第20章光的偏振
《光的偏振》 讲义
《光的偏振》讲义一、光的偏振现象在日常生活中，我们可能不太会留意到光的偏振现象，但它其实无处不在。
当阳光透过云层的缝隙洒下来，或者汽车前挡风玻璃反射的光线，都可能包含着偏振的信息。
光的偏振，简单来说，就是光振动方向的规律性。
普通的自然光，比如太阳光，它的振动方向是随机的，向各个方向都有。
而偏振光则具有特定的振动方向。
为了更直观地理解偏振现象，我们可以做一个简单的实验。
拿两块偏振片，让自然光先通过第一块偏振片，这时我们会发现光的强度减弱了一半。
这是因为只有与偏振片透光轴方向一致的光振动能够通过。
然后，再让通过第一块偏振片的光通过第二块偏振片，如果两块偏振片的透光轴方向平行，光能够顺利通过；如果两者的透光轴方向垂直，就几乎没有光能够通过。
二、偏振光的产生偏振光不是自然存在的，通常需要通过一些特殊的方法来产生。
一种常见的方法是反射和折射。
当自然光以一定的角度从一种介质入射到另一种介质时，反射光和折射光都会成为部分偏振光。
而且，当入射角满足特定条件时，反射光会成为完全偏振光，其振动方向垂直于入射面。
另一种产生偏振光的方法是利用偏振片。
偏振片是一种具有特殊光学性质的材料，它只允许特定方向振动的光通过。
还有双折射现象也能产生偏振光。
比如方解石等晶体，当一束光入射到晶体中时，会分解成两束折射光，这两束光就是偏振方向相互垂直的偏振光。
三、偏振光的类型偏振光主要有三种类型：线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向始终保持在一个固定的方向上。
我们通过前面提到的偏振片得到的通常就是线偏振光。
圆偏振光的电场矢量端点在垂直于光传播方向的平面内描绘出一个圆。
当两个相互垂直、振幅相等、相位差为±π/2 的线偏振光叠加时，就会形成圆偏振光。
椭圆偏振光则是电场矢量端点描绘出一个椭圆。
它是两个相互垂直、振幅不相等、相位差不为±π/2 的线偏振光叠加的结果。
四、光的偏振在生活中的应用光的偏振在我们的生活中有许多重要的应用。
第二十章 光的偏振自测题
第二十章光的偏振自测题一、选择题1．线偏振光经过λ/2片后，成为（）。
（A）线偏振光（B）椭圆偏振光（C）圆偏振光（D）不是偏振光2．光强为I0的自然光垂直通过两个偏振片，它们的偏振化方向之间的夹角α =600，设偏振片没有吸收，则出射光强I与入射光强I0之比为（）（A）1/4 （B）3/4 （C）1/8 （D）3/83．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为600，假设二者对光无吸收，光强为I0的自然光垂直入在偏振片上，则出射光强为（）(A) I0/8 (B) 3I0/8 (C) I0/4 (D) 3I0/44．自然光以布儒斯特角入射到两介质界面，则反射光为（）。
（A）自然光（B）线偏振光（C）部分偏振光（D）圆偏振光5．两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。
当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生变化为：（）(A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加，后有减小至零(C) 光强先增加，后减小，再增加(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零6．一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图），设入射角等于布儒斯特角i0，则在界面2的反射光（）(A) 是自然光(B) 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直入射面(C) 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行入射面(D) 是部分偏振光7．一束自然光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的30角，则透过这组偏透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个0振片的光强与入射光强之比为(A) 0.41 : 1; (B) 0.32 : 1; (C)0.21 : 1; (D) 0.14 : 18．在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角0i入射到平玻璃板上。
下57=B列哪一种叙述是不正确的？(A) 入射角的正切等于玻璃的折射率；π；(B) 反射线和折射线的夹角为2/(C) 折射光为平面偏振光；(D) 反射光为平面偏振光；9．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光和线偏振光的光强比值为（ ）（A ）2/3 ； （B ）1/3； （C ）1/5； （D ） 1/210．设自然光以入射角057投射于平板玻璃面后，反射光为平面偏振光，试问该平面偏振光的振动面和平板玻璃面的夹角等于多少度？(A) 0; (B) 33; (C) 57; (D) 69;11、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通过，当其中一偏振片慢慢转动360°时透射光强度发生的变化为（ ）（A ）光强单调增加；（B ）光强先增加，后又减小至零；（C ）光强先增加，后减小，再增加；（D ）光强先增加，然后减小至零，再增加，再减小至零。
光的偏振课件
4、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．
所以，光是一种横波．
光的偏振现象并不罕见．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．自然光射到 两种介质的界面上，如果光入射的方向合适， 使反射光与折射光之间的夹角恰好是90°，这 时，反射光和折射光就都是偏振的，并且偏振 方向互相垂直．
玻璃门表 面的反光
很强
用偏光镜 减弱了反 射偏振光
用偏光镜消除 了反射偏振光 使玻璃门内的 人物清晰可见
不加偏振片 拍摄，橱窗 中景物模糊 不清
加偏振片 拍摄，景 物变清晰
偏光镜头
立体电影
光的偏振
一、偏振现象
取一根软绳，一 端固定在墙上， 手持另一端上下 抖动，就在软绳
上形成一列横波.
现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板， 如果狭缝与振动方向平行，则振动可以通 过狭缝传到木板的另一侧（图甲）．如果 狭缝与振动方向垂直，则振动就被狭缝挡 住而不能向前传播（图乙）．
只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题 如何检验光的横波性呢？---用偏振片检验
1、一般入射角的情况 反射光 折射光都是部分偏振光
反射光中 垂直入射面振动占优 折射光中 平行入射面振动占优
2、特殊入射角的情况
入射角满足
i0tΒιβλιοθήκη 1n2 n11 ) 两光偏振状态
反射光 -- 完全偏振光
折射光 -- 部分偏振光
2 )反射光线与折射光线垂直
二、偏振现象的应用
光的偏振现象有很多应用．如在拍摄日落时 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．
高二物理课件《光的偏振》
光具座：用于固定实验器材 显微镜：用于观察偏振光的偏振方向 激光器：用于产生单色光源
实验步骤
准备实验器材：偏振片、光源、观察屏等 调整光源：使光源发出的光通过偏振片 观察偏振现象：观察偏振片后的光通过观察屏后的现象 改变偏振片角度：改变偏振片的角度，观察光的偏振现象的变化 记录实验结果：记录实验过程中观察到的现象和数据 分析实验结果：分析实验结果，得出光的偏振特性和规律
通信技术：如光纤通信、无 线通信等
光学仪器：如偏振显微镜、 偏振望远镜等
显示技术：如液晶显示器、 3D眼镜等
医疗技术：如眼科检查、激 光手术等
光的偏振实验
实验目的
验证光的偏振现象
研究光的偏振特性
探索光的偏振与物质的相互作 用
应用光的偏振原理进行科学研 究和实际应用
实验器材
偏振片：用于产生偏振光 光源：提供稳定的光源 光栅：用于观察偏振光的干涉现象
偏振技术在军事领域的应用： 提高侦察能力，降低被探测风 险
THANK YOU
汇报人：
偏振现象在生活中的应用
太阳镜：减少眩光，保护眼睛 液晶显示器：提高显示效果，降低功耗 偏振相机：拍摄特殊效果照片，如反射、折射等 偏振光通信：提高通信安全性，降低干扰
偏振现象的未来发展前景
偏振技术在通信领域的应用： 提高通信效率，降低干扰
偏振技术在显示领域的应用： 提高显示效果，降低能耗
偏振技术在医疗领域的应用： 提高诊断准确性，降低误诊率
偏振棱镜：用于分 离不同偏振方向的 光
偏振分光镜：用于 测量光的偏振度
偏振干涉仪：用于 测量光的偏振特性 和偏振方向
摄影技术
偏振镜：可以消除或减弱非金属表面的反光，增加色彩饱和度 偏振镜：可以消除或减弱水面、玻璃等表面的反光，使画面更清晰 偏振镜：可以消除或减弱天空中的散射光，使天空更蓝 偏振镜：可以消除或减弱树叶、草地等表面的反光，使画面更自然
第二十章 光的偏振自测题
第二十章 光的偏振自测题一、选择题1．线偏振光经过λ/2片后，成为（ ）。
（A ）线偏振光 （B ）椭圆偏振光 （C ）圆偏振光 （D ）不是偏振光2．光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片，它们的偏振化方向之间的夹角α =600，设偏振片没有吸收，则出射光强I 与入射光强I 0之比为（ ）（A ）1/4 （B ） 3/4 （C ）1/8 （D ）3/83．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为600，假设二者对光无吸收，光强为I 0的自然光垂直入在偏振片上，则出射光强为（ ）(A) I 0/8 (B) 3I 0/8 (C) I 0/4 (D) 3I 0/44．自然光以布儒斯特角入射到两介质界面，则反射光为（ ）。
（A ）自然光 （B ）线偏振光 （C ）部分偏振光 （D ）圆偏振光5．两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。
当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生变化为：（ ）(A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加，后有减小至零(C) 光强先增加，后减小，再增加(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 6．一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图）射角等于布儒斯特角i 0 ，则在界面2的反射光（ ）(A) 是自然光(B) 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直入射面 (C) 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行入射面(D) 是部分偏振光7．一束自然光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个030角，则透过这组偏振片的光强与入射光强之比为(A) 0.41 : 1; (B) 0.32 : 1; (C)0.21 : 1; (D) 0.14 : 18． 在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角057=B i 入射到平玻璃板上。
下列哪一种叙述是不正确的？(A) 入射角的正切等于玻璃的折射率；(B) 反射线和折射线的夹角为2/π；(C) 折射光为平面偏振光；(D) 反射光为平面偏振光；9．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光和线偏振光的光强比值为（ ）（A ）2/3 ； （B ）1/3； （C ）1/5； （D ） 1/210．设自然光以入射角057投射于平板玻璃面后，反射光为平面偏振光，试问该平面偏振光的振动面和平板玻璃面的夹角等于多少度？(A) 0; (B) 33; (C) 57; (D) 69;11、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通过，当其中一偏振片慢慢转动360°时透射光强度发生的变化为（ ）（A ）光强单调增加；（B ）光强先增加，后又减小至零；（C ）光强先增加，后减小，再增加；（D ）光强先增加，然后减小至零，再增加，再减小至零。
第20章 光的偏振
Ae
N
M'
20.4.4波片
A2O 和 A2 e 的相位差
(no ne )d ' 2
N'
M
光轴
A1
AO
Ae
N
(no ne )d 2
M'
k 0,1,2
(no ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱe )d (2k 1) 2
(no ne )d 2k 2
As1 A s1
由于Ap1 = As1，因此 ，即反射光中电矢量的平行分量值总 是小于垂直分量的值，自然光经两种介质分界面反射后， 反射光是部分偏振光． 但当 i1 i2 900 时，有 A
p1
A p1
=0
20.3.2布儒斯特定律
布儒斯特定律
入射 反射
i i
n1
n2 tg i0 n1
y Ae A2 α
e
θ A2
o
Ao
P2
2 2 2 2 2 I A2 A 2 A A cos A [cos ( ) sin 2 sin 2 sin o 2e 2o 2e 1
关于光强I 的讨论
▲ P1 和P2 的透振方向相互平 行 2 A 2 2 1 2 2 2 45 I A [ 1 sin ] [1 cos ] // 1 I // A1 [1 sin 2 sin ] 2 2
1 I x I y I0 2
自然光的图示：
线偏振光： 在垂直光传播方向的平面 内，光矢量只沿一个固定的方
向振动，这种光叫线偏振光 偏振光的图示：
振动面
椭圆偏振光和圆偏振光 若光矢量大小不断改变，其端点在垂直传播方向的平面 内的投影为椭圆（或圆），这种光叫椭圆（或圆）偏振光。 椭圆（或圆）偏振光可以看成两个相互垂直，且有一定 相位差的线偏振光的合成。 20.1.3部分偏振光 部分偏振光是介于偏振光和自然光之间的情形，一般地， 部分偏振光都可看成自然光和线偏振光的混合。 部分偏振光图示： 或
《光的偏振》课件
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
光的偏振 课件
【答案】 见解析
玻璃偏振片的透振方向垂直，所以不会射进司机眼里，而从自 己的车灯射出去的偏振光，由于振动方向跟自己的挡风玻璃上 的偏振片的透振方向相同，所以司机仍能看清自己的灯照亮的 路面和物体．
3．立体电影 立体电影也是利用光的偏振原理． 偏振现象还应用在很多领域，同学们可以查阅相关的资 料，了解有关偏振现象及其应用.
(3)偏振光的另外产生方式 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． 当入射角合适，使反射光和折射光垂直时，反射光和折射 光都是偏振光，且振动方向相互垂直．
二、偏振现象的应用 1．摄影技术中的应用 光的偏振现象有很多应用．如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时，由于水面或玻璃表 面反射光的干扰，常使景象不清楚，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 可使反射来的偏振光不能进入照相机内，从而可拍出清晰的照 片．故人们把偏振滤光片叫做摄像机的“门卫”．
2．偏振片在汽车挡风玻璃上的应用 偏振片——汽车司机的福音．在夜间行车时，迎面开来的 车灯眩光常常使司机看不清路面，容易发生事故．如果在每辆 车灯玻璃上和司机坐席前面的挡风玻璃上安装一块偏振片，并 使它们的透振方向跟水平方向成45°角，就可以解决这一问 题，从对面车灯射来的偏振光，由于振动方向跟司机座前挡风
太阳光是自然光
2．自然光和偏振光 (1)自然光：普通光源发出的光，包含着在垂直传播方向 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 相同，这种光称为自然光，如太阳光就是自然光，如图所示． 普通光源S发出的光经过偏振片时，后面的光屏是明亮 的，说明光透过了偏振片；若转动偏振片、光屏上亮度不变， 说明透过光的强度不变，由此可以说明自然光沿各个方向振动 的光波的强度相同，如图所示．
分析化学第20章光的偏振(大学课件)
▲自然光的表示法
自然光中任一方向的E振动都可分解成相互垂直方向上的 两个分振动. y x
由于自然光的光矢量在各个方向出现的几率相同，且每个光
矢量的振幅都可看作相等。
2. 马吕斯定律
马吕斯定律
线偏振光入射 M P N OP: 透光轴; OM: 入射光矢量的振动方向; I0
P
I
A0
A2 O
A1
: 光矢量与透光轴间的夹角.
A1 A0 cos
A2 A0 sin
平行于透光轴的分量A1将透过偏振片; 垂直于透光轴的分量A2不能透过偏振片.
光强与振幅的平方成正比.
2 1 I1 2 I1 cos 30
2 1 I 2 2 I 2 cos 60
但按题意
I2 I1
I1 I2
即
2
I1 cos2 30 I 2 cos2 60
所以
cos 60 cos 2 30
1 4 3 4
1 3
例2. 强度为I0的线偏振光,入射于检偏器, 若要求 透射光的强度I=I0/4,问检偏器的透光轴与线偏振 光振动面之间夹角为多少?
A0 cos I A1 2 2 cos 2 I 0 A0 A0
2
2
2
I I 0 cos
2
——马吕斯定律 （1809）
0，I I max I 0
，I 0
2
——消光
马吕斯定律 例题1 用两偏振片平行放置作为起偏器和检偏器。在 它们的偏振化方向成300角时，观测一光源，又在成600角 时，观察同一位置处的另一光源，两次所得的强度相等。 求两光源照到起偏器上光强之比。 解 : 令I1和I2分别为两光源照到起偏器上的光强。 透过起偏器后，光的强度分别为I1/2和I2 /2。按照 马吕斯定律，透过检偏器后光的强度为
光偏振 第二十章 光波的偏振.ppt
椭圆偏 部分偏
例：两偏振片P1，P2平行放置，透光轴成60°角。 (1)自然光垂直入射时，透射光与入射光光强比为多少？
(2) 在P1，P2之间平行插入P3，其透光轴与P1、P2均成 30°角，透射光与入射光光强比又为多少？
解：(1)透过P1后
I1
1 2 I0
I0
I
再过P2后透射光光强
I2
I1 cos2
· · · ·· ····
平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强
4. 圆偏振光、 椭圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
右旋圆 偏振光
···
z
右旋椭圆
/2
偏振光
某时刻左旋圆偏振光
···
随 z的变化
3
注：
右旋圆 偏振光
圆偏振光的分解
右旋椭圆
偏振光
部分偏振光的分解
圆偏振光、椭圆偏振光可分解为两束振动方向
出射的是两束传播方向相同、振 动方向相互垂直、频率相等、相 位差为p/2的线偏振光，它们合 成为一束椭圆偏振光。
振幅关系：
Ao Asin Ae Acos
Ae
A
Ao
显然：若Ao=Ae，则为圆偏振光 21
Ae
A
λ
Ao
线偏振光
4
讨论：
光轴 P
振幅关系： Ae A
Ao Asin Ae Acos
2. 自然光 自然光可分解为两振动
光振动平行板面
2
Ex Ey
方向相互垂直的、等幅 的、不相干的线偏振光。
没有优势方向
自然光的表示法： · · ·
大学物理20光的偏振
I I0 cos
2
例、已知自然光通过两个偏振化方向相交60°的偏振
片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一 偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方 向均夹30°角，则透射光强为多少？
解：
Io
I
Io 2
I1
1 I 4
I1 I cos2 I cos2 60
折射光线的偏振态. . i
空气
. i
i0
n
无反射光
.i0
i0
二. 由折射获得偏振光
玻璃片堆法:
玻璃片堆
从玻璃片堆透射出来的折射光几乎为线偏振光, 其 振动面平行于入射面. ib n1 r n1 n2 n2
n2 tanib n1
n1 tanr n2
在任一面上的入射角均为布 儒斯特角。
[例]:如图, 已知 i0 = arctg n, i ≠i0 , 试画出反射光线和
1
P2
解： 光强经P1后小于0.5I0，说明 偏振片有吸收。
0.32I 0 透过率为 0.64 I0 0.5I 0
0.32I0
I =？
由马吕斯定律，通过P2后的出射光强为
I I1 cos2 0.64 0.32I0 cos2 30 0.15I0
考虑偏振片的吸收，马吕斯定律：
ib
ib 90
sin ib sin ib sin ib n2 tan ib cos ib cos( 90 ) sin n1
布儒斯特角 (起偏角)：
n2 称布儒斯特定律. ib arctan n1
n2 ib arctan n1
n1 =1.00 (空气)， 空气 → 玻璃 ib 5618 互余 n2 =1.50 (玻璃)， 玻璃 → 空气 ib 3342
20.4光的偏振
1. 理解障碍
（1）横波与纵波的区别
在纵波中，质点的振动方向总是跟波的传播方向在同一直线上，在横波中，质点的振动方向总是垂直于波的传播方向，但是不同的横波，振动方向可以不同.对于一个确定的横波，它的振动方向是确定的，只能沿某一特定的方向振动，这就是横波与纵波的区别.
（2）偏振现象
A.透射光为零
B.可能有部分光透过
C.透射光变为最强
D.以上情况都有可能发生
解析：在两偏振片的偏振方向互相垂直的情况下，当自然光经过偏振片a（起偏器）后，透射光只有和a的偏振方向相同的一个振动方向，如图20—4—2所示，当透射光经过偏振片b（检偏器）时，由于透射光的振动方向恰与b的偏振方向垂直，因此就没有任何光线可以通过，观察者就看不到光.但是在a、b两偏振片间再插入偏振片c时，情况就不同了.因为最可能的情形是c的偏振方向既不与a也不与b的偏振方向互相垂直.这样，经过a的透射光就有一部分可以通过c，再经过c的透射光中又有一部分可以通过b，观察者就可以看见光.故正确答案为B.
原理概念法分析光的偏振现象
［例］如图20—4—2所示， 把两偏振片ab叠放在一起，隔着偏振片观察白炽灯发出的自然光.
<img src=c:\全科学习\高三\物理\20.4光的偏振\2.bmp>
将离光源近的偏振片a固定，缓慢转动偏振片b，直到看到透射光最强.然后，在这一位置将b转过90°，这时透射光最弱，几乎为零.如果在ab间再随意插一片偏振片c，则
（4）自然光与偏振光
太阳、电灯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，这种光叫做自然光.
<img src=c:\全科学习\高三\物理\20.4光的偏振\1.bmp>
第20章 光的偏振
第二十章 光的偏振
20-7 旋光现象
线偏振光通过某些透明介质后，它的光振动方向将绕着
光的传播方向旋转某一角度 的现象，称为旋光现象。这种
介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。
F
M
C
N
F为滤色片；M为起偏器； N为检偏器；旋光物体C（例如 石英片）放在两个正交的偏振片M 与N 之间，将会看到视 场由原来的暗变亮，把检偏器 N 旋转一个角度，又可得到
第二十章 光的偏振
例题20-2 一束平行的自然光，以58o角入射到平行 玻璃表面，反射光束是偏振光，则透射光束的折射角 是多少？玻璃的折射率是多少？
解：当入射角为布鲁斯特角时，反射光为偏振光，此时反
射光束与折射光束满足 i0 90
所以透射光束的折射角为 90 i0 32
由布鲁斯特定律
第二十章 光的偏振
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第二十章 光的偏振
20-1 自然光与偏振光
一 偏振现象
1 横波的偏振性 横波 光矢量E 的振动方向总与光的传播方向垂
直，在垂直于光传播方向的平面内, E可有不同的振动 方向。
2 振动面：光矢量 E与传播方向组成的平面。
光矢量
E
振动面
0
v
只H有横波才有偏振现象。
第二十章 光的偏振
射光波长及温度有关。
对于液体： Cd
M
N
第二十章 光的偏振
旋光产生原因：一束线偏振光可分解为振幅、频率均相等 的左、右旋园偏振光，当这两光通过某物质时，其折射率 不同，速度也不同，合成后所得线偏振光的振动方向与原 振动方向差一角度，所以旋光现象是物质各向异性的结果。
旋光色散：一束复色偏振光通过旋光物质时，由于不同波
第二十章 光的偏振自测题答案
第二十章 光的偏振自测题答案一、 选择题：ACABB BCCDB DBCBD DDABC二、填空题：2I ，I/8,线偏振光，横，光轴，2212cos cos αα，圆，大于，624844.4800'=，600，3I 0/16,3, 91.7 , 8.6，5um三、计算题1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片，透射光强为 I 1。
今在这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角，则透射光强为多少？解：设入射的自然光光强为0I ，则透过第1个偏振片后光强变为2I 0， 3分 透过第2个偏振片后光强变为1020I 60cos 2I =， 3分 由此得 10210I 860cos I 2I == 3分 上述两偏振片间插入另一偏振片，透过的光强变为11020202I 25.2I 4930cos 30cos 2I I === 3分2、 自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。
如果透射光强为（1）透射光最大强度的三分之一,（2）入射光强度的三分之一，则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？解：（1）设入射的自然光光强为0I ，两偏振片同向时，透过光强最大，为2I 0。
当透射光强为2I 31I 01⨯=时，有 2分 6I cos 2I I 0201==θ 2分 两个偏振片的偏振化方向间的夹角为445431arccos 01'==θ 2分 （2）由于透射光强 3I cos 2I I 02202==θ 4分 所以有 613632arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍?解：由马吕斯定律有0o 2018330cos 2I I I == 4分 0ο2024145cos 2I I I == 4分 0ο2038160cos 2I I I ==4分 所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,81倍． 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°，问此时透射光I 与1I 之比为多少?解：由马吕斯定律ο20160cos 2I I =80I = 4分32930cos 30cos 20ο2ο20I I I == 4分 ∴25.2491==I I 4分 5、水的折射率为 1.33，玻璃的折射率为 1.50，当光由水中射向玻璃而反射时，起偏振角为多少？当光由玻璃射向水中而反射时，起偏振角又为多少？这两个起偏振角的数值间是什么关系？解：由布儒斯特定律 120n n i tan =可知，当光由水中射向玻璃而反射时，起偏振角为624833.150.1arctan n n arctan i 0120'===' 5分 光由玻璃中射向水而反射时，起偏振角为434150.133.1arctan n n arctan i 0210'==='' 5分 由此，可见这两个起偏振角的数值间是互余关系，即2i i 00π=''+'。
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。
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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。
20 光的偏振
第20章 光的偏振
振动面与狭缝平行的横波可顺畅通过，
振动面与狭缝垂直的横波受到极大阻碍， 纵波遇到狭缝没有方向选择效应。
2
第20章 光的偏振
第20章 光的偏振
光矢量： 电磁波中对感光起作用的主要是电 场矢量，故称电场矢量为光矢量。 光的偏振： 电磁波是横波，光波中光矢量的 振动方向总是和光的传播方向垂直。光波的振 动方向对于传播方向来说不具有对称性。这种 不对称性就叫做偏振。
第20章 光的偏振
第20章 光的偏振
第20章 光的偏振 ( Polarization of Light )
光的波动性 光波是横波 主要内容： 光的偏振现象及几个概念； 光的干涉、衍射。 光的偏振。
偏振光的获得与检验；
马吕斯定律和布儒斯特定律。
1
第20章 光的偏振
机械横波与纵波的区别 机 械 波 穿 过 狭 缝
这相当于两个相互垂直的有确定相位关系的 y 振动的合成。 y
x
右旋
x 左旋
7
第20章 光的偏振
椭圆偏振光和圆偏振光*
第20章 光的偏振
光矢量绕着光的传播方向均匀旋转，其旋转角速度对应光 的角频率；光矢量端点的轨迹是一个椭圆（圆）。
y
O
y
x z
右旋
x y
O
x
z
y
左旋
x
8
第20章 光的偏振
第20章 光的偏振
26
第20章 光的偏振
第20章 光的偏振
0 i 58 例：已知某材料在空气中的布儒斯特角 0 ，求： 它的折射率？若将它放在水中，（水的折射率为 1.33）, 求：布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？
解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1，
大学物理教程 第20章 光的偏振
1
哈尔滨工业大学(威海)
20.1 光的偏振概述 Harbin Institute of Technology at Weihai
• 光矢量方向按逆时针方向旋转的 ，称为左旋偏振光。
6
哈尔滨工业大学(威海)
20.1 光的偏振概述 Harbin Institute of Technology at Weihai
2.非偏振光（自然光）
x
⊙
⊙
y
z
I Ix Iy
Ix
Iy
1 2
I
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表示:
••••
•••
7
哈尔滨工业大学(威海)
20.1.2 光的偏振状态
分类：
完全偏振光 自然光 部分偏振光
1.完全偏振光
线偏振光 椭圆（圆）偏振光
(1)线偏振光
表示:
(光振动平行板面)
• • •• •
(光振动垂直板面)
大学物理教程
E
z
E
⊙
4
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20.1 光的偏振概述 Harbin Institute of Technology at Weihai
12
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20.2 起偏和检偏 马吕斯定律 Harbin Institute of Technology at Weihai
大学物理教程
(3)判断：仅用一块偏振片，如何通过观察透射光强变化区分线偏振光、 自然光、部分偏振光？
20光的偏振详解
电磁波在界面处的反射与 折射时电场场强分量关系 （Fresnel 反射折射公式）
E1
i
正方向 定义
E1
n1
n2
E1 n1 cos i n2 cos sin(i ) sin(i ) E1 垂直 n1 cos i n2 cos
E 2
例题3 ： 由自然光和线偏振光混合成部分偏振光。 随着检偏器的转动发现 Imax= 6 Imin ，求部分 偏振光中这两种成份的光强比。 解：设自然光光强为I0，线偏振光光强为I。 当检偏器的透光轴与线偏振光的振动方向-1 I max I 0 I 平行 2 I0 2 1 I 5 I min I 0 垂直 2 1 1 I0 I 6 I0 依题意 2 2
［另有物质具圆二向色性，对左旋和右旋的圆偏振光 的吸收不同，可制成圆偏振片（如半波片，1/4波片）.
自然光通过检偏器
线偏振光通过检偏器
部分偏振光通过检偏器
圆偏振光通过检偏器
椭圆偏振光通过检偏器
偏振化方向： 当自然光照射在偏振片上时让某一特定方向的光通 过，这个方向称为此偏振片的偏振化方向。
i / 2， E1平行 0 反射光无平行于入射面的
场强分量（完全偏振）
（半波损失的由来）
n2 taniB n1
若 n1=1 •玻璃 n2=1.5 ， iB 56.3
•水 n2=1.33 ，
注意：
iB 53.1
1）当入射角为布儒斯特角时，反射光为振动方向 垂直入射面的线偏振光，而折射光仍为振动方 向平行于入射面的成分占优势的部分偏振光。
§20.3 反射和折射时光的偏振
一、实验现象 （Malus, 1808) 自然光 部分偏振光
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右旋椭圆 偏振光
/2
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
z
线、圆和椭圆偏振光均称为完全偏振光。
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、传播方向一致、 振动方向相互垂直、相位差为某个确定值的线偏振光的合成。
y
相位差 /2或3 /2
x
椭圆偏振光
y
x，y 振幅相同， 相位差 /2或3 /2
x
圆偏振光
(接近线偏振光)
若反射光光强变且无消光则入 射光是部分偏振光
例4. 一束自然光以58角入射到平板玻璃的表面,反射光是线偏振 光,求: (1). 透射光束的折射角; (2). 玻璃的折射率? 解: (1). 反射光是线偏振光时,反射光与折射光相互垂直
90 i0 90 58 32
o、e 光在方向上虽没分开，但速度上是分开的。
(4). 入射光正射于晶体表面,晶体光轴垂直于晶体表面.
(5). 入射光正射于晶体表面,晶体光轴垂直于纸面.
o e
注意o光与 e光的偏振 方向
o e
(6). 入射光斜射于晶体表面,晶体光轴垂直于纸面.
在光轴入射面 的这种特殊 情况下， 除o光外，e光也 满 足折射定律，即
光轴
e光
o光的振动方向垂直于它自己的主平面，e光的振动方向 平行于它自己的主平面
主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。
二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体
▲ 晶体的主折射率
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。 沿光轴方向，o光、e光的传播速度相等。 垂直于光轴的方向, 光的传播速度差别最大。 o光： · · · v t ·· · o · ·· · ·· · · ·· ·· · · ·· · · e光： vot vet 光轴
(2). 由布儒斯特定律,得
n i0 arctg 58 n0
n n0tg58 1.60
§20-4
1. 双折射：
光的双折射
一束光入
一. 双折射的概念
射到各向异性介质时， 折射光分成两束的现象。 自然光
n1 n2
(各向异 ro 性介质)
i re o光 e光
方解石
偏 振 片
双折射的两 束光振动方 向相互垂直
1 I1 cos2 30 I1 2
但按题意
1 I 2 cos2 60 I2 2
I1 cos2 30 I 2 cos2 60
2
I1 I 2
I1 I2
即
所以
cos 60 cos 2 30
1 4 3 4
1 3
例2. 强度为I0的线偏振光,入射于检偏器, 若要求 透射光的强度I=I0/4,问检偏器的透光轴与线偏振 光振动面之间夹角为多少?
I max
I0 I1 2 I0 2
则线偏振光的振动方向与偏振方向垂直时
I min
I max 5I min
I0 1 I1 2
★注意:
1. 自然光;
2. 多偏振片; 逐片计算. 3. 混合光. (线偏振光与自然光)
§20-3 反射光和折射光的偏振
一. 反射产生偏振
1.现象 自然光在两各向同性媒介分 界面上反射和折射时，反、 折射光均成为部分偏振光
(接近线偏振光)
反射光和折射光的偏振
3.3 玻璃片堆检偏
让待检光以布儒斯特角 i 0 入射到界面上，以入射 线为轴旋转界面（保持 i i 0不变）
· · i · 0 · · · · · ·· ·· · · ·· ·· · ·· ·· ·· ·· · · ·
若反射光光强不变则入射光是 自然光 若反射光光强变且有消光则入 射光是线偏振光
起偏和检偏
• 偏振片的起偏
P 非偏振光I0 线偏振光 I
1 I I0 2
·· ·
偏振化方向 (透振方向)
• 检偏：用偏振器件分析、检验光的偏振态
起偏和检偏
起偏和检偏
起偏和检偏
1.2 思 考
P 待检光 ? I
• I 不变待检光是什么光
• I 变，有消光待检光是什么光
• I 变，无消光待检光是什么光
叠加 相互垂直,振幅相等,但彼此独立的两个分振动.
自然光可分解为任意两个相互独立、等振幅、相互垂直 的振动（线偏振光），且其中每一方向的振动具有自然光 总能量的一半。
P
P
三.线偏振光
振动只在某一固定方向
向 传播方
E
面 振 动
·
面对光的传播方向看
▲线偏振光表示法
振动方向垂直纸面
振动方向在纸面内
第20章
光的偏振
§20-1
光的横波性
一. 光的横波性
光是电磁波 电矢量E 光矢量 (光振动)
电磁波的性质: 电矢量垂直于传播方向.
E
振动面
光具有横波性. 光矢量E与传播方向构成的平面
二. 自然光
单个分子或原子某一瞬间发出的光波
光矢量E沿一定方向与波的
传播方向相垂直 实际光源
极多的原子或分子在发光
六. 线偏振光的获得
由自然光获得线偏振光的方法 (1). 由二向色性物质的选择吸收产生;
光轴 线偏振光
电气石晶片
(偏振片)
自然光
·· · ·· ·· i · · 0 · · ·· · · ·· · · · · ·· · · ·· ·· · · · ·
(2). 由反射和折射产生;
(玻璃堆)
(接近(尼科耳棱镜)
椭圆偏振光
§20-2 偏振片 马吕斯定律
1. 起偏和检偏
• 起偏：从自然光获得偏振光。 • 起偏器: 起偏的光学器件。
• 起偏的原理：利用某些材料在光学性 质上的各向异性。
起偏和检偏
1.1 偏振片
非偏振光
光轴
微晶型
·· ·
线偏振光
电气石晶片
利用晶体的二向色性（对某 一方向的光振动有强烈 吸收）起 偏，如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上。
· · · i · cΔ t · · · ·
oΔ t e Δ t
r0 o
sin i c n0 sin r o o
光轴
· · e
re
· ·
o
方解石晶体
e
sin i c ne sin r e e
▲ 一般步骤
• 分清正,负晶体; • 根据光轴的位置作出o光和e光的波 面;再作出切平面(波振面); • 连出o光与e光的传播方向;
2.特点 n1 i i r 空气 玻璃
自然光的振动可分解为两
个振幅相等的分振动 n2
其一和入射面(纸面)垂直 —— 垂直振动(s分量) 另一和入射面(纸面)平行 —— 平行振动(p分量) 反射光中垂直振动多于平行振动;
折射光中平行振动多于垂直振动.
反射光和折射光的偏振
二. 布儒斯特定律
实验证明：
光轴
c no vo
no ，ne 称为 晶体的主折射率
v o no
c v e ne ve
▲ o光和e光在晶体中传播时的波面
根据惠更斯原理 寻常光线(o光)的速度在各个方向上是相同的; 在晶体内任一点引起的子波波面是一球面. 非寻常光线(e光)的速度在各个方向上是不同的; 在晶体内任一点引起的子波波面是一旋转椭球面.
偏振片的应用
偏振片的应用很多，例如：
▲ ▲ ▲ 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。 制成偏光眼镜，可观看立体电影。
▲ 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。
2. 马吕斯定律
2.两种光线
——均为线偏振光
o光：寻常光线 e光：非常光线
折射定律 垂直入射 光线方向 旋转晶体 折射率 速 度 遵守 沿原方向前进 在入射面内 不动 确定 确定 不遵守 弯曲 不在入射面内 随着晶体的旋转 不确定 随传播方向变化
3. 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。 例如，方解石晶体（冰洲石）
解: 由马吕斯定理,得
I 1 cos I0 4
2
60 ,120
例3. 一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过 一偏振片,若以此入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光 强最大值是最小值的5倍,求入射光束中自然光与线偏振 光的光强比值?
解: 设入射自然光光强为I0,入射线偏振光光强为I1 则线偏振光的振动方向与偏振方向平行时
i = i0 时，反射光只有S分量
· ·· i0 i0 · S n1 · · ··
n2 r0
线偏振光
并且 i0 +r0 =
90O
·
i 0 — 布儒斯特角或 起偏角
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
有
n2 tg i0 n21 n1
—— 布儒斯特定律 (1812年)
反射光和折射光的偏振
三. 应用举例
3.1 激光器谐振腔
· i ·
i0 M1
0
i0
· ·
i0
······
布儒斯特窗
激光输出
M2
外腔式激光器谐振腔
反射光和折射光的偏振
3.2 玻璃片堆
玻璃片堆：用以增大反射光的强度和折射光 的偏振化程度。
·· ·· i ·0 ·
玻璃片堆
·· ·· · · · ··· ·· · · ·· · · · · · · ··
马吕斯定律
线偏振光入射 M P N OP: 透光轴; OM: 入射光矢量的振动方向; A1 I0