分的光的相对强度。 P1 I0 解： I I 0 I 1 …… ①
P196例14.4 如图所示为一玻璃三棱镜，材料的折射率为n＝1.50， 设光在棱镜中传播时能量不被吸收.问： (1)一束光强为I0单色光，从空气入射到棱镜左侧界面折射进入棱 镜.若要求入射光全部能进入棱镜，对入射光和入射角有何要求？ (2)若要求光束经棱镜从右侧折射出来， 强度保持不变，对棱镜顶角有何要求？ 解 (1)若要求入射光全部折射到棱镜里， 则要求其反射光强度为零.对于自然光这 条件无法满足.若入射光为平行入射面的 线偏振光，则在入射角等于起偏振角情 况下，反射光束强度为零，入射光将全 部进入棱镜.因此要求入射光是振动方向 平行于入射面的线偏振光.入射角i01为
物理教案-光的偏振
物理教案－光的偏振一、教学目标通过本节课的学习，学生应能够：1.理解光的偏振现象的基本概念；2.了解光的偏振现象的产生原因；3.掌握光的偏振现象的常见应用。
二、教学内容1.什么是光的偏振；2.光的偏振现象的产生原因；3.光的偏振的应用。
三、教学重难点1. 教学重点•理解光的偏振的基本概念；•掌握光的偏振的应用。
2. 教学难点•理解光的偏振现象的产生原因。
四、教学过程步骤一：导入引入通过展示一些具有偏振光特性的照片或影片，引起学生对光的偏振的兴趣，并提出问题：“你们有没有注意到一些光线在传播过程中只有一个方向上的振动？”并要求学生回答。
步骤二：概念讲解1.定义光的偏振：光的振动方向只沿着特定方向传播的现象称为光的偏振。
2.光的偏振现象的产生原因：光的偏振是因为光的电场和磁场垂直于传播方向的分量振动方向不同引起的。
步骤三：实验演示进行一个简单的实验，使用偏振光源和偏振片来观察光的偏振现象。
首先，将偏振光源射向偏振片，然后逐渐改变偏振片的方向，观察通过偏振片的光是否能透过。
实验结束后与学生进行讨论，引导他们总结观察结果。
步骤四：应用拓展引导学生思考光的偏振现象在生活中的应用，并举例讲解光的偏振在偏光眼镜、液晶显示器和光通信等方面的应用。
步骤五：练习与讨论将学生分为小组进行讨论，针对以下问题展开讨论：1.光的偏振现象的产生原因是什么？2.举例说明光的偏振在生活中的应用。
步骤六：归纳总结和学生一起总结本节课的重点内容，强调光的偏振的基本概念和常见应用。
五、课堂小结通过本节课的学习，学生对光的偏振现象有了一定的了解，并能够应用到实际生活中。
同时，学生也了解了光的偏振现象的产生原因，为进一步深入学习做好了铺垫。
六、课后作业1.查找相关资料，深入了解光的偏振现象的应用；2.思考一下：在你的生活中，还有哪些应用使用到了光的偏振？备注：老师在备课过程中可以适当准备一些相关图片或动画，以图文并茂的方式引导学生更好地理解光的偏振现象。
14-偏振例题
I1
第19页，共19页。
600 A1cosa
A2e
=
3 8
I0
第15页，共19页。
例5： 一厚度为10mm的方解石晶片，
其光轴平行于表面，放置在两正交偏振片 之间，晶片的光轴与第一偏振片的偏振化
方向夹角为450，若要使波长 600nm 的光
通过上述系统后呈现极大，晶片的厚度至
少要磨去多少。
解： I =A22e+A22o+ 2A2e A2ocosΔj
解： C 表示波片的光轴方向
α 表示P2 和C 的夹角
单色自然光经P1后为线 偏振光，振幅为A1 ，经 1/4波片后为圆偏振光
C Ae
α
O
P1 A1
P2 A2o
A2e Ao
第8页，共19页。
两个分振动透过P2 的振幅都只是它们沿 P2 方向的投影。
C
它们的相差为π/2
Ae
以A 表示这两个具有恒定相
应磨去的厚度为
d =10－8.8=1.2mm
第17页，共19页。
例6： 有一波晶片放在正交的起偏器和
检偏器之间，试证明当起偏器的偏振化方向 与波晶片的光轴方向成π/4角度时,从检偏器 进出的光强为最大。
证明： I =A22e+A22o+ 2A2e A2ocosΔj
Δj =
2pd
( no
ne )+ p
波片上，求透射光的偏振状态。
解：圆偏振光可看成由位相差为π/2的两
个互相垂直的振动合成。 （1）经过1/4波片后，两个振动间的位相
差增加或减少π/2，成为
故透射光为平面偏振光。
第11页，共19页。
（2）经过1/8波片后，两个振动间的位相 差增加或减少π/4，成为
第14章光的偏振
11
二．马吕斯定律
线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： 设α 为振动方向与偏振化方向的夹角
I0
I
E0
P
E = E0cos
I0 E
2 0
,
IE
2
E 02 cos 2
I E 2 ( E 0 cos a ) 2 2 2 I O E0 E0
I I 0 cos 2
12
32
三. 单轴晶体中光传播过程
发生双折射现象，主要是因为晶体中的介 电常数r与方向有关，因而光在晶体中的传播 速度与光的传播方向有关。
n c
1
r r
1.主折射率 o光:在各个方向上的传播速度相同
n0 c
0
33
e光:在各方向上的传播速度不相同 光轴方向
n0 ne c
3
二. 线偏振光
光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。 又称平面偏振光
k
E
面对光的传 播方向看
光矢量的方向始终在一个平面中，但其大 小随位相而变。
4
y
分解：
Ey
E
Ex
x
Ex E cos
Ey E sin
Ex ,Ey的大小依赖于 x, y 方向的选取。 表示法：
光振动垂直板面
光振动平行板面
2
9 I0 32
27 I0 128
14
例:一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线 为轴转动P，观察通过P的光强的变化过程．
自然光或(和)圆偏振光 光，则将 若入射光是______________________ 看到光强不变； 线偏振光(完全偏振光) 若入射光是__________________________，则 将看到明暗交替变化，有时出现全暗； 部分偏振光或椭圆偏振光 ，则将 若入射光是________________________ 看到明暗交替变化，但不出现全暗．
大学物理§14-12反射和折射时光的偏振
i0
偏振片的应用 1) 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 2) 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。 3) 制成偏光眼镜，可观看立体电影。
4) 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成 45角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车 会车时灯光的晃眼。
两式比较得
coi0ssincoπ 2s()
i0
2
反射线与折射线垂直
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 介n 2质入 射于界面时, 此 角即为布儒斯特角 .
i0
n1
玻璃
n2
tan
i0
n2 n1
tantan(π 2i0)ctgi0n n1 2
3)画出下列光线的反射和折射（起偏角 i 0）.
i0
结论：反射光的偏振化程度与入射角有关 . 一般情况下：
反射光——部分偏振光，垂直于入射面的振动大于 平行于入射面的振动. 折射光——部分偏振光，平行于入射面的振动大于 垂直于入射面的振动.
特殊情况下： 反射光——完全偏振光
折射光——部分偏振光
布儒斯特定律（1812年）
当入射角等于某一特定值i0时，反射光是光振动垂 直于入射面的线偏振光。折射光仍为部分偏振光。
在照相机镜头前加偏振片 有反射光干扰的橱窗 消除了反射光的干扰
拍摄橱窗时未加偏振片 拍摄橱窗时加偏振片
i0
i0
i
i
i
例1 一束自然光以布儒斯特角入射到平玻璃板上，
就偏振状态来说，则反射光为
线，偏反振射Байду номын сангаас光
矢量的振E动方向
，垂折直射于光入为射面 ，
大学物理-光的偏振
2、振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度l 有关。
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· · ··
垂直板面的 光振动较强
20-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏和检偏
起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。
检偏：检查入射光的偏振性。
偏振片
将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片，缓慢转动偏振 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。
透 光 轴 方 向
20-1
光的偏振状态
振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
1.自然光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有 时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 等幅的、不相干的线偏振光。
干涉的明暗条件
色偏振
三、人为双折射现象
某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质， 也呈现双折射现象。 1、光弹性效应——应力双折射 在机械应力作用下，显示光学各向异性
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2、克尔效应——电致双折射
在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性
透光轴相互垂直
P1
C
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
大学物理-光的偏振
无关。
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3、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方
向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正 交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等 的振动，故此自然光常用下图表示：
...
u
S
y
x
u
S
S
• 表示该光的振动方向垂直于纸平面； 表示该光的振动面就在纸平面内。
折射率为：
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
tan i0
n2 n1
n2
将i0=600代入，得 n=1.73
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§14-4 光的双折射现象
一、光的双折射
当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射 光，折射定律为：
sin i / sin 常数
且入射线、法线、折射线在同一平面内，这是光在各向同性均 匀媒质中的折射现象。
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三、应用
①用玻璃片堆获取偏振光
i0
接近完全偏振光
② 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是偏振光。
③ 也可用玻璃片作检偏器。 ④ 在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，
可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射
光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装
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三、部分偏振光，线（面，全）偏振光
①若沿某一方向的光振动优于其他方向，则谓之部分偏振光, 表示为
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光， 表示为
例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射 光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
工程光学习题参考答案第十四章-光的偏振和晶体光学
第十四章 光的偏振和晶体光学1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率 1.54n =，试计算（1）反射光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。
解：光由玻璃到空气，354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-====θθθn n n n o①()()()()06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+--=θθθθθθθθp s r r002222min max min max 8.93=+-=+-=ps ps r r r r I I I I P ②oB n n 3354.11tan tan1121=⎪⎭⎫ ⎝⎛==--θ ③()()4067.0sin 1sin ,0,5790212021=+--===-==θθθθθθθθs p B B r r 时，0298364.018364.011,8364.01=+-===-=P T r T p s s注：若221122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη===)(cos ,21222220min 0max θθ-=+-===ps s ps p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上，试计算透射光的偏振度。
解：每片玻璃两次反射，故10片玻璃透射率()2022010.83640.028s s T r =-==而1p T =，令m m I I in axτ=，则m m m m I I 110.026890.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---====+++3. 选用折射率为2.38的硫化锌和折射率为1.38的氟化镁作镀膜材料，制作用于氟氖激光（632.8nm λ=）的偏振分光镜。
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
结束 返回
几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
光信息专业实验报告：实验十四 偏振测量实验
光信息专业实验报告：实验十四偏振测量实验一、实验原理1、熟悉偏振光实验系统的使用。
2、验证马吕斯定律。
3、检验λ/2波片的性能。
4、检验λ/4波片的性能并检测椭圆偏振光。
二、实验仪器SGP-1偏振光实验系统（组成包括：一维光学平台、He-Ne激光器、带步进电机控制的偏振片两个、带步进电机控制的λ/4波片、λ/2波片、光功率探测器、小孔准直光阑等）、电子计算机等三、实验装置图图1 SGP-1偏振光实验系统图2 实验装置图四、实验原理1、简介光波是横波，其振动方向和传播方向正交，在垂直于光的传播方向的平面内，电场强度矢量的振动状态称为光的偏振态。
一般偏振态有三类五种：○1完全偏振（线偏振、圆偏振、椭圆偏振）；○2非偏振（自然光）；○3部分偏振。
线偏振光的光振动只限于某一确定的平面内，从而其光振动矢量在垂直于传播方向的平面内的投影是一条直线。
偏振面相对于传播方向随时间以圆频率ω旋转，其光振动矢量末端的轨迹位于一个椭圆形螺线上，并且在垂直于传播方向的平面上的投影构成一个椭圆，这种偏振光称为椭圆偏振光。
椭圆偏振光可以看成两个振幅不等、振动方向正交的且相位差恒定的两个同频率线偏振光的合成。
偏振片有一个标定的偏振方向，只有平行于该方向的偏振分量才能通过，垂直于该方向的偏振分量则被吸收掉。
利用这样的性质，利用一个检偏器在偏振面内旋转360度，观察光强随角度的变化，可以检验光的偏振性质（如验证马吕斯定律），并且经过一定的角度变化可以验证椭圆偏振光。
2、偏振光的产生和偏振方向分量的提取激光器中，如果在谐振腔内加入一块和光路成一定角度的反射镜，就可以得到一定方向的偏振态的偏振光。
这里是利用光在介质界面处反射时的布儒斯特定律而产生的。
研究光在界面处的反射和折射知道，当反射光和折射光成90°时，反射光中只有垂直入射面的偏振分量，这样就得到了线偏振光。
此时的入射角就叫做布儒斯特角。
图3 布儒斯特角图4 格兰－泰勒棱镜偏振片对偏振方向的选择用格兰－泰勒棱镜来实现。
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自然光和偏振光
一、横波的偏振性 振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。 振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。 偏振: 的振动方向相对传播方向的不对称性。 偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v
光的偏振态: 光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。 平面内的振动状态。
N1 N2
α
E0 sinα
E0 cosα
O
α = 0，I = Imax = I0 α = ，I = 0
2
π
14-3 反射和折射时光的偏振
自然光
θi
部分 偏振光
n 1
θr
部分 偏振光
n2
反射和折射过程会使入射的自然光一定程度的偏振化
反射光的偏振化程度和入射角有关， 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射 角等于某一特定值i 角等于某一特定值 0且满足
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
二、自然光 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上， 光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有 时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。 时间分布的均匀性，又有空间分布的均匀性。
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的 、 等幅的、不相干的线偏振光。 等幅的、不相干的线偏振光。 自然光的表示法： 自然光的表示法：
一、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。 透 光 轴 方 向
四、部分偏振光
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 、 不等幅的、不相干的线偏振光。 不等幅的、不相干的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
·
·
·· ·· ··
垂直板面的 光振动较强
平行板面的 光振动较强
14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
线偏振光
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
自然光
. . . .
.
检偏器
二. 马吕斯定律 如果入射线偏振光的光强为I 透过检偏器后， 如果入射线偏振光的光强为 0，透过检偏器后， 透射光的光强I为 透射光的光强 为 2 I = I0 cos α
α-----线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向 线偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向
之间的夹角。 之间的夹角。
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器， 自然光通过旋转的检偏器，光强不变
玻璃片堆
(接近线偏振光 接近线偏振光) 接近线偏振光
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
起偏器 检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
起偏器 检偏器
光强为零
两偏振片的偏振化方向相互垂直
n2 tg i0 = n1
这时反射光成为线偏振光。 这时反射光成为线偏振光。
布儒斯特定律
自然光
i0
线偏振光
n1
γ
部分偏振光
n2
i0
起偏振角 布儒斯特角
i0 &•
• •
•
• •
i0
• • • •• • •• • • • • • • • • • • •• • • • • • •• • • •
• • •
x
二、线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光） 线偏振光（完全偏振光、平面偏振光、偏振光） 光波的光矢量方向始终不变， 光波的光矢量方向始终不变， 只沿一个固定方向振动。 只沿一个固定方向振动。
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
• • • • • •
光振动平行板面
x
光振动垂直板面
x