光的偏振1
高中物理第5章光的干涉衍射和偏振第4节光的偏振第5节激光与全息照相鲁科版选择性必修第一册
2.光的偏振现象说明光是横波,下列现象不能反映光的偏振特性的是( D ) A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射 光的强度发生变化 B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光与折射光之间的夹角 恰好是90°时,反射光是偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象 更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 解析 通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现 象,与偏振无关,故选项D符合题目要求。
目录索引
基础落实·必备知识全过关 重难探究·能力素养全提升 学以致用·随堂检测全达标
学习目标
1.观察光的偏振现象,知道偏振光和自然光的区别。(科学探究) 2.能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。(物理观念) 3.知道激光的特点及其应用。(物理观念)
思维导图
基础落实·必备知识全过关
一、光的偏振 1.偏振现象 (1)偏振:横波只沿着某一 特定 的方向振动的现象。 (2)偏振片和透振方向 偏振片是只让 某一方向 振动的光通过的一种光学元件。通常把这个
要点提示 立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向 一致的光才能通过。
知识归纳 1.振动方向比较 自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于 光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。 2.经过偏振片时现象比较 如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片 时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。
解析 电灯灯光是自然光,包含各个方向的光,且各个方向的光强度相等,所 以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同,故A点光的强度不变;电灯灯光 经偏振片P后为偏振光,此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才 能完全透过Q,因此在旋转P时B点的光强有变化,选项C正确。
光的偏振与光的散射
光的偏振与光的散射光是由电磁波组成的，而电磁波有许多的性质，其中包括光的偏振和光的散射。
在本文中，我们将探讨光的偏振和光的散射的原理和应用。
一、光的偏振光的偏振是指电磁波中的电场矢量在某一方向上振动的现象。
正常的自然光是不偏振的，即电场矢量在所有方向上都振动。
然而，当光通过某些材料或者经过特定的装置时，它的电场矢量就会被限制在某个特定的方向上振动，形成偏振光。
1.1 偏振光的产生偏振光可以通过自然光经过偏振片或偏振器来产生。
偏振片是由具有一定特性的材料制成的，可以选择性地传递或阻挡特定方向的电场振动。
当自然光经过偏振片时，只有与偏振片特定方向振动相同的电场分量能够透过，而垂直于该方向的分量将被阻挡，从而形成偏振光。
1.2 偏振光的应用由于偏振光具有特定的方向性，因此在许多领域都有广泛的应用。
在显微镜中，利用偏振片可以调节光的偏振状态，从而增加对样品的对比度和细节观察。
在液晶显示器中，利用偏振光的旋转特性来控制液晶分子的排列，实现显示效果的切换。
偏振光还在光学通信、偏振成像等领域发挥着重要的作用。
二、光的散射光的散射是指光在传播过程中遇到物质微粒或表面不平整等障碍物，使光的传播方向发生改变的现象。
光的散射可以分为弹性散射和非弹性散射。
2.1 弹性散射弹性散射是指光在与物质相互作用后，仅改变传播方向而不改变波长的现象。
其中，瑞利散射是一种常见的弹性散射现象，它是由于光与比光的波长大数倍的物体（如空气中的气体分子）相互作用而导致的。
瑞利散射使得夜晚的天空呈现出蓝色的原因，因为太阳光中的各种波长的光在大气中发生散射时，蓝色光的散射强度比其他颜色的光要强，所以我们才能看到蓝色的天空。
2.2 非弹性散射非弹性散射是指光与物质相互作用后，波长发生改变的现象。
拉曼散射是一种常见的非弹性散射现象，它产生于光与物质分子之间的相互作用。
在拉曼散射中，光子与物质分子发生相互作用后，能量的差别将导致散射光的频率发生变化，从而使得散射光的波长与入射光不同。
波动光学光的偏振课件
双折射是指光线在某些特定物质中传播时，由于电磁波的振动方向不同而产生不同的折射现象。实验 中，学生可以使用不同的晶体材料，如方解石、石英等，观察到光的双折射现象，并了解双折射的原 理。
光的偏振态实验
总结词
通过测量偏振光的光强分布，理解偏 振光的性质。
详细描述
实验中，学生可以使用偏振片和检偏 器来测量偏振光的光强分布。通过旋 转检偏器，学生可以观察到光强的变 化，从而理解偏振光的不同状态和性 质。
研究光的偏振状态和偏振光学元件的 应用，用于改善光学系统的成像质量 、提高光学信号的传输效率等。
衍射光学
利用光的衍射现象来设计光学元件和 系统，实现光束的聚焦、分束、成像 等功能，是现代光学和光电子技术的 重要基础。
波动光学的发展
波动光学的发展与光学技术和应用密 切相关，随着光学材料、光学仪器和 光电子技术的不断进步，波动光学的 研究和应用领域也在不断拓展。
除了实验测量外，还可以使用计算机模拟和数学模型来预测和解释光的 偏振行为。这些方法可以帮助我们更好地理解光的波动性质和光学现象 。
04
偏振光干涉
干涉现象
01
02
03
干涉现象
当两束或多束相干光波在 空间某一点叠加时，光波 的振幅会发生变化，产生 明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
相干光波、有相同的频率 、有恒定的相位差。
偏振光可以反映物质的电磁性质和光学性质，有助于深入理解光 与物质相互作用的机制。
提高光学仪器性能
利用偏振光可以优化光学仪器的性能，提高成像质量和使用效果。
推动科技发展
偏振光在光学通信、生物医学、物理实验等领域具有广泛的应用前 景，对推动相关领域的发展具有重要意义。
大学物理 光的偏振
A//
A cos 0
而光强 I A2
I // IO
A/2/ A0 2
( Ao
c os a) 2 A0 2
I I0 cos2 a
AM 0
A
N
A//
o
14
如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式
一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动， 振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
x E
c z
y
S
5
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 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动， 且又无固定的位相关系的光)。
9
§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光变成偏振光。
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动
光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。 自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而
另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
将i0=600代入，得
tan i0
n2 n1
n2
n=1.73
26
§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：
光的偏振与波片的工作原理
光的偏振与波片的工作原理光的偏振是指电磁波在传播过程中所产生的振动方向。
一般来说，自然光是由各种方向的振动构成的，即振动方向在各个平面上都具有均匀分布。
而光的偏振则是将光的振动方向限制在某一个平面上，从而使光线变为具有特定振动方向的偏振光。
实现光的偏振可以借助于一种叫做波片的光学器件。
波片是一种具有特殊结构的光学元件，它可以改变光线的偏振状态。
波片一般由具有特殊光学性质的晶体材料制成，例如石英、云母、钠长石等。
波片的工作原理可以通过反射和干涉的光学现象来解释。
当自然光经过波片时，波片会选择性地吸收或部分反射光线，使得特定偏振方向的光线能够透过波片，而其他方向的光线则被滤除或衰减。
这种选择性吸收或反射的效果是由波片内部的晶格结构和材料特性所决定的。
波片的一个常见应用是在偏振光的实验和测量中。
例如，波片可以用来产生特定偏振方向的光源，使得实验中的光束具有特定的偏振状态。
另外，波片还可以用来检测光的偏振方向，通过观察透过波片后的光强度的变化来确定光的偏振状态。
除了常规的线偏振波片，还有一种叫做旋光片的特殊波片。
旋光片可以使光线的偏振方向发生旋转，这是由于旋光片的晶格结构和光的作用导致了光线的相位差的改变。
旋光片广泛应用于化学、药学和生物学等领域，用于测量和分析物质的光学性质。
总结起来，光的偏振与波片的工作原理是通过波片的特殊结构和材料特性来实现的。
波片可以将自然光转化为具有特定偏振方向的偏振光，也可以改变光的偏振状态。
在实验和测量中，波片发挥着重要的作用，为科学研究和应用提供了便利。
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
(一)光的偏振
单元八 （一）光的偏振一、选择、填空题1. 马吕斯定律的数学表达式为α20cos I I =。
式中I 为通过检偏器的透射光的强度，I 0为入射线偏振光的强度；α为入射光矢量的振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。
2. 两个偏振片堆叠在一起，偏振化方向相互垂直，若一束强度为I 0的线偏振光入射，其光矢量振动方向与第一偏振片偏振化方向夹角为4π，则穿过第一偏振片后的光强为0I 21，穿过两个偏振片后的光强为0。
3. 光强为I 0的自然光依次通过两个偏振片1P 和2P ，1P 和2P 的偏振化方向的夹角,30.=α则透射偏振光的强度I是：【 E 】8I3)E (;8I )D (;2I 3)C (;4I 3)B (;4I)A (000004. 使一光强为I 0的平面偏振光先后通过两个偏振片1P 和2P ，1P 和2P 的偏振化方向与原入射光光矢振动方向的夹角分别是90and α，则通过这两个偏振片后的光强I 是： 【 C 】()αααα20202020cos I E ;sin I 41)D ();2(sin I 41)C (;0)B (;cos I 21)A (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，则折射光为部分偏振光，且反射光线和折射光线之间的夹角为π21。
反射光的光矢量振动方向垂直于入射面。
6. 一束自然光自空气射向一块平玻璃（如图），设入射角等于布儒斯特角i 0，则在界面2的反射光是：【 B 】(A) 自然光；(B) 完全偏振光且光矢量振动方向垂直于入射面； (C) 完全偏振光且光矢量振动方向平行于入射面； (D) 部分偏振光。
)6(选择填空题)8(选择填空题)1(计算题)2(计算题7. 一束平行的自然光，以60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︒30；玻璃的折射率为3。
8. ABCD 为一块方解石的一个截面，AB 为垂直于纸面的晶体平面与纸面的交线，光轴方向在纸面内且与AB 成一锐角θ，如图所示，一束平行的单色自然光垂直于AB 端面入射，在方解石内折射光分解为o光和e 光，o光和e光的：【 C 】(A) 传播方向相同，电场强度的振动方向互相垂直；(B) 传播方向相同，电场强度的振动方向不互相垂直； (C) 传播方向不同，电场强度的振动方向互相垂直；(D) 传播方向不同，电场强度的振动方向不互相垂直。
第15章 光的偏振 - 1
纵波 u
x u
x
E
对传播方 向不对称
对传播方 向对称
横波有偏振现象，纵波无偏振问题 机械横波与纵波的区别
二、光的偏振态
自然光 光 偏振光
线（平面）偏振光 ② 完全偏振光 椭圆偏振光 ④ 圆偏振光 ⑤
①
部分偏振光 ③
1、自然光：普通光源发光，包含各个方向的光矢 量；
每个光波列：横波——偏振光
一束光：由于光振动方向的随机性，统计结果显 示，各种取向的光矢量振幅相等。 光矢量对传播方向均匀对称分布——非偏振
正交分解
Ix=Iy=I0/2
I0
符号表示
自然光以两互相垂直的互为独立的（无确定的相 位关系）振幅相等的光振动表示，并各具有一半
1 tan n玻
i0
折射光：近似线偏振光(∥) (垂直振动成分一次次被反
射掉)
应用：利用偏振片过滤镜面反射光
反射光为部分偏振光 或者完全线偏振光
加偏振片消除了 反射光的干扰
未使用偏振片
使用偏振片 照相机与镜面 成任意角度
使用偏振片 照相机与镜面 成布儒斯特角
试比较起偏角与全反射临界角 条件 关系式 现象
I0
P1
I1 P2
偏振光
I2
偏振光
2、自然光通
过偏振片后变 为线偏振光， 称为起偏
自然光 起偏
检偏 3、利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏
I0
I0/2
I0/2
光强最强
光强最弱
I0
I0/2
——消光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变。
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化，有消光现象
光的偏振态与偏振度
光的偏振态与偏振度
光是一种电磁波，是在物质电场和磁场变化时产生的，传播于物质之外时光本身也具有电磁特性。
所以，光也可以存在偏振态和偏振度，使它有着多种不同的特性。
偏振态是光的一种特殊表现状态，为指光的电磁波在传播的过程中，电场在不同方向上有不同的幅度。
它们可分为三类：垂直偏振，水平偏振和右旋偏振。
偏振度即偏振率，是衡量光的偏振性的一个尺度，是指在将光从一种偏振态分到另一种偏振态时，光的极化程度实际变化和理论上变化的比率。
偏振态和偏振度主要用于诊断目标材料和传播介质的光学性质，并且在投射电影行业中也广泛使用。
此外，立体电影和投影仪就利用光的偏振态和偏振度来制成3D立体电影，从而可以使观众有更真实的感觉。
实际上，光的偏振态和偏振度对日常生活有很多有价值的应用，其中最简单也是最有趣的就是检验你是否带上了一副偏光眼镜。
只要拿起偏光镜，你就会发现你可以看到穿梭在其他光线中的令人视觉上很迷人的线条。
这就是因为戴上偏光眼镜可以使你看见人们普通眼镜难以看见的偏振光线。
第一节 光的偏振性及马吕斯定律
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。
椭圆偏振光和圆偏振光 椭圆偏振光：在传播过程中，光矢量围绕传播方向旋转，其末端在垂直于传播方向
的平面上的投影是一椭圆。
圆偏振光：光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的投影是圆。 右旋椭圆偏振光：迎着光的前进方向看时，光矢量顺时针旋转。 左旋椭圆偏振光：迎着光的前进方向看时，光矢量逆时针旋转。
I 0 A02
I A2 A02 cos2
I I0 cos2
(马吕斯定律)
当 α 0，I Imax I0
当
α ，I 0 消光现象
2
A0
Malus (1775-1812 )
A
公式中入射光必须是线偏振光，不是自然光。
A A0 cos
用偏振片检验光的偏振态
偏振片转一周
线偏振光 部分偏振光
X
•••
X
简单表示法
S
Y
O
Y
Z
u
Z
u
完全偏振光
自然光经过某些物质的反射、折射或吸收后，可能只保留某一方向的光 振动。这种只有某一固定方向振动的光叫做线偏振光或完全偏振光，简称偏 振光。
E
光振动平行屏幕
u
• • •• •
光振动垂直屏幕
部分偏振光
• • • • ••
•• •
垂直屏幕的光振动较强
平行屏幕的光振动较强
自然光
消光 强度变，无消光 强度不变 偏振化方向
二、起偏与检偏
偏振片
晶体（如硫酸金鸡钠硷）对相互垂直的两个光振动分量具有选择吸收 的性能，称为二向色性。将这种晶体涂敷于透明薄片上，就成为偏振片 。偏振片是常用的起偏器和检偏器，每个偏振片上都标有偏振化方向。
光的偏振与折射率
光的偏振与折射率光的偏振是指光波在传播过程中，振动方向只沿着某一个特定的方向进行的现象。
而折射率是指光线在由一种介质射入另一种介质时，由于介质的密度不同而使光线发生偏折的性质。
1. 光的偏振光的偏振现象是由于光波的电矢量在传播方向上只沿着特定振动方向进行的结果。
正常光是一种无偏振的光，它的电矢量在所有方向上都有均匀的分布。
然而，当光经过特定的材料或结构时，它可能会发生偏振现象。
1.1 偏振光的产生偏振光可以通过偏振片的使用来产生。
偏振片是一种具有特殊结构的材料，可以选择性地吸收或透过特定方向上的光。
当正常光通过偏振片时，只有与偏振片特定方向相匹配的光能够透过，其他方向上的光则会被吸收或阻挡。
1.2 光的偏振方向光的偏振方向可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振。
线偏振光的电矢量只沿着一个方向进行振动，而圆偏振光的电矢量沿着圆形轨迹进行振动。
椭偏振光是介于线偏振和圆偏振之间的光，它的电矢量在一个平面上完成一个椭圆形轨迹。
2. 折射率折射率是光线由一种介质进入另一种介质时发生偏折的度量。
它表示了光在两种介质中传播速度的差异。
不同的介质具有不同的折射率，导致光线被折射或偏折的现象。
2.1 折射定律折射定律描述了光线在从一种介质进入另一种介质时的偏折行为。
根据折射定律，光线的入射角和折射角之间的正弦值之比等于两种介质的折射率之比。
这一定律可以用数学公式表示为：n₁sinθ₁ =n₂sinθ₂，其中n₁和n₂分别表示两种介质的折射率，θ₁和θ₂分别表示入射角和折射角。
2.2 光在不同介质中的传播速度折射率与光在介质中的传播速度有密切关系。
光速在真空中的数值为常数，但在不同介质中，光速会发生变化。
当光从光密介质进入光疏介质时，其中散射介质的折射率较小，光的传播速度加快；相反，当光从光疏介质进入光密介质时，光的传播速度减慢。
2.3 折射率与光的密度折射率还与光的密度有关。
光在不同介质中传播时，由于介质的密度变化，光的传播速度也会发生改变。
第4章 光的偏振(1)
x2 y2 2 1 2 Ax Ay
为正椭圆
y
O
x
动态分析，当x最大时，由于 = /2，y过平衡位置向负方向运动，故为右 旋正椭圆。
或者
y t 0
0 Ay sin 0t 0 Ay 2 t 0
20
三、检偏振器
演示实验并结合马吕斯定律，偏振片P1不动，将P2转动一周，透射光光 强出现两次最强，两次消光。从而判知，入射光为线偏振光。
21
在自然光和圆偏振光的光路中插入检 偏器，检偏器旋转一周，屏上光强减 半。检偏器旋转，屏上亮暗无变化。
部分偏振光和椭圆偏振光的光路中 插入检偏器，检偏器旋转一周，屏 上光强两强两弱
22
根据上面的实验，检偏振器可以区分出线偏振光， 但是无法区分自然光和圆偏振光，也无法区分部分偏振 光与椭圆偏振光。关于自然光和圆偏振光、部分偏振光 和椭圆偏振光的区分，以后讲解。
Polarizer Puzzle
23
利用偏振片，可以区分线偏振光、自然光和部分偏振光。 起偏振器其实就是检偏振器。
①自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到 不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论 怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。 ②如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动方 向成90角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振 片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。 ③如果入射的是部分偏振光， 则转动偏振片时，视场中光 强有变化，但不十分明显， 无消光现象。
4
第四章 光的偏振和光在晶体中的传播
§1.概述 §2.光的五种偏振态 §3.起偏振器和检偏振器 ，马吕斯定律 §4.反射和折射时的偏振 §5.双折射现象 §6.惠更斯作图法 §7.波片 §8.五种偏振光的产生和检验(兼小结)
光的偏振与波片的光学轴
光的偏振与波片的光学轴光的偏振是光学中一个非常重要的概念，它在现代科技中有着广泛的应用。
光的偏振指的是光波中电场矢量在空间中振动的方向，将光波中振动方向相同的组分叠加在一起，就可以形成偏振光。
光学轴是指光学材料（例如玻璃）的一个特定方向，光在该方向上传播时具有特殊的性质。
在光学领域，波片是一种常见的光学元件，它可以改变光波的偏振状态。
其结构通常是由具有特定光学轴方向的晶胞组成。
在光学中，最常见的偏振状态有线偏振、圆偏振和无偏振。
线偏振是指光波中电场矢量只沿特定方向振动，而其他方向的振动组分被滤除。
而圆偏振是指电场矢量在平面上沿圆周运动，振动方向不断改变。
无偏振是指光波中包含了所有可能振动方向的组分。
波片是一种利用光学轴的特性来改变光波偏振状态的器件。
最常见的波片有半波片和全波片。
半波片是指当入射光经过波片后，光的相位会相对于原来的状态发生180度的相位差。
全波片则会使得光波经过后相位差发生360度的变化。
波片的光学轴与光传播方向的关系决定了它们的工作原理和应用。
例如，在线偏振光的情况下，波片的光学轴方向可以将线偏振光转换为圆偏振光或者无偏振光。
这种特性使得波片在无线电通讯、光通信和光学显示等领域有重要的应用。
此外，波片还可以用于旋光测量和光学器件的调整。
旋光测量是指通过测量光经过物质后的旋光角度来获得物质的旋光性质，而波片作为一个旋转光学器件可以用来调整光路中的光强和光波的偏振状态。
总结起来，光的偏振与波片的光学轴密切相关。
光的偏振状态可以通过波片来改变，波片的光学轴方向决定了它们的工作原理和应用。
光的偏振和波片的光学轴是现代光学领域中一对重要的概念，它们的研究和应用对于光学器件的设计和光学通信的发展具有重要的意义。
通过深入研究和理解光的偏振和波片的光学轴，我们可以更好地掌握光学知识，为光学技术的发展做出贡献。
光的偏振(1)
第四章 光的偏振（1）一、 选择题1．一束光强为I 0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成45º角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为(A)√2 I 0/4 (B) I 0/4 (C) I 0/2 (D) √2 I 0/2 [ ]2．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、 P 2、 P 3后，出射光的光强为I=I 0/8，已知P 1 和P 3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P 2，要使出射光的光强为零，P 2最少要转过的角度是(A) 30º (B)45º (C)60º (D)90º [ ]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，测的透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光数中自然光与线偏振光的光强比值为(A)1/2 (B)1/5 (C) 1/3 (D)2/3 [ ]4．自然光以60º的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为（A ）完全偏振光且折射角是300（B ）部分偏振光且只是在该由真空入射到折射率为√3的介质时，折射角是30º（C0（D ） 部分偏振光且折射率为30º 5．ABCD 为一块方解石的一个截面，AB平面与纸面的交线。
光轴方向在纸面内且与AB 成一锐角分解为o 光和e 光，o 光和e 光的 [ ]（A ）传播方向相同，电场强度的振动方向互相垂直。
（B （C （D 6入射光的振动面与光轴成450（A ） 逆时针方向旋转的圆偏振光。
（B ） 逆时针方向旋转的椭圆偏振光。
（C ） 顺时针方向旋转的圆偏振光。
（D ） 顺时针方向旋转的椭圆偏振光。
7 （A ）线偏振光 （B ）右旋圆偏振光（C ）左旋圆偏振光 （D ）左旋椭圆偏振光8．下列那些说法是正确的？ [ ]（A ） 一束圆偏振光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光（B ） 一束椭圆偏振光垂直入通过二分之一波片后将成为线偏振光（C ） 一束圆偏振光垂直入通过二分之一波片将成为线偏振光（D ） 一束自然光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光9．仅用一个偏振片观察一束单色光时，发现出射光存在强度为最大的位置（标出此方向）但无消光位置，在偏振片前放置一块四分之一波片，且使波片的光轴与标出的方向平行这时旋转D偏振片观察到有消光位置，则这束单色光是 [ ]（A ）线偏振光 （B ）椭圆偏振光（C ）自然光与椭圆偏振光的混合 （D ）自然光与线偏振光的混合10．一束线偏振光，垂直入射到四分之一波片上，线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴夹角，此线偏振光经过四分之一波片后 [ ]（A ）成为椭圆偏振光 （B ）仍为线偏振光，但振动面旋转了π/2角（C ）仍为线偏振光，但振动面旋转了π/4角 （D ）成为圆偏振光二．填空题 （共59分）1． 一束光垂直入射在偏振片上，以入射光线为轴转动，观察通过的光强的变化过程，若入射光是_________光，则将看到光强不变；若入射光是__________，则将看到明暗交替变化，有时出现全暗，若入射光是________，则将看到明暗交替变化，但不出现全暗。
光的偏振1
（一般情况，非常光线不在入射面内）
e 实验证明： O 光和 光均为偏振光.
A
B
o
e D
C
oe
3.晶体光学的几个基本概念
光轴（晶体内 nΟ ne 或 vΟ ve 的方向）
寻常光线 在晶体中
各方向上传播速度相同.
nΟ
c vΟ
常量
光轴 O光波阵面
非常光线 晶体中各
ve
方向上传播速度不同,随
方向改变而改变.
1. 右旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为顺时针的旋光物质(如葡萄糖溶液）；
2. 左旋物质：面对着光源观察，使光振动面的旋转 为逆时针的旋光物质（如蔗糖溶液）。
旋光仪---观察偏振光振动面旋转的仪器。
二、旋光现象的
实验规律
线偏振光通过旋光
晶体时，振动面转
M
B
过的角度与晶体的
A
长度成正比
L
起偏---将自然光变成偏振光的过程；
检偏---检验入射光是否为偏振光并确定其振动 方向。
I自然光
I偏振光 I自然光 / 2
P1
P2
起偏器 偏振化方向
检偏器
23.2.3 马吕斯定律（1880 年）
E E0 cos
I I0
E2 E02
马吕斯定律---强度为 I0 的 偏振光通过检偏振器后, 出射 光的强度为
光通过双折射晶体
2.寻常光(o光)和非常ry rays)
当i改变时, sin i sin r
n0 (定值)
--服从折射定律的光线
非常光线（e光） (extraordinray rays)
当i改变时, sin i
sin
ne 变值
光的衍射和偏振-1
40
Summary
•光的衍射的概念和原理 •夫琅禾费单缝衍射原理和性质
•夫琅禾费圆孔衍射 •光栅衍射的原理和性质
相关习题：习题7：7-2，7-5，7-6
41
光的偏振
Polarization
42
光的偏振 Polarization
一、光的偏振态、马吕斯定律 二、玻片堆 三、双折射 四、偏振光的产生和检验 五、旋光性
3
一、概述
1、定义：
光偏离直线传播的现象称为光的衍射 (diffraction)现象。 衍射显著的条件： 障碍物尺寸与波长大得不多 衍射系统通常包括：光源、衍射屏、接收屏三部 分。
4
圆孔
单缝
方孔
几种典型的衍射图样
5
正三边形孔
正四边形孔
正六边形孔
6
正八边形孔 衍射图样
单缝
6
2、 光的衍射分类 1.菲涅耳衍射
极大 极小
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
自然光和偏振光的光矢量分布
46
1、线偏振光 linear polarized light
定义：只含单一振动方向的光称为线偏振光。
光矢量只在一个方向上振动 线偏振光的表示法
(光振动平行板面)
(光振动垂直板面)
47
2、自然光 Natural light
普通光源如太阳、白炽灯、钠灯等发光时，组成 光源的原子自发或受激辐射的光波列是随机的， 各光波列振动方向、频率和位相不尽相同，光矢 量在垂直于光传播方向的平面上取各方向的几率 相等。
L2后会聚在屏上P处。屏上出现单缝衍射图样。 10
光强分布
衍射图样
特点：明暗相间的衍射条纹
光学基础知识光的偏振和波长
光学基础知识光的偏振和波长光学基础知识：光的偏振和波长光学是涉及光的传播、衍射、干涉、折射等现象的一门学科。
而其中，光的偏振和波长是光学中两个重要的概念。
本文将就光的偏振和波长进行详细探讨。
光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量方向的振动方式。
光可以分为自然光和偏振光两种形式。
自然光是指由各种不同方向和不同振幅的不同偏振方向的光波叠加而成的，偏振光则是指光波中的电场矢量只在某一方向上振动的光。
光的偏振状态可以通过偏振片进行观察和改变。
偏振片是一种具有特殊结构的透明薄片，能够对入射光进行选择性吸收或透过。
当偏振片的透光轴与光波的偏振方向平行时，光将完全透过；当偏振片的透光轴与光波的偏振方向垂直时，光将被完全吸收，这就实现了对光的偏振选择。
光的偏振在实际应用中有广泛的应用。
例如，在太阳眼镜中使用的偏振片能够有效地过滤掉阳光中的横向振动的光，减少眼睛受到的反射和干扰。
此外，在液晶显示器中，通过电压的控制可以改变光的偏振状态，从而实现液晶的开关和显示功能。
光的波长光的波长指的是光波在空间中一个完整周期所经过的距离。
一般情况下，我们用λ来表示光的波长，单位是纳米（nm）。
光的波长决定了光的颜色，不同波长的光在人眼中会呈现出不同的颜色。
根据波长范围的不同，我们将光波分为不同的区域，如可见光、紫外线、红外线等。
可见光是人眼能够直接感知到的光，其波长范围约为380 nm至780 nm。
在可见光中，波长较短的光呈现蓝色，波长较长的光呈现红色，而其他颜色则介于这两者之间。
光的波长对于光的传播和相互作用具有重要影响。
例如，当光通过两个相距适当的孔隙时，根据光的波长不同，会形成不同的衍射图样；当光从一种介质进入另一种介质时，光的波长将影响光的折射和反射行为。
此外，光的波长还在光学通信、波谱分析等领域具有重要应用。
在光学通信中，不同波长的激光被用于传输不同的信息；在波谱分析中，通过测量光的波长可以获得被测物质的光谱信息，进而得到其组成和性质。
光的偏振与偏振光的传播特性
光的偏振与偏振光的传播特性光是一种电磁波，具有波动性和粒子性的双重性质。
它在自由空间或介质中传播时，可以具有不同的偏振状态。
光的偏振是指光的电场矢量在传播方向上的振动方向。
偏振光是指只在一个平面内振动的光。
光的偏振状态可以用多种方式描述，其中最常用的是线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
线偏振光是指光的电场矢量沿固定方向振动，可以分为水平偏振光和垂直偏振光。
圆偏振光是指光的电场矢量按照圆形轨迹振动，可以分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
椭圆偏振光则是介于线偏振光和圆偏振光之间的一种状态，其电场矢量在一个平面内沿椭圆形轨迹振动。
光的偏振状态可以通过使用偏振片来实现。
偏振片是一种具有特定取向的透光介质，它可以选择或过滤出特定偏振方向的光。
当光通过偏振片时，只有与偏振片的取向相匹配的光能够透过，其他方向的光则被吸收或阻挡。
这就是为什么偏振片可以用来选择或过滤光的偏振状态的原因。
光的偏振对于许多光学应用非常重要。
例如，在液晶显示器中，液晶分子的排列方向可以通过偏振片来调节，以控制像素的亮度和颜色。
偏振光还可以用来测量材料的性质，例如通过观察偏振光在物质中的旋光现象来研究化学成分和结构。
除了偏振状态，光的偏振还与其传播特性密切相关。
根据马克斯韦方程组的求解结果，我们知道光在自由空间中是横波性质的，电场矢量、磁场矢量和传播方向垂直。
这意味着光的偏振状态会影响光的传播方向和速度。
当光通过各向同性介质（如真空）时，光的传播速度是不受偏振状态影响的。
然而，当光通过各向异性介质（如晶体）时，光的偏振状态会在传播过程中发生变化。
这是因为晶体的结构对不同偏振方向的光有不同的响应。
根据晶体的对称性和光的入射角度，光的传播速度和偏振状态都可能发生改变。
晶体对光的偏振状态的影响可以通过光的折射和反射来观察。
当光由一种介质进入具有不同折射率的介质时，光的传播方向会发生偏转，这就是折射现象。
折射现象本身与光的偏振无直接关系，但是当入射光是偏振光时，由于晶体中不同偏振方向的光受到不同折射率的影响，偏振光的传播方向也会发生偏转。
光发生偏振的条件
光发生偏振的条件光是一种电磁波，具有波粒二象性，既可以被看作是一种波动现象，又可以被看作是由光子组成的微粒。
当光在传播过程中，会遵循特定的物理规律，其中之一就是偏振现象。
光的偏振是指光波的振动方向固定的现象，只有在特定的条件下才会发生。
光的偏振需要一个振动源。
光的产生可以通过多种方式，例如光源的激发、光的反射、光的散射等。
无论是哪种方式，都需要有一个源头来产生光波。
这个光源会产生具有特定频率和振幅的电磁波，其中包括了光的偏振信息。
光的偏振需要有介质的参与。
光在真空中传播时不会发生明显的偏振现象，因为真空中没有任何分子或原子来干扰光的传播。
但是，当光通过具有一定结构的介质时，就会发生偏振现象。
这是因为介质中的分子或原子会与光波相互作用，从而导致光的振动方向发生变化。
光的偏振还需要一定的传播路径。
光的偏振是一种空间分布的现象，需要在空间中传播。
当光通过一个介质时，介质中的分子或原子会对光的传播路径产生影响，从而导致光的偏振现象。
这个传播路径可以是直线的，也可以是弯曲的，关键是介质中的分子或原子能够对光的传播路径产生影响。
总结起来，光发生偏振的条件包括光源的振动、介质的参与以及一定的传播路径。
只有在这些条件下，光才会发生偏振现象。
当光发生偏振后，它的振动方向将固定不变，只能沿着特定的方向传播。
这种偏振现象在光学领域有着重要的应用，例如偏振片、偏振镜等设备都是基于光的偏振特性设计的。
光的偏振现象在自然界和人类社会中都有广泛的应用。
在自然界中，光的偏振现象可以用来解释一些自然现象，例如天空的蓝色和太阳的闪耀。
天空的蓝色是由于大气中的分子对光的散射造成的，而散射光的偏振方向与入射光的偏振方向有关。
太阳的闪耀是由于太阳光在大气中的散射和偏振导致的。
在人类社会中，光的偏振也有着广泛的应用。
例如，在光学领域，偏振片可以用来控制光的偏振方向，从而实现光的分离、过滤和调制等功能。
在电子显示技术中，液晶显示屏就是利用光的偏振现象来实现图像的显示。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。 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
二、起偏和检偏
起偏：使自然光（或 非线偏振光）变成线偏 振光的过程。 自然光 检偏：检查入射光的偏 振性的过程。
2. 检偏—马吕斯定律 根据光通过旋转的检偏器时其光强的变化情况 来判断该光偏振性的过程称检偏。
尼科耳棱镜起偏
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2 .
. . ..
起偏器 检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2
. . ..
起偏器
.
检偏器
旋光色散：一束复色偏振光通过旋光物质时，由 于不同波长的光有不同的 值，所以发生色散， 称旋光色散。
作业： P201 T12 T13 T19
小
一、薄膜干涉 1．相对光强
结
2
IE A
2 0
2．光程与光程差计算 3．半波损失 4．薄膜干涉条件 二、单缝衍射
k ( 2k 1 ) 2 k 0 ,1 ,2 干涉加强 k 0 ,强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2
. .. .
起偏器
.
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2
. .. .
.
起偏器 检偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直光强为零
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2
. .. .
线偏振光、自然光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光
2.线偏振光--光矢量只在某一固定的方向上振动。
向 传播方
E
·
面 振 动 面对光的传播方向看
y
线偏振光可沿 两个相互垂直 的方向分解。
E x E cos E y E sin
Ey 0
E
Ex
x
线偏振光的表示法：· · · · ·
光振动垂直板面 光振动平行板面
Z
···· ·
光振动垂直板面 光振动平行板面
②自然光
③部分偏振光
· ·· · ·
平行板面的 光振动较强
· · · · · ·
垂直板面的 光振动较强
2．起偏
（1）反射和折射起偏--布儒斯特定律
n2 起偏振角 tg i 0 i0 i0 布儒斯特角 n1 2 （2）双折射起偏—尼科耳棱镜 双折射现象 尼科耳棱镜起偏 o光和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。 （3）二向色性—偏振片起偏
解：设两光源的强度分别为I01、I02 I 01 I1 cos 2 30 2 I 02 I2 cos 2 60 2 I1 I 2
I 01 cos 2 60 1 2 I 02 3 cos 30
8-6
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，又可得到暗视场，该角即为 。
迎着光的传播方向观察，光矢量的振动方向按 逆时针方向旋转，称为左旋偏振光，相应物质称左 旋物质；反之为右旋偏振光，相应物质称右旋物质。 实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度d 、 浓度C 、入射光的波长 以及温度有关。
起偏器
.
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
P 1
自然光 线偏振光
P2 .
. .. .
起偏器 检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
P2 .
. .. .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
P2
自然光
. .. .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
P2
自然光
. .. .
.
检偏器
自然光 n1 n2 (各向异 性媒质)
i
γe
γo
非常光线(e光):不遵守折射定律。它的折射率随方向 而变化，并且不一定在入射面内传播 。
o光和e光都是线偏振光,且振动方向相互垂直。
请观看动画 （3）二向色性—偏振片起偏 某些晶体（电气石、硫酸金鸡钠碱晶体等）对光 振动有强烈的选择性吸收能力，这种性质称为二向 色性。如电气石晶体对自然光的某一振动方向上的 光振动几乎完全吸收，而垂直于该方向的光振动只 稍微减弱后通过。 利用物质的二向色性制成的起偏装置称为偏振片。 偏振片允许通过的光振动方向称为偏振片的偏振 化方向，用 或 表示。
A1 cos A2
--- 线偏振光的振动方向与检偏器的偏振化方向
之间的夹角。 2 I 2 A2 A12 cos 2 2 cos 2 I1 A1 A12
I 2 I 1 cos 2 马吕斯定律（1809）
0，I 2 I 1
2
，I 2 0 ——消光
1．单缝衍射条件a sin k
a sin ( 2k 1 ) a sin 0
( k 1,2 , ) 暗纹
2
( k 1,2 , ) 明纹 中央明纹
x a f
k
暗纹 ( 2k 1 ) 2
明纹
( k 1,2 , )
3.自然光— 普通光源发出的光,在垂直于传播方向的 平面上,所有可能方向的光矢量E 的振幅都相等。 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。
没有优势方向
Ex E y
I Ix Iy
1 Ix Iy I 2 自然光的表示法： ·
··
自然光的分解
4.部分偏振光 在垂直于传播方向 的平面上,一些方向的光 振动比另一些方向的光振 动占优势。
x ( a b ) k f
k= 0, 1, 2, 3 · · ·
N a b
2．零级明纹的半角宽度 1 3．最大级数
k max
( a b )
4． 缺级、光谱重叠
四、园孔衍射 光学仪器的分辨率
1．园孔衍射
① 爱里斑的半角宽度
1 0.61 / R 1.22 / D
对于固体： d 对于液体： Cd
M
为旋光率，与旋光物质、
入射光波长及温度有关。
N
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。
n1
部分 偏振光
n2
布儒斯特定律 反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射 n2 角等于某一特定值i0 ，且满足： tg i 0 n1 这时反射光成为线偏振光。 sin i 0 n2 tgi0 起偏振角 cos i 0 n1 i0 布儒斯特角 sin i 0 n2 又 sin n1 线偏振光 自然光 所以sin cos i 0 i0
8-5
一、偏振光与自然光 1. 横波的偏振性
偏振光
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。 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 H
v
只有横波才有偏振现象。
偏振态 光矢量在与光传播方向垂直的平面内的振动 状态。可分为下列5 种：
n1
部分偏振光
n2
i0
2
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
玻璃片堆
(接近线偏振光)
最后获得两束振动方向互相垂直的线偏振光。
（2）双折射起偏—尼科耳棱镜 双折射现象 一束光射入各向异性晶体后有两束折射光的现象。 寻常光线(o光):遵守折射 定律。对于晶体一切方向 都具有相同的折射率，且 在入射面内传播。
起偏器 P 1
自然光
检偏器 P2
线偏振光
. .. .
I0
1 I1 I 0 2
2
.
1 I 2 I 1 cos I 0 cos 2 2
例8-8 用两个偏振片组成起偏器和检偏器，在它们的 偏振化方向成30°角时观察一光源，又在成60°角 时观察同一位置处的另一光源，两次观察所得强度 相等，求两光源的强度之比。
2．条纹宽度计算 2 f x 0 2 x1
0 2 1 2
a a
( 中央明纹的线宽度) ( 中央明纹的角宽度)
x k x k 1
三、光栅衍射
f xk a
( 其它条纹线宽度)
1．光栅方程
· (a+b)sin = ± k k= 0, 1, 2, 3 · ·
r0 f 1 1.22f / D
② 爱里斑的半径
2．光学仪器的分辨率 显微镜的分辨率 ①鉴别距离：
D 1.22
1
2n sin ②数值孔径：N· = nsin A
③提高显微镜分辨率的方法： ※增大物镜的数值孔径 五、偏振光与自然光 1．偏振态 ①线偏振光 ※用短波长的光照射