多粒子的侧向散射光偏振性质分析
光的吸收、散射和色散基本概述
例2. 蜜蜂靠天空光的偏振性辨别方向（蜜蜂的眼睛中有对偏振 敏感的器官）
2) 纯净气体或液体的散射（分子散射）
分子热运动，引起密度起伏，形成非均匀的小 “区 域” ，发出次波，造成非相干迭加。
米— 德拜，廷德尔散射 ( d >λ/20 ). 散射光强与λ无关 白光散射,也可以为是衍射的结果. 例: 白云、雾、白烟.
偏振度： P I y - I x Iy + Ix
通常又用退偏度计算
1-P
五、散射光的强度
光沿x轴传播，在xoz平面观察: I y I0
o
y
x
q
z
q a IzI0si2nI0co 2 s 余弦定律
a IIy+IzI0(1+co 2 )s
Iy Iz ∴ I 是部分偏振光.
y
q
z
ax
c
当 a2时IIyI0 为线偏振光.
直线传播 机理：介质中的电子在光波电磁场作用下作受迫振动,消耗能量,
发射次波，由于介质的小范围的不均匀性.
r r(r)产生衍射（即散射）.
三、瑞利散射
分子散射的理论首先是由瑞利提出来的，瑞利认为由 于分子的热运动破坏了分子间固定的位置关系，使分 子所发出的次波不再相干，因而产生了旁向散射光。 是分子所发的次波，到达观察点没有固定的相位关系， 是不相干叠加。
I
I0e-AAc
la
- 与浓度无关的常数
.
a - 吸收系数. a
C - 溶液的浓度.
A - 与浓度无关的常数 .
a - 稀溶液 :a C
a
a
偏振原理及应用
3、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．
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．
3、产生上述现象的原因
1、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.
2、自然光通过第一个偏振片（叫做起偏器）之 后，只有振动方向跟偏振片的透振方向一致的 光波才能通过．也就是说，通过第一个偏振片 的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着 一个特定的方向振动．这种光叫做偏振光．
• 1汽车车灯 汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为 了避免双方车灯的眩目，司机都关闭大灯，只开 小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室的前 窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定 它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45 度角，那么，司机从前窗只能看到自已的车灯发 出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在 夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保 证安全行车。另外，在阳光充足的白天驾驶汽车， 从路面或周围建筑物的玻璃上反射过来的耀眼的 阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以 这些强烈的来自上空的散射光基本上是水平方向 振动的。因此，只需带一副只能透射竖直方向偏 振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
• 现在利用偏振片代替上面的带有狭缝的木板，来 做光学实验．
点击下图观看动画演示
• 当只有一块偏振片时，以 光的传播方向为轴旋转偏 振片，透射光的强度不 变．
研究光的偏振现象及其应用
CHAPTER 05
偏振现象在生物医学领域应 用
生物组织光学特性研究
偏振光在组织中的传播特性
研究偏振光在生物组织中的传播规律，了解组织对偏振光的吸收 、散射和透射等特性。
组织光学参数的测量
利用偏振光测量生物组织的光学参数，如折射率、散射系数、吸收 系数等，为生物医学研究和临床应用提供重要依据。
生物组织的微观结构研究
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偏振光定义
光波中只包含单一方向振动的光称为 偏振光。根据振动方向的不同，偏振 光可分为线偏振光、圆偏振光和椭圆 偏振光。
线偏振光
圆偏振光和椭圆偏振光
光矢量端点在空间描绘的轨迹呈圆形 或椭圆形的偏振光。
光矢量在空间的取向固定不变的偏振 光称为线偏振光。
偏振现象产生原因
反射和折射
当光线从一个介质传播到另一个 介质时，在反射和折射过程中， 光的振动方向可能会发生变化，
光源
提供实验所需的光线，可 以是自然光或人工光源， 如激光器等。
光电探测器
用于测量光的强度和偏振 状态，如光电二极管、光 电倍增管等。
实验步骤详解
准备实验器材
将偏振片、光源和光电探测器等实验 器材准备好，并按照实验要求摆放好 位置。
调整光源
打开光源，调整光源的位置和角度， 使得光线能够照射到偏振片上。
无机物晶体结构分析
X射线衍射法
利用偏振X射线与晶体相互作用产生的衍射现象， 分析晶体的晶格常数、原子间距等结构信息。
中子衍射法
通过偏振中子束与晶体相互作用，获得中子衍射 数据，进而推断出晶体的原子排列和键合情况。
电子衍射法
利用偏振电子束与晶体相互作用产生的衍射现象 ，分析晶体的微观结构和缺陷。
UN2000尿液全自动化流水线系统在尿液红细胞检测中的应用分析
·检验医学·在尿液红细胞检测中的应用分析纪凤卿厦门市中医院检验科，福建厦门 361009[摘要] 目的 探讨优化后的UN2000尿液全自动化流水线系统在尿液红细胞检测中的应用价值。
方法 随机选取厦门市中医院2020年5—6月537例住院及门诊患者新鲜尿液作为研究标本，采用UN2000尿液全自动化流水线系统和显微镜离心镜检两种检测方法同时检测，统计分析其检测尿液红细胞的阳性符合率、阴性符合率、总符合率，分析出现假阳性、假阴性的原因，同时采用Kappa分析相差显微镜法和UN2000尿液全自动化流水线系统在尿液红细胞形态学分类信息的一致性。
结果 UN2000尿液全自动化流水线系统和显微镜镜检法检测尿液红细胞，差异有统计学意义（P＜0.05）。
两种方法检测红细胞阳性符合率为61.45%，阴性符合率为35.57%，总符合率为97.02%。
显微镜检测尿液红细胞阳性率为61.82%；UN2000尿液全自动化流水线系统检测红细胞阳性率为64.06%，假阳性率为2.61%，假阴性率为0.37%。
相差显微镜法和UN2000尿液全自动化流水线系统在尿液红细胞形态学的混合性与均一性的信息方面符合率较好，分别为91.25%和95.10%，在红细胞形态学的多形性、未提示信息方面符合率较差，分别为78.57%和86.57%。
两种方法检测尿液红细胞形态学提示多形性、均一性、混合性、未提示红细胞信息分类一致性方面采用Kappa分析，Cohen's Kappa系数为0.835，P＜0.001，具有强一致性。
结论 UN2000尿液全自动化流水线系统可提高尿液红细胞检测的准确率，降低镜检率；运用UN2000尿液全自动化流水线系统检测尿液红细胞形态学信息分类与相差显微镜镜检法一致性强，与相差显微镜镜检相结合对尿液红细胞形态及其分型进行鉴别，有助于区分肾性和非肾性血尿患者，值得推广应用。
[关键词] U N2000尿液全自动化流水线系统；尿液红细胞；相差显微镜镜检；假阳性率；假阴性率；红细胞形态学；一致性[中图分类号] R446.12 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616（2021）05-0154-05Application analysis of UN2000 urine fully automated assembly line system in detection of urine erythrocyteJI FengqingDepartment of Clinical Laboratory, Xiamen Hospital of Traditional Chinese Medicine, Fujian, Xiamen 361009, China[Abstract] Objective To explore the application value of the optimized UN2000 urine fully automated assembly line system in the detection of urine erythrocyte. Methods A total of 537 inpatients and outpatients in Xiamen Hospital of Traditional Chinese Medicine from May to June 2020 were selected as research objects. UN2000 urine fullyautomated assembly line system and the microscopic examination were used for the detection of urine erythrocyte. The positive coincidence rate, negative coincidence rate and total coincidence rate of urine erythrocyte were statistically analyzed, and the causes of false positive and false negative were analyzed. The Kappa analysis was used to analyze the consistency of phase contrast microscope method and UN2000 urine fully automated assembly line system in morphological classification of urine erythrocyte. Results There was significant difference between UN2000 urine fully automated assembly line system and microscopic examination method in detecting urine erythrocyte (P＜0.05).The positive coincidence rate of the two methods was 61.45%, the negative coincidence rate was 35.57%, and the totalcoincidence rate was 97.02%. The positive rate of urine erythrocyte detected by microscope was 61.82%. The positiverate of erythrocyte detected by UN2000 urine fully automated assembly line system was 64.06%, the false positive ratewas 2.61%, and the false negative rate was 0.37%. The phase contrast microscopy and UN2000 urine fully automated assembly line system have good coincidence rates in Mixed and Isomorphic information of urine erythrocyte morphologywere 91.25% and 95.10%, respectively. The coincidence rate was poor in Dysmorphic and Non-classified information ofurine erythrocyte morphology were 78.57% and 86.57%, respectively. The morphology of urine red blood cells detectedby the two methods in the identification of Dysmorphic, Isomorphic, Mixed, and Non-classified. The Kappa analysis showed that the Cohen's kappa coefficient was 0.835, P＜0.001, which showed strong consistency. ConclusionUN2000 urine fully automated assembly line system can improve the accuracy of detection of urine erythrocyte andreduce the microscopic examination rate. The classification of urine erythrocyte morphological information detected by2021年3月第11卷第5期·检验医学·UN2000 urine fully automated assembly line system is consistent with phase contrast microscope. UN2000 urine fully automated assembly line system combined with phase contrast microscopy to identify urine erythrocyte morphological information and typing is helpful to distinguish patients with renal hematuria and non-renal hematuria. It is worthy of popularization and application.[Key words] UN2000 urine fully automated assembly line system; Urine erythrocyte; Phase contrast microscope; False positive rate; False negative rate; Erythrocyte morphology; ConsistencyUN2000尿液全自动化流水线系统包括UC3500尿干化学分析仪和UF5000尿沉渣分析仪两台检测仪器。
散射原理
散射原理透射光强为l l h K e I e I I α-+-==0)(0h ：散射系数 K ：吸收系数 α：衰减系数（实际测量中得到的）散射是指电磁波通过某些介质时，入射波中一部分能量偏离原来传播方向而以一定规律向其他方向发射的过程。
散射可以用电磁波理论和物质电子理论解释：入射的电场使粒子中的电荷产生振荡，振荡的电荷形成一个或多个电偶极子，它们辐射出次级的球面波，因为电荷的振荡与入射波同步，所以次级波与入射波有相同频率，且有固定的相位关系。
在大气散射过程中，散射粒子的尺度范围很大，从气体分子（约10-4μm ）到气溶胶（约 1μm ）、小水滴（约 10μm ）、冰晶（约 100μm ），以及大雨滴和雹粒（约 1cm ）。
通常以尺度数α = 2π/λ作为判别标准，其中r 为粒子半径，λ为波长。
按α的大小可以将散射过程分为三类：(1) α << 1，即 r < λ 时的散射，称为 Rayleigh 散射或分子散射；(2) 1< α < 50，即 r ≈ λ 时的散射，称为 Mie 散射或大颗粒散射；(3) α > 50，即 r>> λ 时的散射，属于几何光学散射范畴。
对于大气中的粒子（假设是各向同性的），散射光分布型式相应于入射光方向是三维空间对称的，依赖于尺度数 α，其典型情况如图 3.1 所示图3.1 三种尺度粒子的散射强度的角分布型式Rayleigh 散射和 Mie 散射的实质，都是大气分子或气溶胶粒子在入射电磁波作用下激发，而产生振动的电偶极子或多极子，并以粒子为中心向四周辐射出与入射波频率相同的散射波，都属于弹性散射。
瑞利散射瑞利散射解释了大气中气态分子的光学特性，根据瑞利的观点，天空的蓝色是由于大气中圆形、各项同性的、密度大于周围介质、且大小远远小于波长的粒子的散射造成的。
瑞利散射理论的提出是基于以下几个假设条件（1）粒子尺寸远远小于光的波长，一般 r ≤ 0.03λ时，就认为满足条件。
第六章光的色散吸收散射瑞利散射米氏散射光偏振性
米氏散射和瑞利散射的规律不同，它产生的散射与波长的 关系不大，几乎所有波长的光都含有，所以看起来是白色光。 也是是否看到蓝天白云的根本原因。也是人工降雨的理论基础。
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黄山风景山中的雾气实际上是悬浮在空气中的小液滴，是 一种很理想的散射源。由于液滴的尺寸比光波波长大得多，主 要是米氏散射，散射光呈白色。
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一幢大楼晚上楼顶上的几束强光刺破夜空，能看到这几 道光束，就是散射的作用。如果城市上空的空气不干净，悬 浮尘埃越多，散射就越强，光束就会显得很亮。反之，光束 就会显得很淡。如果晚上基本上看不到这几道光束了，也许 白天城市就会有蓝色的天空了。 思考：如果没有空气，天空又会是什么样的呢？
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4 散射光的偏振性
4
3 瑞利散射
把线度小于光的波长的微粒对入射光的散射， 称为瑞利散射（Rayleigh scattering）。 瑞利散射不改变原入射光的频率。 1 I散 4
瑞利散射时，由于蓝光波长较短，其散射强度就比波长 较长的红光强，因此散射光中蓝光的成份较多。
5
注意画面上的香火形成的烟雾呈现出一种浅蓝色这是由于 组成烟雾的碳粒子线度非常小，由这些烟雾产生的散射光符合 瑞利散射的条件，因此散射光中的蓝光成份比红光成份强得多。 我们平时所说的“袅袅青烟。”说是就是这种瑞利散射所产生 的现象。
§6.3 光的散射 问：天空为什么是蓝的？旭日和夕阳为什么是红 的，而中午的太阳看起来又是白的？云为什么是 白的？如果没有空气，天空又会是什么样的呢？
1 光的散射现象
当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看到光 的。但当光束通过不均匀的透明介质时，则从各个方向都 可以看到光，这是介质中的不均匀性使光线朝四面八方散 射的结果，这种现象称为光的散射。 例如，当一束太阳光从窗外射进室内时，我们从侧面 可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被空气中的灰尘散 射的缘故。
光的偏振现象及偏振光的应用
生物膜研究：偏振光可以用于研究生物膜的分子结构和运动，如细胞膜的通透性和流 动性。
生物传感器：偏振光可以用于开发新型生物传感器，如检测生物分子相互作用和生物 分子的浓度。
新型偏振材料的种类和特 性
新型偏振材料在光学器件 中的应用
镜片颜色：根据个人需求选择合适的镜片颜色，通常有棕色、灰色和绿色可供选择。
适应场景：根据使用场景选择适合的偏振太阳镜，如户外运动、钓鱼等。
适用人群：偏振 太阳镜适用于长 时间户外活动的 人群，如驾驶员、 钓鱼爱好者等。
适用环境：偏振 太阳镜在阳光强 烈的环境下能有 效地减少眩光和 反射光，提高视 觉舒适度。
自然光与偏振光区别：自然光中各个方向上的振动矢量强度相等，而偏振光中只有某一特定 方向上的振动矢量强度为最大
偏振光产生方式：通过偏振片、波片或双折射晶体等方式获得
自然光：无偏振现象，光波振 动方向随机
偏振光：光波振动方向单一， 具有偏振现象
部分偏振光：光波振动方向有 一定规律，但不是完全单一方 向
风力发电：通过偏振光技术 优化风能利用
太阳能电池：利用偏振光提 高光电转换效率
海洋能发电：利用偏振光技 术提高海洋能发电效率
核聚变能源：偏振光技术在 核聚变能源领域的应用前景
生物医学：利用偏振 光进行无损检测和诊 断，提高医学影像的 清晰度和准确性。
通信技术：利用偏振光 实现高速、大容量的数 据传输，提高通信系统 的性能和稳定性。
液晶显示：利用 偏振光实现图像 显示
3D电影：通过偏 振眼镜实现立体 视觉效果
太阳镜：利用偏 振片减少眩光， 保护眼睛
摄影镜头：偏振 滤镜用于消除反 光和眩光
光学基本原理总结
光学基本原理总结光学是研究光的传播、相互作用以及应用的科学。
它涉及光的产生、传播和探测，以及光与物质之间的相互作用。
光学基本原理是理解和解释光学现象的基础，以下是光学基本原理的总结。
1.光的波动性：光既可以被看作是粒子，也可以被看作是波动，这是光学的基本原理之一、根据光的波动性，光会在传播过程中产生干涉、衍射和偏振等现象。
2.光的射线模型：光的射线模型是光学理论中的重要概念。
根据光线的传播规律，我们可以利用光线的传播路径和特性来解释和预测光学现象。
3.等光时间原理：等光时间原理指出，光线在两点之间传播的时间是相等的。
基于这一原理，我们可以推导出光在反射、折射和透镜中的传播路径和规律。
4.光的反射和折射：光线射入界面时，一部分光线会被反射回去，而另一部分光线会发生折射。
根据光的波动性和射线模型，我们可以使用入射角和反射、折射定律来解释光的反射和折射现象。
5.光的干涉和衍射：光的干涉和衍射是光学中经常出现的现象。
干涉是指两束或多束光相遇时相互作用的现象，而衍射是指光通过一个缝隙或物体边缘时产生偏转和扩散的现象。
这些现象可以被用来分析光的波动性和解释特殊的光学现象。
6.光的偏振：光的偏振是指光波振动方向的特性。
光可以是不偏振的（自然光），也可以是偏振的（线偏振、圆偏振）。
根据光的偏振性质，我们可以利用偏振光来分析光的传播和相互作用过程。
7.光的散射：光在与物体相互作用时会发生散射现象。
散射可以是弹性散射，即光与物体相互作用后仍然保持能量和频率不变；也可以是非弹性散射，即光与物体相互作用后发生能量和频率的改变。
根据散射现象，我们可以使用散射光来探测和分析物质的性质和结构。
8.光的吸收和发射：当光与物质相互作用时，光会被物质吸收和发射。
光的吸收和发射是光学研究中的重要现象，它们与物质的能级结构和电磁辐射的相互作用有关。
通过研究光的吸收光谱和发射光谱，我们可以获得物质的信息，如元素、化学成分和分子结构等。
总的来说，以上是光学基本原理的一些主要内容。
实验十一_偏振现象的观察与分析
实验十一偏振现象的观察与分析光波是电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波．由于普通光源各原子分子发光的随机和无序性，光波电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，反应不出横波特点，这种光称为自然光．如果限制了某振动方向的光而使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，这种光称为偏振光．对于偏振现象的研究在光学发展史中有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了更透彻的认识，本实验将对光偏振的基本性质进行观察、分析和研究．·实验目的1.观察光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，学会确定偏振片的透振方向，验证马吕斯定律；2．用反射起偏法测量平面玻璃的布儒斯特角，求得玻璃的折射率；3．了解λ/4波片、λ/2波片的工作原理和作用（任选其中部分内容）；·实验仪器光具座，He—Ne激光器，光点检流计，光电转换装置，GPS-Ⅱ型偏振光实验仪（包括偏振片×2，λ/4波片×2，λ/2波片×2，背面涂黑的玻璃片及刻度支架，小孔光阑，白屏）．图1 实验仪器（重拍）偏振片及刻度旋转装置：由直径为2cm的偏振片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是偏振片的透振方向．波片及刻度旋转装置：由直径为2cm的波片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是波片的快轴或慢轴的位置．·实验原理从自然光获得偏振光的办法有3种，即利用二向色性的材料制作的偏振片；利用晶体的双折射性质做成的偏振棱镜；利用光学各向同性的两介质分界面上的反射和折射．本实验中所用的偏振片是利用二向色性的材料制作的．一、起偏、检偏与马吕斯定律将自然光变成偏振光的过程称为起偏，检查偏振光的装置称为检偏．按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：20cos I I θ= （12-1）式中I 0为入射线偏光的光强，θ为入射光偏振方向与检偏器透振轴之间的夹角．显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强度最大；当θ=090时，透射光强度最小（消光状态）；当00<θ<090时，透射光强度介于最大值和最小之间．因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态．实验中让入射光共轴依次通过两个偏振片，旋转检偏器，读出不同θ角下出射光的强度，验证马吕斯定律．二、布儒斯特定律和反射光的偏振当自然光在空气中以某角度入射至折射率为n 的透明介质表面时，若反射线与折射线垂直，则其反射光为完全的线偏振光，振动方向垂直于入射面；而透射光为部分偏振光．此规律称为布儒斯特定律，入射角称为布儒斯特角，如图11-2所示．arctgn i b = （12-2）实验中可通过用振动方向垂直于入射面的线偏光入射，再用检偏器检查反射光是否消光来确定布儒斯特角，求出玻璃材料的折射率n.图11-2 布儒斯特定律示意图三、λ/4波片与λ/2波片波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴．当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o 光与e 光．o 光电矢量垂直于光轴；e 光电矢量平行于光轴．而o 光和e 光的传播方向不变，仍都与表面垂直．但o 光在晶体内的速度为0v ，e 光的为e v ，即相应的折射率0n 、e n 不同．设晶片的厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差()r n n e o -=∆λπϕ2 （12-3）()l n n e -=0λπσ （12-4）式中λ为光波在真空中的波长．πσk 2=的晶片，称为全波片；ππσ±=k 2的称为半波片（λ/2波片）；22ππσ±=k 为λ/4片，上面的k 都是任意整数．不论全波片，半波片或λ/4片都是对一定波长而言．在直角坐标系下，以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴，则沿任意方向振动的平行光，正入射到波片的表面后，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量．透过晶片，二者间产生一附加位相差σ，离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于σ及入射光的性质．1.偏振态不变的情形：（1）自然光通过任何波片，仍为自然光；（2）若入射光为线偏振光，其电矢量E 平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都不起作用，出射光仍为原来的线偏振光．2.λ/2波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但与光轴成负θ角．即线偏振光经λ/2片电矢量振动方向转过了2θ角．（2）若入射光为椭圆偏振光，则经λ/2玻片后，既改变椭圆长（短）轴的取向，也改变椭圆的旋转方向；若入射光为圆偏振光，出射的只是改变了旋转方向的圆偏振光．3.λ/4波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，当θ角为450时，经λ/4波片后的出射光为圆偏振光，其余情况下为椭圆偏振光；（2）若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光；（3）若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光，（详见利萨如图11-3）．π2图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图·实验内容与步骤1．定偏振片光轴：把两个偏振片插入光具座，接入光电转换装置及光点检流计，调至共轴．旋转第二个偏振片，使光屏显示消光，此即表示起偏器的透振轴与检偏器的透振轴相互垂直．再从θ=00开始到900每隔100读一个光电流值，用坐标纸作图验证（12-1）式马吕斯定律．2．测量玻璃板的布儒斯特角，求得玻璃的折射率：在上述1的基础上，撤掉检偏器，将装有底座的待测玻璃片插入光具座，共轴调节后，使玻璃板的法线方向与入射光线重合，记录指针的位置．旋转玻璃片所在的平面，用白板跟踪接收反射光．当入射角在某个特定角附近，仔细旋转起偏器，观察接收屏上光强变化，当光强最小时固定起偏器，再微旋玻璃片的方位，找到光强最弱位置；重复上述调整至消光，此时读出光线对玻璃片的入射角即为玻璃板的布儒斯特角；测量5次，根据（12-2）式计算玻璃的折射率．且与标称值作比较，计算标准偏差．3．考察平面偏振光通过λ/2、λ/4波片时的现象：（选做）（1）在两块偏振片之间插入λ/2波片，旋转检偏器一周，观察消光的次数并解释这现象．（2）将λ/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏．把检偏器转动一周，观察发生的现象并作出解释．（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入λ/2波片，使消光，再将转150，破坏其消光．转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动的角度．（4）继续将λ/2波片转150（即总转动角为30度），记录检偏器达到消光所转总角度．依次使λ/2波片总转角为450，600，750，900，分别记录检偏器消光时所转过的角度．（5）使起偏器和检偏器正交，中间插入λ/4波片，转动λ/4波片使消光．再将λ/4波片转动150，300，450，600，读出相应的光电流，并分析这时从λ/4波片出来光的偏振状态．·实验数据测量1.马吕斯定律的验证0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°I2.布儒斯特角度的测定次序 1 2 3 4 5 6 平均入射光方向出射光方向布儒斯特角3.平面偏振光通过λ/2波片时的现象半波片转动角度15°30°45°60°75°90°检偏器转动角度4.平面偏振光通过λ/4波片时的现象λ/4波片转动的角度检偏器转动360度观察到的现象光的偏振性质15°30°45°60°75°90°·实验注意事项1．仔细阅读偏振光实验指导及操作说明书，操作中注意首先做“消除暗电流记录”的测试前准备；每步实验前在光具座上用小孔屏调整光路共轴；2．检测光电流时必须确认表针基本停稳后才可以读数（或指针波动大时估读中间值）．·历史渊源与应用前景偏振光最普遍的来源之一是自然光经电介质表面反射这个无所不在的物理过程．人类生活中来自玻璃、水面等所有表面的反射光和散射光，一般都是部分偏振光．这个规律是马吕斯在1808年开始研究的．巴黎科学院悬赏征求双折射的数学理论，马吕斯就着手研究这个问题．一天傍晚，他站在家中的窗户旁边研究方解石晶体．当时夕阳西照，夕阳从离他家不远的卢森堡宫的窗户上反射到他这里来．他拿起了方解石晶体，通过它观察反射来的太阳的像．使他感到意外的是当转动方解石晶体时，双像中的一个像消失了．太阳下山之后，夜里他继续观察从水面上和玻璃面上反射回来的烛光来核实他的实验．≈56°时消光效果最显著．但在近用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP掠入射时，两个像都很明亮，无论怎样转动晶体，哪个像都不会消失．马吕斯显然很幸运，站在对着宫殿窗户的一个恰当的角度上．致使他发现了偏振光的规律．普通非晶体材料受到应力时变成各向异性，有双折射．用偏振光的干涉条纹分布的疏密和走向来确定材料的内应力大小．电光开关是指电场使某些各向透明的介质变为各向异性，使光产生双折射，称kerr effect，用电信号控制光信号．光电偏振研究在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件、晶体性质研究和实验应力分析等技术中有广泛的应用．·与中学物理的衔接中学物理课标对偏振及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉、衍射、偏振现象以及在生活、生产中的应用；2.用偏振片观察玻璃面反射光、天空散射光的偏振现象；3.用偏振片鉴别普通玻璃和天然水晶，探究这种技术的物理原理．·自主学习本实验的构思亮点：因为不加布儒斯特窗的半导体激光器发出的光其振动方向与自然光相似，细光束的传播方向集中，使实验操作极大简化，物理思路更加清晰；光具座上可供选择的内容开放，可增加学生的动手动脑兴趣．（零点测量法）操作难点：微电流读数受环境和仪器的影响因素较多，难以准确读数，偏振元件旋转角度最小分度1°，组装粗糙，影响了测量精度．1.本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源的波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？2.在确定起偏角时，若找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因．3 .三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么元件？若能，试写出分析步骤．4. 在透振方向互相垂直的起偏和检偏两片偏振片中插入1/2波片，使光轴和起偏器的透振方向平行，那么透过检偏器的光是亮还是暗？为什么？将检偏器旋转90度，透出的光亮暗是否变化？5.波片加工精度和激光波长漂移会对1/4波片产生的光程差带来误差．试根据波片对线偏振光产生的位相差和光程差公式，对波片厚度和激光波长作一个半定量的估计一般以1/2波长为限．6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？关注检流计的量程并做适当调节．按要求处理实验数据，完成实验报告．7.本实验还有哪些操作难点？针对操作难点，摸索并掌握正确的调节的方法．·实验探究与设计尝试设计实验，探究圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法，并完成实验．。
光的偏振实验
通过特定的光学器件（如偏振片、反射面等）可以使自然光转变为 偏振光。
偏振光的检测
利用偏振片或特定的光学系统可以检测光的偏振状态，如旋转偏振片 等。
偏振光在实际应用中的拓展
液晶显示器
液晶显示器利用偏振光和液晶 分子的旋光性来调制光的透过
率，实现图像显示。
光学仪器
在显微镜、望远镜等光学仪器 中，利用偏振光可以减少反射 光的干扰，提高成像质量。
光学仪器
在显微镜、望远镜等光学 仪器中，利用偏振光的特 性，可以减少或消除杂散 光对成像质量的影响。
光学通信
在光纤通信中，利用偏振 光的调制和解调技术，可 以实现高速、大容量的信 息传输。
实验目的和意义
探究光的偏振现象及其规律
通过实验观察和测量不同条件下光的偏振现象，可以深入理解光的 波动性质以及光与物质相互作用的基本原理。
偏振光的分类
根据光矢量在传播过程中变化规 律的不同，偏振光可分为线偏振
光、椭圆偏振光和圆偏振光。
偏振光的产生
自然光经过反射或折射后，可产 生偏振光。例如，当自然光以特 定角度（布儒斯特角）入射到透 明介质表面时，反射光和折射光
均为偏振光。
偏振光的应用
01
02
03
液晶显示器
利用偏振光的原理，通过 控制液晶分子的排列方向 ，从而改变光的透过率， 实现图像的显示。
4. 通过旋转装置调整偏振片的角度，重 复步骤3，以获得不同角度下的光信号强 度数据。
2. 打开光源，调整光源的亮度和波长， 以获得清晰的实验现象。
3. 将偏振片置于光源和探测器之间，调 整偏振片的角度，观察并记录探测器接 收到的光信号强度变化。
注意事项
在实验过程中要保持光源 的稳定性，避免光源的闪 烁或漂移对实验结果产生 影响。
实验十一-偏振现象的观察与分析
实验十一偏振现象的观察与分析光波是电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波．由于普通光源各原子分子发光的随机和无序性，光波电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，反应不出横波特点，这种光称为自然光．如果限制了某振动方向的光而使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，这种光称为偏振光．对于偏振现象的研究在光学发展史中有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了更透彻的认识，本实验将对光偏振的基本性质进行观察、分析和研究．·实验目的1.观察光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，学会确定偏振片的透振方向，验证马吕斯定律；2．用反射起偏法测量平面玻璃的布儒斯特角，求得玻璃的折射率；3．了解λ/4波片、λ/2波片的工作原理和作用（任选其中部分内容）；·实验仪器光具座，He—Ne激光器，光点检流计，光电转换装置，GPS-Ⅱ型偏振光实验仪（包括偏振片×2，λ/4波片×2，λ/2波片×2，背面涂黑的玻璃片及刻度支架，小孔光阑，白屏）．图1 实验仪器（重拍）偏振片及刻度旋转装置：由直径为2cm的偏振片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是偏振片的透振方向．波片及刻度旋转装置：由直径为2cm的波片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是波片的快轴或慢轴的位置．·实验原理从自然光获得偏振光的办法有3种，即利用二向色性的材料制作的偏振片；利用晶体的双折射性质做成的偏振棱镜；利用光学各向同性的两介质分界面上的反射和折射．本实验中所用的偏振片是利用二向色性的材料制作的．一、起偏、检偏与马吕斯定律将自然光变成偏振光的过程称为起偏，检查偏振光的装置称为检偏．按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：20cos I I θ= （12-1）式中I 0为入射线偏光的光强，θ为入射光偏振方向与检偏器透振轴之间的夹角．显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强度最大；当θ=090时，透射光强度最小（消光状态）；当00<θ<090时，透射光强度介于最大值和最小之间．因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态．实验中让入射光共轴依次通过两个偏振片，旋转检偏器，读出不同θ角下出射光的强度，验证马吕斯定律．二、布儒斯特定律和反射光的偏振当自然光在空气中以某角度入射至折射率为n 的透明介质表面时，若反射线与折射线垂直，则其反射光为完全的线偏振光，振动方向垂直于入射面；而透射光为部分偏振光．此规律称为布儒斯特定律，入射角称为布儒斯特角，如图11-2所示．arctgn i b = （12-2）实验中可通过用振动方向垂直于入射面的线偏光入射，再用检偏器检查反射光是否消光来确定布儒斯特角，求出玻璃材料的折射率n.图11-2 布儒斯特定律示意图三、λ/4波片与λ/2波片波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴．当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o 光与e 光．o 光电矢量垂直于光轴；e 光电矢量平行于光轴．而o 光和e 光的传播方向不变，仍都与表面垂直．但o 光在晶体内的速度为0v ，e 光的为e v ，即相应的折射率0n 、e n 不同．设晶片的厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差()r n n e o -=∆λπϕ2 （12-3）()l n n e -=0λπσ （12-4）式中λ为光波在真空中的波长．πσk 2=的晶片，称为全波片；ππσ±=k 2的称为半波片（λ/2波片）；22ππσ±=k 为λ/4片，上面的k 都是任意整数．不论全波片，半波片或λ/4片都是对一定波长而言．在直角坐标系下，以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴，则沿任意方向振动的平行光，正入射到波片的表面后，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量．透过晶片，二者间产生一附加位相差σ，离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于σ及入射光的性质．1.偏振态不变的情形：（1）自然光通过任何波片，仍为自然光；（2）若入射光为线偏振光，其电矢量E 平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都不起作用，出射光仍为原来的线偏振光．2.λ/2波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但与光轴成负θ角．即线偏振光经λ/2片电矢量振动方向转过了2θ角．（2）若入射光为椭圆偏振光，则经λ/2玻片后，既改变椭圆长（短）轴的取向，也改变椭圆的旋转方向；若入射光为圆偏振光，出射的只是改变了旋转方向的圆偏振光．3.λ/4波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，当θ角为450时，经λ/4波片后的出射光为圆偏振光，其余情况下为椭圆偏振光；（2）若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光；（3）若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光，（详见利萨如图11-3）．π2图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图·实验内容与步骤1．定偏振片光轴：把两个偏振片插入光具座，接入光电转换装置及光点检流计，调至共轴．旋转第二个偏振片，使光屏显示消光，此即表示起偏器的透振轴与检偏器的透振轴相互垂直．再从θ=00开始到900每隔100读一个光电流值，用坐标纸作图验证（12-1）式马吕斯定律．2．测量玻璃板的布儒斯特角，求得玻璃的折射率：在上述1的基础上，撤掉检偏器，将装有底座的待测玻璃片插入光具座，共轴调节后，使玻璃板的法线方向与入射光线重合，记录指针的位置．旋转玻璃片所在的平面，用白板跟踪接收反射光．当入射角在某个特定角附近，仔细旋转起偏器，观察接收屏上光强变化，当光强最小时固定起偏器，再微旋玻璃片的方位，找到光强最弱位置；重复上述调整至消光，此时读出光线对玻璃片的入射角即为玻璃板的布儒斯特角；测量5次，根据（12-2）式计算玻璃的折射率．且与标称值作比较，计算标准偏差．3．考察平面偏振光通过λ/2、λ/4波片时的现象：（选做）（1）在两块偏振片之间插入λ/2波片，旋转检偏器一周，观察消光的次数并解释这现象．（2）将λ/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏．把检偏器转动一周，观察发生的现象并作出解释．（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入λ/2波片，使消光，再将转150，破坏其消光．转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动的角度．（4）继续将λ/2波片转150（即总转动角为30度），记录检偏器达到消光所转总角度．依次使λ/2波片总转角为450，600，750，900，分别记录检偏器消光时所转过的角度．（5）使起偏器和检偏器正交，中间插入λ/4波片，转动λ/4波片使消光．再将λ/4波片转动150，300，450，600，读出相应的光电流，并分析这时从λ/4波片出来光的偏振状态．3.平面偏振光通过λ/2波片时的现象4.平面偏振光通过λ/4波片时的现象1．仔细阅读偏振光实验指导及操作说明书，操作中注意首先做“消除暗电流记录”的测试前准备；每步实验前在光具座上用小孔屏调整光路共轴；2．检测光电流时必须确认表针基本停稳后才可以读数（或指针波动大时估读中间值）．偏振光最普遍的来源之一是自然光经电介质表面反射这个无所不在的物理过程．人类生活中来自玻璃、水面等所有表面的反射光和散射光，一般都是部分偏振光．这个规律是马吕斯在1808年开始研究的．巴黎科学院悬赏征求双折射的数学理论，马吕斯就着手研究这个问题．一天傍晚，他站在家中的窗户旁边研究方解石晶体．当时夕阳西照，夕阳从离他家不远的卢森堡宫的窗户上反射到他这里来．他拿起了方解石晶体，通过它观察反射来的太阳的像．使他感到意外的是当转动方解石晶体时，双像中的一个像消失了．太阳下山之后，夜里他继续观察从水面上和玻璃面上反射回来的烛光来核实他的实验．≈56°时消光效果最显著．但在近用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP掠入射时，两个像都很明亮，无论怎样转动晶体，哪个像都不会消失．马吕斯显然很幸运，站在对着宫殿窗户的一个恰当的角度上．致使他发现了偏振光的规律．普通非晶体材料受到应力时变成各向异性，有双折射．用偏振光的干涉条纹分布的疏密和走向来确定材料的内应力大小．电光开关是指电场使某些各向透明的介质变为各向异性，使光产生双折射，称kerr effect，用电信号控制光信号．光电偏振研究在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件、晶体性质研究和实验应力分析等技术中有广泛的应用．中学物理课标对偏振及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉、衍射、偏振现象以及在生活、生产中的应用；2.用偏振片观察玻璃面反射光、天空散射光的偏振现象；3.用偏振片鉴别普通玻璃和天然水晶，探究这种技术的物理原理．本实验的构思亮点：因为不加布儒斯特窗的半导体激光器发出的光其振动方向与自然光相似，细光束的传播方向集中，使实验操作极大简化，物理思路更加清晰；光具座上可供选择的内容开放，可增加学生的动手动脑兴趣．（零点测量法）操作难点：微电流读数受环境和仪器的影响因素较多，难以准确读数，偏振元件旋转角度最小分度1°，组装粗糙，影响了测量精度．1.本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源的波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？2.在确定起偏角时，若找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因．3 .三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么元件？若能，试写出分析步骤．4. 在透振方向互相垂直的起偏和检偏两片偏振片中插入1/2波片，使光轴和起偏器的透振方向平行，那么透过检偏器的光是亮还是暗？为什么？将检偏器旋转90度，透出的光亮暗是否变化？5.波片加工精度和激光波长漂移会对1/4波片产生的光程差带来误差．试根据波片对线偏振光产生的位相差和光程差公式，对波片厚度和激光波长作一个半定量的估计一般以1/2波长为限．6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？关注检流计的量程并做适当调节．按要求处理实验数据，完成实验报告．7.本实验还有哪些操作难点？针对操作难点，摸索并掌握正确的调节的方法．尝试设计实验，探究圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法，并完成实验．。
光的偏振
13.1 偏振光的描述 13.2各向异性介质中的光波传播特性 13.3 偏振器件 13.4偏振光的干涉
1
13.1 偏振光的描述
一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light） 1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、
no ne arcsin n0 ne tg
36
2.洛匈棱镜（Rochon prism）
材料：石英（正晶体）
ne no
37
二、波片（ Wave plate,相位延迟器 ）
它的作用是：
使两个振动方向相互垂直的光产生位相(phase)延迟。
制作：用单轴透明晶体做成的平行平板，光轴与表 面平行。
光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互 垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射 光，这种现象称为双折射 (Double Refraction)。
16
17
2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光）
两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻 常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称 为非寻常光（e光）。
向上强度不等，使某一方向上的振动 比其它方向上的振动占优势。
偏振度：
P I P I max I min I总 I max I min
自然光
部分偏振光
Natural light Partial polarized light
8
二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
长柱状气溶胶粒子的光散射特性
没 有解 析解 ， 通常借 助数值 解 或 近似 解来 完 成 。近些 年 ， 了满足 气 象探 测 、 候研 究 、 为 气 大气 辐射 和遥 感 等领域
45入射时犐tm11犐te22振荡剧烈散射角的微小11犐te22均出现了一个非严格对称的极大值区犐te22还在8011犐te22的前向尖锐峰主要源于粒子衍射一阶透射光是其后下陷区11犐te22均整体锐减散射强度分布大为简化极小值均出11犐te22的振荡峰数量均减少到270121强激光与粒子束第20卷个尖拱形极大值区消失犐tm剩11个犐tm小角度入射衍射带来的前向尖峰较为显著随着入射角的增大散射强度的振荡逐渐缓和减小总体趋于对11总体上单调减小犐te22则较早体现出对称趋势
一
，
且 其 形状 只用 纵横 比一 个 因子 就 可表 示清 楚 ， 单个 长 柱状 颗 粒 的光 散 射特 性 与其影 响 因素 的关 系 尚未见 但
详 细报 道 。由于对 冰 晶粒子 光 散射 特性 的精确 了解 尚很 困难 ， 给传 输 特 性 的 了解带 来 了很 大 的不 确 定 性 。本
对 散射 信息 的需 求 ， 展 和改进 了多种 研 究 非球 形粒 子散 射 特 性 的 方 法 ［ 。Ｙａ ｇ和 Ｌ ｏ 发 ５ ］ ｎ ｉｕ运用 有 限 时 域 差分 法（Ｄ Ｆ ＴＤ） 求解 了大气 中非球 形 粒 子 的 散射 和偏 振 性 质 ［ 。Ｍｉ ｅ ｅ ｋ ６ ］ ｓ ｈ ｎ ｏ改 进 了 Ｗａｅｍａ ｈ ｔｒ ｎ提 出 的 Ｔ矩 阵方
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第 ２ Ｏ卷第 ７期 ２０ ０ ８年 ７月
气溶胶散射光偏振度特性的理论研究
（ ｌ ｔ ｎｃａ ｄＩｆ￣ ａｏ ｎ ｉｅｒ ｇＢ ｉａｇ Ｕｎｖｒｉ ， ｉｎ ０ ０ ３Ｃ ｉａ Ｅｅ ｒ ｉ ｎ ｎｏ ｆ ｎ Ｅ ｇｎｅｉ ，ｅ ｎ ｉ ｅｓｙＢｅ ｉｇ １０ ８ ，ｈｎ ） ｃｏ ｉ ｎ ｈ ｔ ｊ
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｔｈ ｌｒ ａｉｎ ｅ ｒｅ ｆ ｔｅ ｓａｔｒｄ ｉｈ ａ ａｔ ｕａ ａ ｉｔ ｉ ｔｅ ｄ ｔｃ ｏ ｏ ｅ Ｐｏａｉ ｔ ｄ ｇ ｅ ｏ ｈ ｃ ｔ ｅ ｌ ｔ ｈ ｓ ｐ ｒ ｃ ｌ ｚ ｏ ｅ ｇ ｉ ｒ ｂｌ） ｎ ｈ ｅｅ ｔ ｎ ｆ ｉ， ｉ
０ 引 言
介 质散 射 光 的偏 振 特 性 能 有 效 检 测 出 散射 介 质 的浓 度变 化 、 成分 、 散状 态等 目标特 性 ， 大气 气溶 扩 在 胶、 大气 污染 物 、 有害 气体 、 流 污染 物 的遥 感探 测 中 河 有 重要 的应 用价值 。近 年 ， 际上 有关 偏振 激 光雷 达 国 探 测大 气 的研究 有 了很大 发展 ｕ １ ～。目前 ， 大气 质量 日 益 恶 化 ， 流 污 染 日益 严 重 ， 效 控 制 污 染 、 护 环 河 有 保
光 偏 振 度 研 究 大 气遥 感提 供 了新 途 径 。 关 键 词 ： 射 光 ； 偏 振 度 ； Ｍｕ ｌ ｒ矩 阵 ； 浓 度 散 ｅｌ ｅ
中 图 分 类 号 ：Ｔ ２ ８１ Ｎ ４．
文献 标识 码 ： Ａ
文 章 编 号 ：０ ７ ２ ７ （０ ７０ — ８ ２ ０ １０ — ２ ６２ ０ ）６ ０６ — ４
ｒ ｍ ｏ ｓ ｎ ｉ ｇ ｏ ｅ ｅ ｏ ｏ ａ ｄ ｏ ｌ ｔｎ ｇ ｓ Ｂｙ ａｃ ｌｔｎ ｅ ｅ ￣ ｅ ｓｎ ｆ ｒ ｔ ａ ｒ ｓ ｌ ｎ ｐ ｌｕａ ｔ ａ ． ｈ ｃ ｌｕ ａｉ ｇ ｔ Ｍ ｕ ｌ ｒ ｍ ａ ｘ ｎ ｄ ｈ ｅ ｏ ｌｒｚ ｔｏ ｈ ｅｌ ｅ ｒ ａ ｔ ｐ ａｉ ａ ｎ ｉ ｄ ｇ ｅ ，ｔ ｅ ｅ ｅ ｔ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｅ ｔａ ｏ ｆ ｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｅ ｅ ｕ ｎ ｔ ｅ ｐ ｌｒｚ ｔ ｎ ｄ ｇ ｅ ｅ ｓｕ ｉ ｄ ｗｈ ｎ ｅ ｅ ｈ ｆ ｃ ｓ ｏ ｏ ｃ ｎ ｒ ｔ ｎ ｏ ｃ ｔ ｒ ｄ ｍ ￣ ｍ ｏ ａ ｉａ ｏ ｅ ｒ ｈ ｉ ｈ ｈ ｏ ｉ ｒ ｅ ａ ｔ ｄｅ ｅ ｒ ｈ ｃ ｔ ｒ ｄ ｌ ｈ ｔ８ ６ ｎｌ ｅ ｉｆａ ｄ ｔｅ ｓａ ｅ ｅ ｇ ｔａ ０ ｌｌｎ ａ ｎ ｒ ｅ ．Ｔｈ ｅ ａ ｏ ｓ ｉ ｆｐ ｌｒｚ ｔ ｎ ｄ ｇ ｅ ｆｔ ｅ ｓ ａ ｅ ｅ ｇ ｔａ ｄ ｉ ｒ ｒ ｅ ｒ ｌｔ ｎ ｈ ｐ ｏ ａｉ ａ ｏ ｅ ｅ ｏ ｃ ｔ ｒｄ ｌ ｈ ｉ ｏ ｉ ｒ ｈ ｉ ｎ ｐ ｒｉ ｌ ｂ ａ ａ ｔ ｅ ｅ ｍ ｎ ｍ ｅ ｉａ ｄ ｎ ｉ ｏ ｓ ａ ｅ ｅ ｍ ｅ ｍ ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｄ． Ｂａ ｅ ｏ ｔ ｅ ｅ ｕｔ ｔ ｅ ｏ ｌｒｚ ｔｏ ｃ ｕ ｒｃ ｌ ｅ ｓｔ ｙ ｆ ｃ ｔ ｒｄ ￣ｕ ｓ ｒｓｎｅ ｓ ｄ ｎ ｈ ｒ ｓ ｌ， ｈ ｐ ａ ｉａ ｎ ｉ
光的偏振与反射实验
反射
入射角与反射角
入射光线与法线的夹角叫做入射角； 反射光线与法线的夹角叫做反射角。
光在两种物质分界面上改变传播方向 又返回原来物质中的现象，叫做光的 反射。
实验原理及公式推导
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后的光强变化规律，公式为I=I0cos2θ，其中I0为入射光强，θ 为入射线偏振光的光矢量振动方向与检偏器透振方向之间的夹角。
采用高精度测量设备
使用高精度的测量设备，如高精度角度计、光电探测器等，可以 提高实验结果的测量精度。
控制实验环境条件
保持实验环境温度、湿度等参数的稳定，可以减小环境因素对实 验结果的影响。
05
偏振光在现实生活中的应用
液晶显示器原理简介
液晶显示原理
利用液晶分子的旋转来控制偏振 光的透过与阻挡，从而实现图像 的显示。
菲涅尔公式
描述光在两种介质分界面上反射和折射时振幅和相位的变化规律，包括反射系数和透射系 数的计算公式。
反射定律和折射定律
反射定律指出反射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，且反射角等于入射角；折射 定律则指出折射光线位于入射光线和法线所决定的平面内，且折射角与入射角满足一定的 关系（如斯涅尔定律）。
将反射定律和折射定律应用于更广泛的领域，如生物医学、材料科学等，探索其在这些 领域中的潜在应用。
探索新的起偏方法和器件
研究新的起偏方法和器件，以提高起偏效率和性能，为实际应用提供更好的技术支持。
谢谢您的聆听
THANKS
实验数据。
02
在实验过程中保持各器 件稳定，避免不必要的
振动和干扰。
04
03
数据采集与处理
数据采集方法
01
02
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。
光的散射现象
光的散射在光学性质均匀的介质中或两种折射率不同的均匀介质的界面上，无论光的直射、反射或折射，都仅限于在给定的一些方向上。
而在其余方面向光强则等于零，例如我们沿光束的侧向进行观察就应当看不到光，但当光束通过光学性质不均匀的物质时，从侧向却可以看到光，这个现象叫做光的散射。
散射会使光在原来传播方向上的光强减弱，它遵从下列指数规律()l l e I e I I s a ααα-+-==00式中a a 是吸收系数，s a 是散射系数，其两者之和α称为衰减系数，它表征光通过介质时因介质的吸收和散射的共同作用而使光强减弱的程度。
一、非均匀介质中的散射光学性质的不均匀可能是由于均匀物质中散布着折射率与它不同的其它物质的大量微粒；也可能是由物质本射的组成部分（粒子）的不规则的聚集所造成，例如尘埃、烟（空气中散布着的固态微粒）、雾（空气中散布着的液态微滴）、悬浮液（液体中悬浮着的固态微粒）、乳状液（一种液体中悬浮着另一种液体而不能相互溶解）以及毛玻璃等。
这种浑浊物质的特征是：这些杂质微粒的线度一般说来比光的波长小，它们相互之间的距离比波长大，而且排列得毫无规则，因此，它们在光作用下的振动彼此间就没有固定的位相关系，在任何观察点所看到的总是它们所发出的次级辐射的不相干叠加，到处不会相消，从而形成了散射光。
二、散射和反射、漫射和衍射现象的区别光的散射现象之所以区别于直射，反射和折射现象，主要在于“次波”发射中心排列的不同：散射时是无规则的；而在直射、反射和折射时是有规则的，且物体的线度远大于波长，不过应当注意，所谓规则，实际上仅有相对的意义，是相对于光的波长而言的，以反射为例：反射定律仅在介质界面是理想光滑平面（镜面）的条件下方才适用，但任何物质的表面永远不可能是几何平面，而且由于分子的热运动，这表面还在不断地变化着，在一定的入射光波长范围内，只要界面上每一个不规则区域都非常小，即任何“凹”“凸”部分的线度都远小于光的波长，就可以认为是理想的光滑平面，天文学上曾应用射电天文方法，将一束波长在1mm 范围以内的无线电波，从一个强大的雷达设备发往月球，然后在地面上接收从月球表面某一部分反射回来的电波，这时，可以发现反射波的方向严格遵从反射定律，这说明月球表面的这些部分对无线电波说来象镜子一样光滑平整，然而从望远镜中观察（由太阳反射的可见光），则看到在月球表面部分是很粗糙的，说明月球表面在该处凹凸不平的线度最大不超过1 。
光的偏振与散射：偏振光与光的散射现象
偏振光与散射的 应用：在光学仪 器、激光技术、 光纤通信等领域 有广泛应用
5
光的偏振与散射的实际应用
光学成像技术中的应用
偏振片：用于调整光的偏振状态，提高图像质量 偏振光栅：用于分离不同偏振方向的光，实现彩色显示 偏振镜：用于调整光的偏振方向，改善光学系统的性能 散射光：用于测量物体的形状、大小和表面粗糙度，实现无损检测
振状态与入射光的偏振状态有关
a. 散射光的强度与入射光的功率成正比 b. 散射光的偏振状态与入射光的偏振状态有关
4
光的偏振与散射的关系
偏振光与散射现象的联系
偏振光对散射现象的影响
偏振光可以改 变散射光的偏
振状态
偏振光可以影 响散射光的强
度和方向
偏振光可以改 变散射光的相
位和频率
偏振光可以影 响散射光的颜
光学测量技术：用于测量物体的三维形状和表面粗糙度，如光学三维测量 仪 光学测量在生物医学中的应用：用于测量细胞的大小、形状和分布，如荧 光偏振测量技术
光学仪器中的应用
散射仪：用于测量光的散射 特性，如激光散射仪、尘埃 粒子计数器等
偏振片：用于调整光的偏振 状态，如偏光显微镜、偏振 相机等
偏振光栅：用于分离不同偏 振方向的光，如光谱仪、光
实验结论：光的散射现 象与光的偏振状态和入
射光的功率有关。
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实验器材：激光器、偏振 片、散射片、探测器等
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实验结果： a. 散射光的强度与入 射光的功率成正比 b. 散射光的偏
散射对偏振光的影响程度：散射 对偏振光的影响程度与散射介质 的性质、散射角度和波长等因素 有关。