大学物理：第十五章光的偏振
大学物理光的偏振
偏振片
自
然 光
偏 振 化 方 向 线 偏振 光
2、起偏 ∶自然光通过偏 振片后变为线偏振光 ， 称为 起偏 。 3、检偏 ∶偏振片又可用来 检验光线的偏振化程度 ，称 为检偏 。
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器 检偏器
§15-12 马吕斯定律
自然光 线偏振光
. .
起偏器
I0
I A
A0 a A
L (no ne )d 2 2 2 1 L (no ne )d L (no ne )d 4 2 (no ne )d 2 L (no ne )d 2 2 (no ne )d
一、 尼科耳棱镜 原理：利用o、e光的折射率不同，设法使其中一束 光产生全反射。 设计巧妙！
尼科耳棱镜：将一块方解石切成两半，再用加拿大树 胶粘合而成。 加拿大树胶
90 A 48
68
B
D
e光
O光
C
no 1.658
ne 1.486
n胶 1.55
加拿大树胶的折射率介于o、e光折射率之间
§15-13 反射光和折射光的偏振
一、布儒斯特定任意角度入射时，反射光和 折射光都为部分偏振光。 反射光中垂直于入射面振动 的光的强度比较大，折射光中 在入射面内振动的光的强度比 较大，均为部 分偏振光 。
r
n
1
n2
以布儒斯特角入射
当改变入射角，使之满足 ∶
§15-11 光的偏振
振动面：光矢量E与传播方向组成的平面。 偏振: E的振动方向对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v
大学物理下 第十五章光的偏振 1
I max I min
1 I 0 + I' =2 = 2 1 I0 2
(1)检验光束的 ) 偏振性 (2)可以改变光 ) 束的偏振化方向
I0 =2 I'
3,布儒斯特定律 , 光反射与折射时的偏振
n1 n2
玻璃
i i
γ
部分偏振光 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 . 部分偏振光 偏振光, 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 .
对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占 入射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃 大部分光将透过玻璃. 入射光强度的
利用玻璃片堆产生线 利用玻璃片堆产生线偏振光 玻璃片堆产生
i0
例3(P269 15-5) 讨论下列光线的反射和折射(起偏角i 讨论下列光线的反射和折射(起偏角 0 )
i0
i0
i0
102 A 102 102
光轴
78
78 78
B 光轴
用惠更斯原理解释光的双折射现象 1)O 光在晶体内任意点所引起的波阵面是球面.即 ) 在晶体内任意点所引起的波阵面是球面. 具有各向同性的传播速率. 具有各向同性的传播速率. 2)e 光在晶体内任意点所引起的波阵面是绕光轴的 ) 旋转椭球面.沿光轴方向与O光具有相同的速率. 旋转椭球面.沿光轴方向与 光具有相同的速率.
方解石晶体
i
n
玻璃
γ
恒量
动光 学 光学 波动
CaCO3
sin i =n= sin γ
寻常光线( 寻常光线(o光)(ordinary rays) 服从折射定律的光线
n1 sin i = n 2 sin γ n 2 ≠ 常量
大学物理 第15章 光的偏振
S
I
当一束光射到各向异性介质时，可产生两束折 射光的现象 寻常光线(o光)：遵守折射定律 非常光线(e光)：不遵守折射定律 o光和e光都是线偏振光。 o光和e光只在双折射晶体的内部才有意义 o e
13
二.晶体的光轴与光线的主平面
1. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 A 方 解 石光轴 方向就 是从 它的一个钝偶所作的等分角 线。即它与钝偶的三条棱线 成等角。
B
•光轴是一特定的方向，不是指一条特定的直线 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 例如，冰洲石、石英、红宝石等 双轴晶体：有两个光轴的晶体 如云母、蓝宝石等.
14
2.主平面 晶体中的光线和光轴组成的平面。 一般情况下，o光主平面与e光主平面不重合。 e光主平面 o光主平面 光轴 e光 o光 o光的振动方向垂直 e光的振动方向平行 于自己的主平面 于自己的主平面 3.主截面 e光主平面 由晶体光轴和晶体表面法 线方向组成的平面。 o光主平面 若入射光在主截面内，则o光 ，e光的主平面重合，此时o 、e光的振动方向互相垂直。 15 光轴
2
§15.1
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。
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。
E H
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。
3
二.自然光
自然光是非偏振光 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，具 有这种特性的光就叫自然光 。 自然光的分解 Eix Ei cos i 一般 Eix Eiy Eiy Ei sin i
大学物理第15章光的偏振
大学物理第15章光的偏振
一. 由反射获得偏振光
i
•• ••
n1
n2
•
•
➢ 一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： ➢ 在反射光中, 垂直振动多于平行振动; ➢ 在折射光中, 平行振动多于垂直振动。 ➢ 这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。
玻璃的折射率为 3 = 1.73 。
因 io+r =90o，所以折射角r =30o。
又 tg60 =
3
=
n2 n1
= n玻
(2) 某透明媒质对空气全反射的临界角为45o , 则
布线儒偏斯 振特 光角 。： 且当n1>且n仅2或当n1<tgni2o都=可nn以12 。时，反射光才是
全反射：入射角i i临都是
• •
全反射。由于
io
• •
n1
sin i临
=
n2 n1
1
r•
n2
•
故只有n1>n2才会发生全反射。
大学物理第15章角由空气射向一平板玻 璃， 发现反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角 为 30。o
解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光强 为I2，则透射光强
1
1
Imax = 2 I1 I2 , Imin = 2 I1
Imax = 5 = 1 2I2 , I2 = 2
Imin
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
大学物理第15章光的偏振
§15.3 反射和折射时光的偏振
大学物理第15章光的偏振
一. 起偏和检偏
➢ 获得线偏振光的过程称为起偏，所使用的器件称为 起偏器。 ➢ 检验某光束是否为线偏振光的过程称为检偏，所使 用的器件称为检偏器。
大学物理下光的偏振PPT课件
反射和折射
当光线从一个介质传播到另一个介质时，在分界面上反
射和折射的光线通常是部分偏振的。这是因为在分界面
上，电矢量的振动方向受到限制，只有某些方向上的振
动能够通过。
双折射
在某些晶体中，光线传播时会分成两束不同速度的光，
这两束光的振动方向互相垂直。这种现象称为双折射，
它是产生偏振光的另一种方式。
偏振光在日常生活中的应用
03
利用法布里-珀罗干涉仪产生的多光束干涉现象，根据透射光强
随角度或波长的变化曲线，可求得光波长。
实验数据处理与结果分析
数据处理
结果分析
注意事项
记录实验数据，包括干涉条纹间
距、角度、双缝间距、缝宽等，
并进行计算处理。
将实验数据与理论值进行比较，
分析误差来源，如光源单色性、
双缝间距和缝宽的准确性、测量
01
圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出圆形轨迹，称为圆偏振光。
02
椭圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出椭圆形轨迹，称为椭圆偏
振光。
03
产生条件
当两个频率相同、振动方向互相垂直的线性偏振光振幅相等，相位差为
π/2时，可产生圆偏振光；若振幅不相等或相位差不为π/2，则产生椭
旋光度、分析物质的成分等。
光子晶体器件
利用光子晶体对光的调控作用制成的器件，具有体积小、重量轻、
易于集成等优点，被广泛应用于光通信、光计算等领域。
THANKS
感谢观看
产生方式
通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可
以获得线性偏振光。
马吕斯定律及其物理意义
马吕斯定律
强度为I0的线偏振光，透过检偏器后，透射光的强度（不考虑吸收）为：I=I0cos2。其中为
大学物理光的偏振
（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 反射偏振光
（C）
用偏光镜消除 反射偏振光， 使玻璃门内的 人物清晰可见
例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布 儒斯特角，则在界面2的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。
大学物理下 第十五章光的偏振2
部分偏振光
2,马吕斯定律 , N
I = I 0 cos α
2
I0
M
E
检偏器
I
起偏器 折射定律
E0
i
n1
n2
n1 sin i = n 2 sin γ
γ
3,布儒斯特定律 ,
光反射与折射时的偏振 部分偏振光 偏振光, 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 . 部分偏振光 偏振光, 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 .
o o e nesini =sinγe γ nosini =sin γo
e
e o
e光波面
O光波面 光
ne主
光轴方向
e o
方解石: 方解石:ne=1.4864 ,no= 1.6584
sini=nes inγe γ sini=nosin γo
nesini =sinγe γ nosini =sin γo
尼科耳棱镜可用于起偏和检偏
α =0
α = 90
渥氏棱镜(Wollaston prism) 渥氏棱镜
D O C
A
e
α
e
B
O
光从光密到光疏 折射光要偏离法线
P273
两块直角方解石光轴相互垂直 n0 0 n o sin 45 = n e sin γ e sin γ e = sin 45 0 ne ne 0 n e sin 45 = n o sin γ o sin γ o = sin 45 0 no 1515-8
O光波面 光
71
0
ne主
光轴方向
例3,下列三个棱镜由方解石制成(no=1.658, ,下列三个棱镜由方解石制成( , ne=1.486)光轴方向如图所示,自然光垂直入射. )光轴方向如图所示,自然光垂直入射. 试画出通过棱镜后的折射光路图. 试画出通过棱镜后的折射光路图.
大学物理课件15光的偏振
2018-6-6
2
第 15 章 光的偏振 E
2、光的偏振性：
对于平面电磁波，电场强度矢
H
量——光矢量的振动方向与传
播方向垂直。
S EH
光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光 矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性， 这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为 光的偏振性。
I0
p1
p3
p1 p2
p3
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
I1
1 2
I0
I2
I1 cos2
I0 2
cos 2
2018-6-6
17
I0
p1
第 15 章
I1
光的偏振
•• •
2、偏振片
是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能，
从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片
上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行
于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的
光通过的光学器件，叫做偏振片。这个特定的方向叫做偏
振片的偏振化方向，用“ ”表示。
第 15 章 光的偏振
2018-6-6
1
第 15 章 光的偏振 一、光的偏振性
1、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。
定义：振动方向对 于传播方向的不对 称性称为偏振性。
说明：只有横波才 具有偏振现象，偏 振现象是横波区别 于纵波的最明显的 特征。
2018-6-6
偏振光的表示法
部分偏振光的表示法
5
大学物理光的偏振
大学物理光的偏振光在传播过程中，电矢量在垂直于传播方向上的两个相互垂直的分量分别称为水平分量H和垂直分量V，偏离这两个垂直分量的光波称为偏振光。
光波的偏振现象在光学中具有重要的应用价值。
自然光：具有垂直于传播方向的上、下两个偏振分量，两分量均在垂直于传播方向的平面内振动。
椭圆偏振光：在垂直于传播方向的平面内，除有一个与传播方向垂直的振动分量外，尚有与传播方向成一定夹角的振动分量。
圆偏振光：在垂直于传播方向的平面内，两个相互垂直的振动分量都与传播方向成一定夹角，且相位差为π/2。
尼科耳棱镜：其作用是将入射光从其他偏振状态转变成透过偏振片后的直线偏振光。
渥拉斯顿棱镜：其作用是将入射的非偏振光分成两束相干光波，其中一束光的振动方向与入射光的振动方向垂直，以透射光的形式出现；另一束光的振动方向与入射光的振动方向平行，以反射光的形式出现。
当两束偏振方向平行的线偏振光经过一个偏振片后，透射光为线偏振光，其偏振方向与入射光的偏振方向一致；当两束偏振方向垂直的线偏振光经过一个偏振片后，透射光为暗条纹。
当两束线偏振光的偏振方向既不平行也不垂直时，透射光将出现明暗相间的条纹，这种条纹称为椭圆偏振光的干涉条纹。
当两束椭圆偏振光的旋转方向相反时，透射光仍将出现明暗相间的条纹，且旋转方向相反。
当两束椭圆偏振光的旋转方向相透射光将出现圆偏振光的干涉条纹。
在物理学中，光的干涉是一个非常重要的概念，它描述了两个或多个光波叠加时产生的明暗条纹和相消干涉的现象。
这个概念最早由英国物理学家托马斯·杨在19世纪初提出，后来被广泛应用到光学、波动力学和其他领域。
光的干涉现象可以被分为两类：时间域干涉和空间域干涉。
时间域干涉指的是两个或多个光波在时间上同步抵达某一点，而空间域干涉则指的是两个或多个光波在空间中不同位置的叠加。
干涉现象的原理在于，当两个或多个光波的波峰或波谷完全重叠时，它们会相互增强，产生明亮的干涉条纹。
而当波峰与波谷相遇时，它们会相互抵消，产生暗的干涉条纹。
大学物理实验光的偏振
大学物理实验光的偏振
光的偏振是指光在传播时，电场矢量的振动方向只能沿着某一特定方向，而不能沿着
所有方向振动。
光的偏振是光的一个重要性质，也是光学重要的研究内容之一。
我们可以通过光的偏振，来研究光的各种性质。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和
椭偏振三种类型。
实验中，我们可以使用偏振片和偏振光源来研究光的偏振。
下面我介绍两个光的偏振
实验。
我们可以使用偏振片来观察光的偏振现象。
偏振片本身的作用是把不偏振的光线变成
具有偏振性质的光线。
实验步骤：
1.将偏振片放在光源的前面，并让光通过偏振片。
2.将第二个偏振片放在第一个偏振片的后面，并使两个偏振片的透振方向相互垂直。
3.观察通过第二个偏振片的光，发现光线的亮度发生变化，当两个偏振片的透振方
向平行时，光的亮度最大，当两个偏振片的透振方向垂直时，光变暗。
实验原理：
我们可以通过双折射晶片来产生圆偏振光，然后通过偏振片观察光的偏振现象。
3.观察通过偏振片后的光线，可以发现无论偏振片的透振方向如何调整，光的亮度
都不会发生变化。
这是因为圆偏振光在所有方向都具有相同的偏振性质，无论用任何方
向的透振片都不会改变其偏振性质。
圆偏振光是指光的电场振动方向沿着一个圆周运动。
这种光不具有特定的偏振方向，
无论用任何方向的偏振片都可以通过。
总结
光的偏振是光学重要的研究内容之一。
我们可以通过偏振片和偏振光源的实验，研
究光的偏振现象。
本文介绍了光通过偏振片和双折射晶片形成的圆偏振光的实验，希望
对读者有所帮助。
大学物理光的偏振课件
旋转检偏器，观察光斑的变化。当检 偏器的晶格方向与偏振片一致时，光 斑消失；当检偏器的晶格方向与偏振 片垂直时，光斑重新出现。
步骤2
打开光源，观察屏幕上是否出现光斑。 若出现光斑，表示偏振光已经产生。
步骤4
重复步骤3，改变检偏器的旋转角度， 观察光斑的变化，以验证光的偏振现 象。
实验结果ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
利用偏振光的特性，开发新型光学加密和安全技 术，保障信息安全。
感谢您的观看
THANKS
量子隐形传态
通过偏振光的传输，实现 量子态的远程传输，为未 来量子通信网络奠定基础。
偏振编码
利用偏振光的偏振态进行 信息编码，提高信息传输 的容量和可靠性。
偏振光在生物医学领域的应用
生物分子检测
利用偏振光对生物分子进行检测， 提高检测的灵敏度和特异性。
医学成像
通过偏振光成像技术，获取生物 组织的结构和功能信息，为医学
诊断和治疗提供依据。
光疗与光动力治疗
利用偏振光的能量，对生物组织 进行光疗和光动力治疗，提高治
疗效果。
偏振光在其他领域的应用
光学传感与测量
利用偏振光的特性，开发新型光学传感器和测量 仪器，提高测量精度和可靠性。
光学信息处理
利用偏振光进行光学信息的处理和传输，提高信 息处理的速度和效率。
光学加密与安全
偏振滤镜在摄影中用于控制反光和眩光，提高色彩饱和度和对比度。通过消除非金属表面的反光和眩光，偏振滤镜可 以使照片更加清晰自然。
摄影中偏振滤镜的应用场景
在拍摄水面、玻璃、金属等反光物体时，使用偏振滤镜可以有效地消除反光和眩光，提高照片质量。此外，在拍摄风 景、人像等场景时，偏振滤镜也可以提高色彩饱和度和对比度，使照片更加生动。
大学物理光的偏振与反射定律
大学物理光的偏振与反射定律光是一种电磁波，具有波动和粒子性质。
在传播过程中，光的偏振和反射定律是重要的现象和规律。
本文将详细探讨光的偏振和反射定律，以及相关的实验和应用。
一、光的偏振1. 偏振现象的发现19世纪初，法国物理学家马拉斯发现了光的偏振现象。
他通过将光通过偏振片进行实验观察，发现光只有在特定方向上通过，其他方向上被屏蔽。
这一实验揭示了光既具有波动性，也具有粒子性。
2. 光的偏振方向光的偏振是指光波中电场矢量振动的方向。
光可以沿任意方向振动，但在实际观察中，我们常常将光的振动方向分为两类：线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场矢量沿着一条直线振动，而圆偏振光的电场矢量在平面内呈圆周运动。
3. 产生偏振光的方法产生偏振光的方法有很多，其中包括：- 自然光通过偏振片：自然光通过偏振片时，只有与偏振片的偏振方向一致的光能够透过，其他方向的光会被吸收或反射。
- 偏振器：偏振器是一种特殊的光学元件，可以自行分离光波中的不同偏振分量，使得只有特定偏振方向的光通过。
二、反射定律1. 反射现象的描述当光从一种介质（如空气）射向另一种介质（如玻璃）时，光波会发生反射。
反射是光线从介质界面上被弹回的现象。
2. 反射定律的表达反射定律是描述入射角、反射角和界面法线之间关系的规律。
根据反射定律，入射角和反射角的平面与界面的法线在同一平面内，并且入射角等于反射角。
3. 折射定律与反射定律的关系折射定律也是光在界面上的另一个重要规律。
根据折射定律，光线从一种介质射向另一种介质时，入射角和折射角的比值等于两种介质的折射率比值。
反射定律和折射定律是光在界面上的基本规律，它们共同决定了光的传播。
三、光的偏振与反射定律的应用1. 偏振光的应用偏振光在科学研究和工程技术中具有广泛的应用，如：- 光学显微镜：偏振光可以增强显微镜的分辨率，提高观察样品的效果。
- 液晶显示器：液晶显示器利用偏振光的旋转和吸收特性来显示图像。
- 偏振滤镜：偏振滤镜可以调节光的强度和偏振方向，常用于摄影和光学实验中。
大学物理基础-光的偏振
(A) 1/2 ; (C) 1/3;
(B) 1/5; (D) 2/3.
[A]
6.两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直 入射其上时没有光线透过。当其中一偏振 片慢慢转动180 °时透射光强度发生的变 化为:
P1
P2
证明：由图所示，在t 时刻,
I1 I 0 / 2, I 2 I1 cos2
I
I
2
cos
2
2
P3
P2 P1
w
P3 2
I 0 cos2 sin 2 I 0 sin 2 2
2
8
I0
I1 w
I2
I
自然光
P1
I I 0 sin 2 2
8
I 0 (1 cos 4 )
16
I 0 (1 cos 4wt )
两偏振片
偏振化方向
夹角为 。
I0 P1
将通过 P1 的光 矢量振幅 A1 ，分解 为平行于P2 的分量 A2 和垂直于P2的分 量 A 。
I1
I2
P2
P2
P1 A1
A2 A
垂直分量 A 不能通过P2 ， 平行分量 A2 可通过 P2 。
P2
P1 A1
A2 A1 cos
A2
由于光强与光振幅平方成正比，
2.光波的特点：
由于光源发光是由大量原子发光组成， 每个原子发光的振动方向都是随机的，E 和 B 在各方向的振动都存在。可引起人的 视觉的只有 E 矢量（光矢量）。
每个光矢量可分解为两相互垂直的振动。
E
E
13.9.1 自然光
大学物理——光的偏振
⼤学物理——光的偏振今⽇⼀⾔：如果你连⼯作挣钱都要别⼈开导你， 都要⼈盯着，看着，哄着，⿎励着， 劝你还是别⼲了，那你就应该穷。
这是不是鸡汤，这是现实。
——王健林⼤学物理——光的偏振很快进⼊新内容了，我才刚整理这个内容的笔记。
课本⽬录10.1 ⾃然光和偏振光10.1.1 横波的偏振性10.1.2 ⾃然光10.1.3 线偏振光10.1.4 部分偏振光10.2 起偏和检偏 马吕斯定律10.2.1 偏振⽚的起偏和检偏10.2.2 马吕斯定律10.3 反射和折射时光的偏振10.4 光的双折射现象10.4.1 双折射现象 晶体的光轴10.4.2 o光和光的特性*10.4.3 ⽤惠更斯原理解释双折射现象10.4.4 偏振棱镜*10.5 偏振光的⼲涉 ⼈为双折射现象习题1010.1 ⾃然光和偏振光⾸先要搞清楚，纵波和横波长什么样，我从⼩⼀直觉得横波就是⽔平传播，纵波就是上下振动传播的。
10.1.1 横波的偏振性光⽮量：光波电⽮量（E⽮量)偏振 ：光⽮量不和光的传播⽅向⼀致。
偏振光分类：⾃然光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光。
线偏振光和圆偏振光⾃然光、偏振镜和偏振光10.1.2 ⾃然光⾃然光：在垂直于光的传播⽅向的平⾯内，沿各个⽅向振动的光⽮量都有振幅相等、分布对称特性的光。
⾃然光及其图⽰法10.1.3 线偏振光线偏振光：在垂直于光的传播⽅向的平⾯内，光⽮量只沿⼀个固定的⽅向振动的光。
线偏振光及其图⽰法部分偏振光部分偏振光：在垂直于光的传播⽅向的平⾯内，光振动在某⼀⽅向较强，⽽在垂直于此⽅向较弱的光。
部分偏振光及其图⽰法光的偏振状态⼀、⾮偏振光⾮偏振光： ⾃然光普通光源发出的光为⾃然光。
初相互不相关振动⽅向互不相关且随机分布⾃然光的光⽮量可⽤两个相互独⽴、振幅相等、振动⽅向相互垂直的分振动表⽰。
两个互相垂直分振动⽅向是任选的。
各光⽮量间⽆固定的相位关系。
两光⽮量振幅相等，各具有⼀半的振动能量。
⼆、完全偏振光部分偏振光：线、圆和椭圆偏振光。
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i0 r 900
由折射定律：
以布儒斯特角入射
i0 n1
n2
i0 900
r
sin i0 sin r
n2 n1
n21
sin i0 sin r
sin i0 sin(900 i0 )
tgi0
tg i 0=
n2 n1
= n21
布儒斯特定律
25
•
•
• •i0
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
19
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直
——光强为零
20
二、马吕斯定律
偏振化方向
Asinz 不通过
入射偏振光 A Acos // z 通过
I,A
zE
I
Asin
A cos
I A2 cos2 I cos2
2
......
2
三、偏振光 ：光矢量在垂直传播方向的平面内，只沿一 个固定方向振动，这种光称为线偏振光（平面偏振光）。
偏振面：传播方向与振动方向(E 矢量) 组成的平面。
偏振面 C
偏振面 C
偏振光表示：
部分偏振光 ：在垂直传播方向的平面内，光矢量 E在某
一方向振动较强，而垂直该方向的振动较弱。
第十五章 光 的 偏 振
§15.1 自然光 偏振光
一、横波具有偏振性
光的偏振性表明光波是横波
1
二、自然光 : 光沿某一方向传播时，在垂直于传播方向的平面内，
沿各个方向振动的光矢量都有，且各方向光振动的振幅 都相等，这种光称为自然光。
可分解为任意两个方向互相垂直、振幅相等的 光矢量分量， I I0
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
15
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
检偏器
16
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
17
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
18
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
• • •
i0
•
•
••
•i •
i
••
•
•
• •i0
• • •
•
• •
•i •
••
•
26
*玻璃片堆
利用玻璃片堆增加反射偏振光光强，提高透射光偏 振度，但光强减小
自然光入射
. . i0 .. . .. . . .. . . .. . . . . .n1
r.
n2
n1
.
tgr
tg(
2
i0 )
ctgi0
I0 2
I0 1
Imax 5Imin
I1 2
21
[例15-1] 自然光 I0 通过偏振化方向互相垂直的偏振 片 P1, P2 。如果在 P1, P2 间平行插入另一偏振片 P3，P3 与 P1 偏振化方向夹角 ，求：
（1）透过 P2 后的光强？ （2）定性画出光强随 的函数曲线，转动一周，通过 光强出现几次极大和极小值？
自然光
.
....
起偏器
5
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
.
....
起偏器
6
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
7
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
8
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
9
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
10
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
11
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
....
.
起偏器
12
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
13
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
14
偏振光通过旋转的检偏器， 光强变化情况
23
§15.3 反射和折射时光的偏振
*反射光的偏振——布儒斯特定律
实验和理论都表明：
自然光以任意角度入射到两种各向同性介质的分界面 上反射和折射时,反射光和折射光都是部分偏振光，且 反射光中垂直入射面的振动居多
折射光中平行入射面的振动居多
i
以任意角度入射
n1 n2 r
24
当入射角 i i0 —布儒斯特角
n1 n2
.
r是玻璃、空气
界面的起偏角。
线偏振光
27
• • ••i
•
i0 •i0 i0•
••
已知：n水=1.33, n玻璃＝1.50 ， 容器底部反射光为偏振光 求：i=?
解：tgi0
n2 n1
1.50 1.33
sin i n水 sin i0 1.33 sin i0
i 840
28
§15.4 光 的 双 折 射
一、光的双折射现象
1）光线入射到各向异性晶体表面时 二束折射光
一束光在晶体内各个方向上折射率相同，传播速度相同
—— o光（寻常光）
一束光在晶体内各个方向上折射率不同，传播速度不同
2）o光、e光都是线偏振光
—— e光（非常光）
3）双折射晶体中存在一特定方向 ——光轴 光线沿这一方向入射时，不发生双折射
[解]（1）
自
然
光I
通
0
过P1
I0 2
通 过P3
I3
I0 2
cos2
通 过P2
I2
I3 cos2(900
)
I0 2
cos2
sin2
I0 8
sin2 2
22
（2）定性画出光强随 的函数曲线，转动一周，通过 光强出现几次极大和极小值？
解(2) I2
I0 8
s in 2
2
偏振片旋转一周 ,通过P2的光强出现 4次极大,4次极小.
3
§15.2 偏振片的起偏与检偏 马吕斯定律
一、起偏和检偏 自然光 偏振光：起偏（起偏器） 检验一束光是否为偏振光：检偏（检偏器）
偏振片：能吸收某一 方向的光振动，而只让与 这个方向垂直的光振动通 过的某些薄膜材料。 这个方向称为偏振化方向
I0 自然
光
偏振片 偏
振 化 方 向
线
偏
I0
2
振4光
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
0,1800 I I
马吕斯定律： I I cos2
900 ,2700 I 0 0 900 0 I I
例：自然光和线偏振光的混合光，垂直通过一偏振片。 旋转偏振片，测得透射光强最大值是最小值的5倍。求入 射光中，自然光与线偏振光的光强比。
解： Imax
I0 2
I1
Imin
单轴晶体 ：方解石、石英、红宝石 双轴晶体 ：云母、蓝宝石
29
4）光轴与某光线组成的平面 ——该光线的主平面 o光：振动方向垂直于o光的主平面 e光：振动方向平行于e光的主平面
一般来说，o光主平面和e光主平面不重合，只有当光轴 位于入射面内时，两主平面重合。此时o光、e光是两个 振动方向互相垂直的偏振光。