17_13_自然光和偏振光
自然光和偏振光
17.9 自然光和偏振光
3偏振化方向 :当自然光照射在偏振片上 时,它只让某一特定方向的光通过,这个 方向叫此偏振片的偏振化方向 . 4 起偏：使自然光变成线偏振光. 5 检偏：检查入射光的偏振性. 6 起偏器:使自然光变为偏振光的仪器(偏振 片、尼科耳镜等),同时可作为检偏器
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上 时，它只让某一特定方向的光通过，这个方 向叫此偏振片的偏振化方向 .
1 I0 2 偏振化方向
起 偏
I0
起偏器
17.9 自然光和偏振光
起 偏
I0
起偏器 偏振化方向
1 I0 2
17.9 自然光和偏振光
三 马吕斯定律(1808年)
光振动方向
I0
I
E0
P
通光方向
E0cos
I 0 E 02 ,
I E cos
2 0 2
I I 0 cos
2
马吕斯定律
17.9 自然光和偏振光
解:设两束单色自然光的强度分别为I10和I20.
经过起偏器后光强分别为 I 10 2 和 I 20 2
经过检偏器后
I 10 I1 cos2 30 2
I 20 I2 cos2 60 2
I1 I 2
I 10 cos2 30 1 2 I 20 cos 60 3
A A
椭圆
17.9 自然光和偏振光
3 部分偏振光 某一方向的光振动比与之垂直方向上的 光振动占优势的光为部分偏振光 .
符号表示
偏振度
I max I min P I max I min
光的偏振态
光
线(平面)偏振光
自然光
偏振
符号表示
注意 二个互相垂直方向是任选的 . 个互相垂直方向是任选的 光矢量间无固定的相位关系 .
2.线偏振光（面偏振光）：光矢量E只在垂直于传播 ）：光矢量 2.线偏振光（面偏振光）：光矢量 只在垂直于传播 线偏振光
方向的平面内沿一固定方向振动 方向的平面内沿一固定方向振动 固定方向
v E
振动面
符号表示
B A
实验一 实验二
(1) 寻常光和非常光 o光(寻常光 遵循折射定律，且折射光在入射面内传 光 寻常光 遵循折射定律， 寻常光): 播。 sin i
sin γ 即沿各个方向折射率 相同 = n = 恒量
与入射角无关
e光(非常光 不遵循折射定律 光 非常光 非常光):
sin i sin γ ≠ 常 与入射角有关 数
M
P
N
N
ωt
I0 Im = 2
I0 IP = sin 2 ω t 2
I0 2 IN = sin ωt cos2 ωt 2
IN
ωt = π
4
I0 2 sin 2 t ω = 8
I0 / 8
(2n + 1) ， 射 强 大 时 透 光 最
ωt=450,1350,2250,3150时，输出光强为 π ωt = n时 透 光 最 ， 射 强 小
n tan i0 = = tan 58 0 = 1.599 ≈ 1.6 1
• 放在水中，则对应有 放在水中，
n 1.6 tani = = = 1.2 n水 1.33
' 0
所以： ' 所以： i0 = 50.30 该材料对水的相对折射率为1.2 该材料对水的相对折射率为
讨论
讨论下列光线的反射和折射（ 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i0 ）.
大学物理：17-13 偏振光和自然光
部分偏振光的表示法：
··
·· ·· ··
平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强
§17-13 偏振光和自然光
自然光
....
.
线偏振光
起偏器
检偏器
教学基本要求
1 理解自然光与偏振光的区别; 2 理解布儒斯特定律和马吕斯定律; 3 了解双折射现象 ; 4 了解线偏振光的获得方法和检验方法 .
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
光振动只有一个确定方向（只有一个振动面）
传播方向 E
振动面
面对光的传播方向看
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
y
Ey
E
α
x
Ex
Ex = E cosα Ey = E sinα
线偏振光的表示法：
·····
光振动垂直板面
光振动平行板面
3. 部分偏振光
自然光+线偏振光
⇒
光振动在某方向上占优势
部分偏振光 部分偏振光的分解
相位关系）振幅相等的光振动表示 , 并各具有一
半的振动能量 .
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系,非相干叠加.
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。
vv
Ev
E x = E y 自然光的表示法： I = Ix + Iy
符号表示
2. 线偏振光
偏振：波振动对传 纵波：非偏振 播方向非对称分布 横波：偏振 区分二者的标志
1-2自然光、线偏振光、部分偏振光
1
下表面折射：
As 2 2 As 2 sin i'2 As1 sin 2i10 As1
2
2
2
1
As 2 Ap 2
经过n块玻璃透射：
2
2
即透射光是部分偏振光
n , P 1
透振方向与拉伸方向垂直
2、起偏：
由自然光得到线偏振光
3、马吕斯定律：
入射光分解称两个垂直振 动，一个沿透振方向，一 个垂直于透振方向。
A
θ 入射线 偏振光
第二块偏振片 的透振方向
透射光的振动方向：透振方向
振幅：
光强：
A cos
I A cos I cos
2 2 2
4、检偏：
检验光的偏振态
n2 sin i10 n2 cos i10 2
n2 tan i10 n1
从空气到玻璃:
布儒斯特定律
n1 1 ，n2 1.5 n1 1.5，n2 1
i10 57 i10 33
从玻璃到空气:
由于折射角与入射角之和也是90度，这表明反向入射时， 也满足布儒斯特定律
I I ' 0.15 I s 0.15 2
312例5-2
四、透射光的偏振态
由能量守恒可知，折射光中p分量应大于s分量，是部分偏振光。 讨论自然光以布儒斯特角入射时，从一个玻璃片出射的透射光的 偏振态：
p分量：
Ap 2
2 sin i2 cos i10 tan i2 Ap1 sin( i10 i2 )1）垂直入射或掠入射
i1 0 或 i1 90
A' p1 A's1
A' p1 Ap1
偏振光与自然光的区别
偏振光与自然光得区别光就是一种电磁波,电磁波就是横波。
而振动方向与光波前进方向构成得平面叫做振动面,光得振动面只限于某一固定方向得,叫做平面偏振光或线偏振光。
通常光源发出得光,它得振动面不只限于一个固定方向而就是在各个方向上均匀分布得。
这种光叫做自然光。
光得偏振性就是光得横波性得最直接，最有力得证据,光得偏振现象可以借助于实验装置进行观察,P1、Ｐ2就是两块同样得偏振片.通过一片偏振片p1直接观察自然光(如灯光或阳光），透过偏振片得光虽然变成了偏振光,但由于人得眼睛没有辨别偏振光得能力，故无法察觉。
如果我们把偏振片P１得方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光得强度随着Ｐ2转动而出现周期性得变化,而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大.由此可知,通过P1得透射光与原来得入射光性质就是有所不同得，这说明经P１得透射光得振动对传播方向不具有对称性。
自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向得光。
这就是由于XＰ－800P偏振片中存在着某种特征性得方向,叫做偏振化方向,偏振片只允许平行于偏振化方向得振动通过,同时吸收垂直于该方向振动得光。
通过偏振片得透射光,它得振动限制在某一振动方向上，我们把第一个偏振片Ｐ１叫做“起偏器"，它得作用就是把自然光变成偏振光，但就是人得眼睛不能辨别偏振光。
必须依靠第二片偏振片Ｐ2去检查。
旋转Ｐ2,当它得偏振化方向与偏振光得偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2得后面有较亮得光.当Ｐ2得偏振方向与偏振光得偏振面垂直时,偏振光不能通过,在P2后面也变暗。
第二个XＰ-80０Ｐ偏振片帮助我们辨别出偏振光,因此它也称为“检偏器".光波就是横波,即光波矢量得振动方向垂直于光得传播方向.通常，光源发出得光波，其光波矢量得振动在垂直于光得传播方向上作无规则取向，但统计平均来说,在空间所有可能得方向上,光波矢量得分布可瞧作就是机会均等得，它们得总与与光得传播方向就是对称得，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动得振幅相同，这种光就称为自然光。
4.1 偏振光与自然光
（3）双折射晶体产生线偏振光
在双折射晶体中内，自然光波被分解成光矢量互相
正交的线偏振光传播，把其中的一束光拦掉，便得 到线偏振光。
三、马吕斯定律和消光比 1、基本概念
普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光
的器件称为起偏器
人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振 状态的器件称为检偏器
偏振光与自然光
立体电影和偏振
在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜，这 副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。这样，从银 幕上看到的景象才有立体感。如果不戴这副眼镜看，银幕 上的图像就模糊不清了。 这要从人眼看物体说起，人的两只眼睛同时观察物体，不 但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感。这
1810年被选为巴黎科学院院士，曾获
得过伦敦皇家学会奖章 1811年，他发现折射光的偏振
马吕斯定律的内容
强度为I0的偏振光，通过检偏 器后，透射光的强度为： I0
I
I=I0 cos2α
其中α为检偏器的偏振化方 向与入射偏振光的偏振化方 向之间的夹角。
A
I0
I0/2
自然光
光电 接收 器
相对转动时，透射光强随两偏振片的透光轴的夹角而变化
非偏振光
·· ·
一些各向同性的介质在受到外界作用时也会产生各向异性， 并具有二向色性。利用该特性获取偏振光的器件叫做人造偏 振片。
H偏振片 聚乙烯醇薄膜 碘溶液 拉伸、烘干
偏振度高，透明度低，对各色可见光有选择吸收，可做得薄而大， 价廉，广泛应用 K偏振片 聚乙烯醇薄膜 氯化氢中加热脱水
极强的二向色性，光化学性稳定，强光照射不会褪色，但膜片略 变黑，透明度低
就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互
自然光与偏振光PPT课件
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振 光
1.3.2 自然光(完全非偏振光)
光源的发光机制：
任一原子或分子的任一次辐射波列都具有恒定的振动方向——一列 振动面确定的线偏振光
空间分布的均匀性表明光矢量的偏振面包含各种方向且各个方向的 平均大小相同
时间分布的均匀性表明各个光矢量的初相位取0到2p之间的任意值
④ 圆偏振光入射时，反射光和透射光均为椭圆偏振光。
⑤ 线偏振光入射时，反射光和透射光仍为线偏振光，但振动面相对于原入射 光有一定偏转。
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2019/7/3
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振光
1.3.5 斯托克斯倒易关系
定义：外反射：自然光以入射角i1由介质1进入介质2时的反射 内反射：自然光以入射角i2由介质2进入介质1时的反射
(2) 圆偏振光
1.3.1 完全偏振 光
特点：偏振面相对于传播方向随时间以圆频率w 旋转，其光矢量末端的轨
迹位于一个圆形螺线上，并且在垂直于传播方向的平面上的投影构 成一个圆。
左旋圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量沿逆时针旋转。
右旋圆偏振光：迎着光传播方向观察时，光矢量沿顺时针旋转。
y
y
A Ay
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振光
定义
偏振态：光矢量在垂直于传播方向的平面内可能存在的不同振动状态
偏振面（振动面）：振动方向（光矢量方向）与光传播方向构成的平面
光矢量
偏振面
偏振态分类：完全偏振（线偏振、圆偏振、椭圆偏振），非偏振，部分 偏振
1 光波、光线与光子
1.3 自然光与偏振光
1.3.1 完全偏振光
偏振光与自然光的区别
偏振光与自然光的区别 光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面， 光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。通常光源发出的光，它的 振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振 性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、 P2 是两块同样的偏振片。通过一片偏振片 p1 直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振 片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们 把偏振片 P1 的方位固定，而把偏振片 P2 缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着 P2 转动 而出现周期性的变化，而且每转过 90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续 转动 P2 则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过 P1 的透射光与原来的入射光 性质是有所不同的，这说明经 P1 的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏 振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于 XP-800P 偏振片中存在着某种特征性的 方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方 向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片 P1 叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须 依靠第二片偏振片 P2 去检查。旋转 P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振 光可顺利通过，这时在 P2 的后面有较亮的光。当 P2 的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时， 偏振光不能通过，在 P2 后面也变暗。第二个 XP-800P 偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此 它也称为“检偏器”。 光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光 波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的 方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光 矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 偏振光是 指光矢量的振动方向不变，或具有
光的偏振与偏振光
光的偏振与偏振光光的偏振是指光波的振动方向。
光波是一种横波，振动方向垂直于波的传播方向。
偏振光则是指光波中仅具有特定方向振动的光。
1. 偏振光的产生光的自然光是无偏振状态的光，其中的光波振动方向呈无规律分布。
要产生偏振光，需要经过特定的装置来选择性地将振动方向进行约束。
2. 偏振器偏振器是一种能够选择性透过特定偏振方向的光的装置。
常见的偏振器包括偏振片和偏振镜。
偏振片是由有机或无机材料制成的，当光线垂直于偏振片的主轴方向传播时，光的强度最大；而光线平行于主轴方向传播时，光的强度最小。
偏振镜则是利用反射来实现偏振效果。
3. 偏振光的应用由于偏振光具有特定的振动方向，因此在许多领域中得到了广泛应用。
- 偏振光在光学显微镜中的应用：偏振光显微镜通过选择性地透过特定方向振动的光，可以增强对样品的细节观察，提高图像的对比度。
- 偏振光在液晶显示技术中的应用：液晶显示器利用偏振光与液晶分子的相互作用来控制光的传递和阻止，从而实现像素的控制和图像显示。
- 偏振光在光通信中的应用：光通信利用光作为信号的传输媒介，通过控制光的偏振状态来实现信息的编码和解码。
- 偏振光在光偏振显微成像中的应用：光偏振显微成像技术通过记录和分析物体对偏振光的旋转和偏振状态的变化，可以获得物体的不同性质和结构信息。
4. 光的偏振现象光的偏振现象具有许多有趣的性质和现象，其中包括：马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振现象在天体观测中的应用等。
总结：光的偏振与偏振光是光学领域中重要的概念和现象。
通过适当的装置和技术，我们可以选择性地产生和操控偏振光，从而应用于多个领域，如显微镜观察、液晶显示、光通信和光偏振显微成像等。
光偏振的研究和应用不仅扩展了我们对光的认识，也推动了科学技术的发展。
最新偏振光与自然光的区别课件ppt
1)观察光的偏振现象，知道光是一种横波；
2)了解光的偏振现象的应 用．
学习重点：
• 偏振光与自然光的区别，偏振光 的应用．
学习难点：
• 偏振光的应用．
问题三：什么是自然光? 自然光与偏振光的区别?
自然光：由光源(太阳、电灯等）直接发光而来． 特点：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振
“零落成泥碾作尘，
”的暗香浮动；
诗有 ，那是
。
•2
，斜晖脉脉水悠悠。（温庭筠
《望江南》）
• 3 受任于败军之际，
。
参考答案
• 《出师表》 • 1 臣本布衣，躬耕于南阳，苟全性命于乱世，
不求闻达于诸侯。
• 2 兴复汉室。 • 3 南方已定，兵甲已足。 • 4 陛下亦宜自谋，以咨诹善道，察纳雅言，
二、偏振片
2．光波的偏振现象产生的原因
(２) 通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片 （称为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平 行，那么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个 偏振片的透振方向平行，透射光的强度最大．
二、偏振片
2．光波的偏振现象产生的原因
(３) 如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光 的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振 光不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零．
三、偏振现象的应用
偏振现象的应用：拍摄
在拍摄日落时水面下的景物、池中的游鱼、 玻璃橱窗里的陈列物的照片时，由于水面或玻璃 表面的反射光的干扰，常使景像不清楚．如果在 照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方 向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光 而使景像清晰．
三、偏振现象的应用
偏振现象的应用：偏光眼镜
【高中物理】高中物理知识点：光的偏振
【高中物理】高中物理知识点：光的偏振
光的偏振：
自然光与偏振光
自然光
若光源发出的光，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，这种光叫自然光
偏振光
在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定方向振动的光，叫偏振光
偏振片与透振方向
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，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”
两种获得偏振光的方法
(1)让自然光通过偏振片
(2)自然光射到两种介质的交界面，如果光入射的方向合适，使反射光线和折射光线之间的夹角恰好是90。
时，反射光和折射光都是完全偏振光，且偏振方向相互垂直，反射光的振动方向垂直于入射光线与法线决定的平面，折射光的振动方向平行于入射光线与法线所决定的平面
部分应用
①拍摄水下、玻璃橱窗内等物体的像时，在镜头前安装的消除反射光的偏振滤光片
②立体电影
③液晶显示屏等
备注
①只有横波才有偏振现象，光的偏振现象证明光是一种横波。
②自然光经过反射或折射后会变成偏振光。
除了从光源(如太阳、电灯等)直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光
自然光和偏振光的比较：
感谢您的阅读，祝您生活愉快。
自然光与偏振光
§5.1 自然光与偏振光1．两个理想、正交的偏振片A 、B 之间加入一理想的偏振片C ，且C 以角速度ω旋转，强度为I 0的单色自然光垂直入射到偏振片A 上，试求偏振片B 后的出射光强．解 强度为的自然光，经过理想偏振片Ａ后，变为强度为的线偏振光，题中给出偏振片Ｃ透振方向与Ａ透振方的夹角为ωt ，与Ｂ透振方向的夹角为（2—ωt ）．由马吕斯定律，Ｂ后线偏振光的强度为出射光强与偏振片Ｃ透振方向的方位有关．当 时，出射光强为零；当时，出射光强最大，为．§5.2 平面偏振光与部分偏振光1．将两块理想的偏振片P 1和P 2共轴放置如例5-1图．然后用强度为I 1的自然光和强度为I 2的平面偏振光同时垂直入射到偏振片P 1上，从P 1透射后又入射到偏振片P 2上，试问： (1)P 1放置不动，将P 2以光线方向为轴转动一周，从系统透射出来的光强如何变化？ (2)欲使从系统透射出来的光强最大，应如何设置P 1和P 2？解： (1)已知入射的自然光强度为I 1，平面偏振光的强度为I 2，设入射时平面偏振光的振动面与P 1的透振方向的夹角为 ，P 1和P 2的透振方向之间夹角为 ，则从系统透射出来的光强为要使P2以光线方向为轴转动—周，将连续地改变，光强就按上式从极大变到极小，又从极小变到极大作周期性的变化．当时，光强为极大当时，光强为零．(2)由(1)得到的可知，只有当或，同时，通过系统的光强最大。
因此，在实验步骤上应先固定P1、转动P2使透射光强达到一最大值．表明已调到或；再让P1和P2同步旋转，使透射光强再度达最大值时，表明已调到，此时因同时满足了（或）和，所以通过系统的光强最大．2．通过偏振片观察—束部分偏振光．当偏振片由对应光强最大的位置转过时，其光强减为一半．试求这束部分偏振光中的自然光和平面偏振光的强度之比以及光束的偏振度。
解：部分偏振光相当于一自然光和一平面偏振光强度的叠加．设自然光的强度为，平面偏振光的强度为，部分偏振光的强度为．当偏振片对应于最大强度位置时，通过偏振片的平面偏振光的强度仍为，而自然光的强度为，即透过的总光强为再转过后，透射光的强度变为根据题意，，即整理后，得这说明入射的部分偏振光相当于强度相等的一自然光和一平面偏振光的叠加。
5.1自然光与偏振光
1 自然光与偏振光
1.3 马吕斯定律 二向色性 : 某些物质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, 让与这个方向垂直的光振动通过 这种性质称二向色性 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 一 偏振化方向 ： 自然光 定方向的光通过 这个方向 偏振片 偏振片的偏振 只让某 方向 .
γ
2 反射和折射光的偏振态
偏振度
2 反射和折射光的偏振态
布儒斯特定律（ 布儒斯特定律（1812年） 年
i0 i0
空气 i2 玻璃
n1 n2
讨论
1）反射光和折射光互相垂直 . ）
sin i0 n2 = sin i2 n1
n2 sin i0 tan i0 = = n1 cos i0
i0 + i2 =
π cos i0 = sin i2 = cos( − i2 ) 2
π
2
i0 i0
i2
n1 n2
i0
玻璃
玻璃
i2 i2
n1 n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 i2 角从 n2 介质入射于 ）根据光的可逆性， 可逆性 界面时， 界面时，此 i2 角即为布儒斯特角 . n2 n π cot i 0 = 1 = tan( − i 0 ) = tan i 2 tan i0 = n2 2 n1
I0
p1
p3
p1
α
p2
p3
I0
p1
I1
p2
I2
p3
I3
1 I1 = I 0 2
I0 2 I 2 = I1 cos α = cos α 2
2
I0
p1
I1
p2
I2
p3
23.1 自然光与偏振光
圆 面对着光源观察，光振动面顺时针旋转为右旋
光振动面逆时针旋转为左旋
部分偏振光的分解 部分偏振光 部分偏振光的表示法：
· ·
平行板面的光振动较强
· ·· ·· ·
垂直板面的光振动较强
I max I min 偏振度 P I max I min
P =1 P=0
平面偏振光
自然光
圆偏振光和椭圆偏振光： 在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量按一定的频 率旋转（左或右旋），如光矢量的端点轨，这种 光叫椭圆偏振光： 椭圆
自然光可用两互相垂直的
互为独立的 振幅相等的
光振动表示
v
E
注意
并各具有一半的振动能量 .
I0 I1 I 2 2
符号表示
两互相垂直方向是任选的 .
两互相垂直的光矢量间无固定的相位关系 .
线偏振光（平面偏振光，完全偏振光） 光振动只沿某一固定方向.
E
振动面
符号表示
v
部分偏振光 ：某一方向的光振动振幅大于与之 相垂直的光振动振幅时为部分偏振光 .
§23. 1 自然光与偏振光
23. 1. 1 横波的偏振性
光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别 机 械 波 穿 过 狭 缝
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
23.1.2 偏振光与自然光
自然光 ：一般光源发出的光，包含着各个方向的光矢量，在 所有可能的方向上振幅都相等（轴对称）这样的光叫自然光 .
自然光偏振光
例14－5 当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射 时，若反射光为完全偏振光，则折射光为－－－－－－光，且反 射光和折射光之间的夹角为－－－－－－－－－。 答案为：部分偏振光，
1 2
（或900）
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例14－6 一束平行的自然光，以600角入射到平玻璃表面上，若 反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是－－－－－－，玻璃 的折射率为－－－－－－－－－。 解：若反射光为完全偏振光，则入射角i0为布儒斯特角。
证明： 设入射线偏振光的振幅为A0，其振动方向沿OM方向，与偏 振片的偏振化方向ON成α角。由于只有平行于偏振化方向的振 动A//才能透过，由图可知：
A// A0 cos
而光强 I A2
A
A0
M
2 I // A// ( Ao cos a) 2 2 2 I O A0 A0
N
n1 故 tg 0 tg i0 ctgi0 2 n2
这说明在界面2处的反射角是起偏角，即界面2的反射光的光 振动是垂直于入射面的，从而其透射光亦为垂直于入射面的光 24 振动。即应选（A）。
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n2 tgi0 n1
n1 而 i0 0 2
I0
I1 I2
I3
I4
1 I1 I 0 2
I 2 I1 cos2 I 3 I 2 cos2
1 3 I0 2 2 3 I0 8
2
I 4 I 3 cos2
9 3 I0 32 2
27 I0 128
透光轴
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光的偏振
波动光学——光的偏振内容：§17－12~§17－171．自然光与偏振光2．起偏与检偏3．反射光与折射光的偏振4．双折射现象5．旋光现象6．偏振光的干涉7．非线形光学现象要求：1．了解光的偏振性；2．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律；3．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。
4．了解双折射现象；5．了解旋光现象；6．了解偏振光的干涉。
重点与难点：1．马吕斯定律；2．布儒斯特定律；3．双折射现象。
§17－12 光的偏振性马吕斯定律引言：光的干涉现象和衍射现象证实了光的波动性，而光的偏振现象则进一步说明了光是横波。
光的偏振现象是Malus在1809年发现的。
但是当时认为光是纵波，无法解释光的偏振现象；1817年，Young认为光是横波，偏振现象可以得到解释；Fresnel承认光是横波，解释了偏振光的干涉现象；Fresnel还发现圆偏振光和椭圆偏振光，建立了双折射理论。
根据Maxwell电磁理论，光是一种电磁波，在光与物质相互作用时，主要是横向振动着的电矢量起作用。
电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振状态。
本部分就是讨论光的偏振，主要内容有：1．光的偏振现象及与光的偏振有关的几个概念；2．偏振光的获得与检验；3．两个定律：马吕斯定律和布儒斯特定律；4．双折射现象；5．偏振光的干涉。
一、光的偏振性：1．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，振动方向唯一，不存在偏振问题；横波：振动方向与传播方向垂直，振动方向不唯一，存在偏振问题。
如果把通过波的传播方向并包含振动矢量在内的平面称为振动面，则振动面与其它不包含振动矢量在内的任何平面都是不相同的，即波的振动方向对传播方向不是具有对称性。
定义：振动方向对于传播方向的不对称性称为偏振性。
只有横波才具有偏振现象，偏振现象是横波区别于纵波的一个最明显的区别。
2）光的偏振性：电场强度矢量——光矢量对于平面电磁波，光矢量E的振动方向于传播方向垂直。
高中物理 第十三章 光 6 光的偏振及相关知识素材 新人教版选修3-4
P
以光线为轴转动P:
自然光
待检光
线偏振光
I
I 不变—？
部分偏振光 ?
I 变，有消光—？
I 变，无消光—？
2I0
I0
I I0
P1 起偏器 P2 检偏器
2I0
I0
I 0
P1// P2 P1 P2
一般情况下 I =？
三. 马吕斯定律
线偏振光经过偏振片前后的光强关系
P
I0
I
E0 P
E=E0cos
（2）欲使从系统透射出来的光强最大，应如何放置P1和P2？
自然光I1
P1
P2
···
线偏振光 I2 透振方向
解：已知自然光强I1，线偏振光光强I2，设线偏振光振动方向
与P1透振方向夹角为
则，经P1后透射光强为
相位 相同
E( x ,
y,z,t)
Exex
E y ey
说明：
A( x , y) exp i[ t (kz 0 )]
一束线偏振光
两束垂直 、同相的线
二. 起偏和检偏 1.起偏 从自然光获得偏振光叫“起偏”，相应的光学器
件叫“起偏器”。
2. 起偏的途径 利用某种形式的不对称性,如
(1)物质的二向色性， (2)反射和折射， (3)双折射, (4)散射， ….
1 4
1
I2
cos2 30
3 4
3
例题2光强为 I0 的自然光相继通过偏振片 P1、P2、P3后光强为
I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
P2
P3
I1
I2
I3=I0/8
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17_13 自然光和偏振光
1 自然光
光是电磁波，且为横波——电场和磁场振动方向与传播方向垂直，如图XCH003_21_01所示 自然光：一般光源发出的光，以及太阳光均为自然光
在垂直于光传播方向的平面上，光矢量在各个可能方向上的取向是均匀的，光矢量的大小、方向具有无规律性变化。
在观察时间内，空间一点的光振动——众多振动方向不同的、无固定相位波列的叠加
自然光可以沿着与光传播方向垂直的任意方向上分解成两束振动方向相互垂直、振幅相等、无固定相位差的非相干光。
A and A没有固定的相位，如图XCH004_171所示
——两个垂直光振动
12
2 偏振光
光矢量只限于某一方向的振动的光——平面偏振光，或线偏振光
——线偏振光的表示如图XCH009_172所示
3 部分偏振光
在相互垂直方向振动的光矢量，一个方向的振动振幅大于或小于另外一个方向的。
——如图XCH009_173所示
4 圆偏振光和椭圆偏振光
光矢量在空间形成的轨迹是圆或者椭圆
——圆偏振光和椭圆偏振光由两个频率相同、相位差恒定、振动方向垂直的线偏振光叠加形成的——如图XCH009_174和如图XCH009_175所示。