光的偏振.
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光的偏振
偏振现象的应用
立体电影的录制和放映
1、纵波不可能产生的现象（ A ）
A.偏振现象
B.反射现象
C.折射现象
D.折射线线
2、如图所示，让太阳光先后通过两个偏振片P和Q，当 P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪个度数时， 透射光最弱（ D ） A.0° B.30° C.60° D.90°
自然光 P
Q
3、如图所示，P是一偏振片，P的振动方向（用带有箭 头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束 中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光
13.6 光的偏振
横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直 纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上
横波
纵波
偏振
纵波不能产生偏振现象
自然光
亮
自然光
暗
光能发生偏振现象，是横波自然光 自然光 自然光亮度无变化 亮度无变化
自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向 的振动，并且沿着各个方向振动的光波强度都相 同
偏振光：垂直于传播方向的平面上，只沿着某个 特定方向振动的光
自然光
偏振光
§6 光的偏振
一、纵波不能发生偏振现象 二、光能发生偏振现象——光是横波 三、自然光与偏振光
偏振现象的应用
相机镜头前加上 偏振镜可以减弱 水面反射光的影 响
n1 n2
偏振现象的应用
司机佩戴偏光眼镜，有效地滤 除光束中的散射光线，使视野 清晰自然。
（ ABD ）
A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角振动的光
光束 P
光的偏振(有答案)
光的偏振一、光的偏振的相关知识(1)自然光：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，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光．(2)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振(3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光．二、光的偏振的理解1、偏振光的产生方式(1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器．(2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直．特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了．2、偏振光的理论意义及应用(1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵波．光的偏振现象说明了光波是横波．(2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等．三、相关练习1、如图所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是() A．太阳光B．沿竖直方向振动的光C．沿水平方向振动的光D．沿与竖直方向成45°角振动的光答案ABD解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透振方向不垂直，仍可看到透射光．2、如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向，看不到光亮，则()A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮思路点拨偏振片A为起偏器，B为检偏器，当A、B的透振方向平行时透过B的亮度最大，垂直时没有光透过．解析自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，则A错；它通过A偏振片后，即变为偏振光，则B对；设通过A的光沿竖直方向振动，P点无光亮，则B偏振片只能通过沿水平方向振动的偏振光，将B转过180°后，P处仍无光亮，C错；若将B转过90°，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，D对．答案BD3、(2012·江苏·12B(1))如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧．旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是________．A．A、B均不变B．A、B均有变化C．A不变，B有变化D．A有变化，B不变答案 C解析白炽灯光包含各方向的光，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；白炽灯光经偏振片P后变为偏振光，当Q旋转时，只有与P的偏振方向一致时才有光透过Q，因此B 点的光强有变化，选项C正确．4、光的偏振现象说明光是横波．下列现象中不能反映光的偏振特性的是()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，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是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滤光片可以使景像更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹答案 D解析在垂直于传播方向的平面上，沿着某个特定方向振动的光是偏振光，A、B选项反映了光的偏振特性，C是偏振现象的应用，D是光的衍射现象.5、下列有关光现象的解释正确的是()A．光在同一介质中沿直线传播B．无影灯利用的是光的衍射原理C．任何两束光都可以发生干涉D．为了司机在夜间安全行驶，汽车前窗玻璃常采用偏振玻璃答案 D解析光在同一种均匀介质中才会沿直线传播，选项A错误；海市蜃楼是光在密度分布不均匀的空气中传播时发生全反射而产生的，所以选项B正确；只有相干波才可以发生干涉，选项C错误；汽车前窗玻璃采用偏振玻璃，在夜间行驶时可以减弱对面车辆照射过来的光强，选项D正确．。
大学物理 光的偏振
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//
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：
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
Huygens在1690年出版的《论光》一 书中提出了单轴晶体中双折射现象的解 释。他假设在晶体中从一个发光点发出 的光线的波面是球面，非常光线的波面 是旋转椭球面。 旋转椭球面和球面相切于两点，连 接着两点的直线方向决定光轴的方向。
vo ve
vo
ve
正晶体，ve< vo
负晶体，ve>vo
晶体中波面的传播
包含晶体光轴和一条给定光线的平面， 叫做与这条光线对应的晶体的主截面。 显然，通过o光和光轴所做的平面就是和 o光对应的主截面；通过e光和光轴所做 的平面就是和e光对应的主截面。 寻常光和异常光都是平面偏振光。寻 常光的振动面垂直于自己的主截面；异 常光的振动面平行于自己的主截面。
4.3双折射现象的解释
四分之一波片和半波片 使寻常光和异常光的光程差等于λ/4 的晶片称为四分之一波片。显然四分之 一波片的厚度为
l
4( n o n e )
使寻常光和异常光的光程差等于λ/2、 位相差等于π的晶片称为半波片。 波片的效果是改变偏振光的振动面。
7人工双折射
7.1光弹性效应 塑料、玻璃、环氧树脂等非晶体在通常情况 下是各向同性而不能产生双折射现象的。但当其 受到应力时，就会变成各向异性而显示出双折射 性质，这种现象称为光弹性效应。 这种效应可用来研究物体应力的分布，“光 测弹性学”就是一个专门学科，它为过程设计解 决了极其复杂的应力分析问题。 另外，在超声振动激发的液体中，也发现了 双折射现象。这也是由于在声波场中存在液体速 度梯度的缘故。
光的偏振
光是一种电磁波。 Einstein 在解决光电效应的问题中，提出了 光量子（即光子）假说，认为：光在传播的时 候具有波动的性质，但在发射和吸收过程中具 有类似于粒子的性质。即，光具有波粒二象性。 干涉和衍射现象揭示了光的波动性，但不能由 此确定光是横波还是纵波。偏振现象是横波最 有力的实验证据。
《光的偏振》课件
光的偏振特性是光与物质相互作用的重要表现，深入研究光的偏振有助于深入理 解光与物质相互作用的机制。
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。
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
反射光和折射光的偏振
入射面 入射光线和法 线所成的平面 . 空气 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 .
n1 n2
玻璃
i i
γ
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 . 理论和实验证明： 理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
I = I 0 cos 2 α
I0线偏振光的光强
n2 = n21 i0 + r = 90° tan i0 = n1
i0 i0
空气
布儒斯特定律（ 布儒斯特定律（1812年） 年
γ
玻璃 讨论
n1 n2
n2 当 tan i0 = 时， n1
反射光为完全偏振光， 反射光为完全偏振光，且 振动面垂直入射面， 振动面垂直入射面，折射 光为部分偏振光。 光为部分偏振光。
1）反射光和折射光互相垂直 . ）
π cosi0 = sinγ = cos( − γ ) 2
2 2 2 1 2
λ
2
平行平面膜干涉（ 平行平面膜干涉（等倾干涉 — i） ） 劈形膜干涉（ 劈形膜干涉（等厚干涉 — e） 劈尖干涉（ 劈尖干涉（θ） ∆e = λ 2n 牛顿环（ 牛顿环（R）
λ l≈ 2n θ
r k2 = kR λ
二、光的衍射 1）单缝衍射 ）
δ = a sin ϕ
（a 为缝宽） 为缝宽）
自然光的表示法： 自然光的表示法：
v v
v E
. . . . . . . . . . . . . . 三、部分偏振光： 部分偏振光：
符号表示
如果将自然光的两个垂直分量中的一个分量部分地削 则所得的光线称为部分偏振光 部分偏振光。 弱，则所得的光线称为部分偏振光。
光的偏振与光的偏振方向
偏振光与光的干涉
偏振光：光波的振 动方向在某一特定 方向上
光的干涉：两束或 多束光波相遇时， 产生明暗相间的干 涉现象
偏振片：使自然光 变为偏振光的光学 元件
偏振干涉：偏振光 在通过不同偏振方 向的偏振片时产生 的干涉现象
Part Four
光的偏振实验
实验目的与原理
实验目的：探究光的偏振 现象，理解光的偏振原理
光的偏振方向可以 通过偏振片进行检 测，偏振片只允许 与其偏振方向一致 的光通过。
在光学仪器和摄影 领域中，光的偏振 方向具有重要的应 用价值。
Part Three
光的偏振原理
光的电磁理论
光的电磁波性质
偏振光在电场和磁场方向上的 振动
偏振光在传播过程中的变化规 律 Nhomakorabea偏振光与物质的相互作用
偏振光与电磁波
实验原理：通过观察不同 偏振片下光线的变化，验 证光的偏振现象，并探究 光的偏振方向与偏振片之 间的关系
实验器材与步骤
实验器材：偏振片、激 光笔、半透半反镜、屏 幕
步骤：将偏振片置于激 光笔前，旋转偏振片观 察光斑变化；将半透半 反镜置于偏振片和屏幕 之间，观察光的分束现 象；旋转偏振片，观察 光的合束现象。
光的偏振与光的偏振方 向
XX,a click to unlimited possibilities
汇报人：XX
目录
01 光 的 偏 振
02 光 的 偏 振 方 向
03 光 的 偏 振 原 理
04 光 的 偏 振 实 验
05 光 的 偏 振 在 生 活 中
的应用
Part One
光的偏振
光的偏振现象
在科学实验和工业生产中，偏振片 也被广泛应用于各种光学仪器和设 备中，提高测量精度和生产效率
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-光的偏振
2、振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度l 有关。
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· · ··
垂直板面的 光振动较强
20-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏和检偏
起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。
检偏：检查入射光的偏振性。
偏振片
将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片，缓慢转动偏振 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。
透 光 轴 方 向
20-1
光的偏振状态
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
光矢量 振动面
0
H
v
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。
1.自然光 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。
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。
干涉的明暗条件
色偏振
三、人为双折射现象
某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质， 也呈现双折射现象。 1、光弹性效应——应力双折射 在机械应力作用下，显示光学各向异性
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2、克尔效应——电致双折射
在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性
透光轴相互垂直
P1
C
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
光的偏振
由于这两个光矢量之间没有固定的相位差，是
非相干光，因此不能把这两个光振动再合成为一个
稳定的线偏振光。 自然光在光路图中的表示法
三、部分偏振光
自然光在传播过程中，由于外界的某种作用，
造成各个振动方向上的强度不相等，使某一方向 的振动比其他方向占优势，这种光叫部分偏振光。
S光；另一个分量的振动在入射面内，称之为P光。
对于入射自然光，两者强度相等。实验发现，
反射光中总是S光成分多于P光成分；折射光中总 是P光多于S光。
二、布儒斯特定律
实验发现：反射光的偏振化程度与入射角有关， 当入射角i等于某一特定值i0时，反射光是光振动 垂直于入射面的线偏振光（S光）。这个特定的 入射角i0叫做起偏振角或布儒斯特角。 入射
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
自然光 线偏振光
. . . .
.
起偏器
检偏器
线偏振光通过பைடு நூலகம்转的检偏器， 光强发生变化
2
M′
当 0时, 则 I I 0 , 透射光强最大
当
2
时, 则 I 0, 透射光强为零消光) (
当0
2
时, 则 0 I I 0
§12.9 反射和折射时产生的偏振 布儒斯特定律 一、反射和折射起偏
光的偏振(Polarization of Light)
B
光轴 n加拿大=1.550
A
A A’
A’
e光
D 方解石
自然光
76º
B
71º 68º
no=1.658 ne=1.486
CC’
o光
C’ O光以76º入射到加拿大树胶，产生
C 全反射后被吸收。
i临介 arcsin
e光出射成为偏振光
1.550 1.658
70
可用于起偏和检偏 （a） S （b）S （c）S
I0
自然光 I自
1 I0 2 I自
变暗
4、马吕斯定律
若P1 P2的偏振化方向间的夹角不为0，也不为90度， 则出射的光强为多少？
自然光 I自
P1 I0
P2
变暗
I
E//
E0
E
E// E0 cos E E0 sin
垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强：
I E/2/ E02 cos2 I0 cos2
n1
i
n2
r
2、折射光中平行的振 动强于垂直振动；
3、反射光折射光偏振 化的程度随入射角
i 的不同而不同。
2、布儒斯特定律（1812年）
当入射角等于一特定角，使反射光与折射光相互 垂直时,反射光只有垂直于入射面的振动而无平行 于入射面的振动。
注意： 这个特定的角称为
布儒斯特角；
n1
i0
n2
r0
此时折射光仍为 部分偏振光；
/4
/2
四分之一波片
二分之一波片（半波片）
D）光轴与晶体表面垂直（正入射）（负晶体）
自
然
光
光轴
o光
e光
负晶体
光的偏振性
y
Ey
E
x
Ex
E x E cos E y E sin
线偏振光的表示法：
····· 光振动垂直板面
光振动平行板面
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
二 偏振片 起偏与检偏
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, 这种性质称二 向色性 。
三 马吕斯定律（1880 年）
N
I0
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
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
I I0 cos2
马吕斯
法国物理学家及军事工程师。出生 于巴黎，1796年毕业于巴黎工艺学院， 曾在工程兵部队中任职。1808年起在巴 黎工艺学院工作。1810年被选为巴黎科 学院院士，曾获得过伦敦皇家学会奖章。
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cos i0
cosi0
sin
cos(π 2
)
i0
2
i0 i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻璃
n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 。
n2
介
tan
i0
n2 n1
cot i0
11-10 光的偏振性
一、 自然光 偏振光 二、偏振片 起偏和检偏 三、马吕斯定律
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
结束 返回
几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
光的偏振
18
例4 设方解石和石英薄板的光轴平行于其表面，用 他们制成钠黄光589.3nm的四分之一玻片，薄板的 厚度分别为多少？
方 no 1.6584, ne 1.4864 石 no 1.5442, ne 1.5533
光程差
d (n0
ne )
4
19
（3246）
一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂
的夹角＝___________．(假设题中所涉及 的角均为锐角，且设 <a)．
1 2
I
0
cos2
2
22
（3811）透明介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅰ如图安排，三 个交界面相互平行．一束自然光由Ⅰ中入射．试 证明：若Ⅰ、Ⅱ交界面和Ⅲ、Ⅰ交界面上的反射 光都是线偏振光，则必有n2＝n3．
n1 sini n2 sin n3 sin n1 sini
24
（3767） 一束光强为I0的自然光垂直入射在三 个叠在一起的偏振片P1、P2、P3上，已知P1与P3 的偏振化方相互垂直．
(1) 求P2与P3的偏振化方向之间夹角为多大时， 穿过第三个偏振片的透射光强为I0 / 8；
(2) 若以入射光方向为轴转动P2，当P2转过多 大角度时，穿过第三个偏振片的透射光强由原 来的I0 / 8单调减小到I0 /16？此时P2、P1的偏振 化方向之间的夹角多大？
r
振动（线多于点）
★入射角与折射角之和等于90°：
i0
r
2
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律
9
应用：（1）可由反射获得线偏振光（玻璃片就是起偏器） 例如激光器中的布儒斯特窗
线偏振光
S iB
（2）可测不透明媒质折射率
tgiB n
例4 设方解石和石英薄板的光轴平行于其表面，用 他们制成钠黄光589.3nm的四分之一玻片，薄板的 厚度分别为多少？
方 no 1.6584, ne 1.4864 石 no 1.5442, ne 1.5533
光程差
d (n0
ne )
4
19
（3246）
一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂
的夹角＝___________．(假设题中所涉及 的角均为锐角，且设 <a)．
1 2
I
0
cos2
2
22
（3811）透明介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅰ如图安排，三 个交界面相互平行．一束自然光由Ⅰ中入射．试 证明：若Ⅰ、Ⅱ交界面和Ⅲ、Ⅰ交界面上的反射 光都是线偏振光，则必有n2＝n3．
n1 sini n2 sin n3 sin n1 sini
24
（3767） 一束光强为I0的自然光垂直入射在三 个叠在一起的偏振片P1、P2、P3上，已知P1与P3 的偏振化方相互垂直．
(1) 求P2与P3的偏振化方向之间夹角为多大时， 穿过第三个偏振片的透射光强为I0 / 8；
(2) 若以入射光方向为轴转动P2，当P2转过多 大角度时，穿过第三个偏振片的透射光强由原 来的I0 / 8单调减小到I0 /16？此时P2、P1的偏振 化方向之间的夹角多大？
r
振动（线多于点）
★入射角与折射角之和等于90°：
i0
r
2
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律
9
应用：（1）可由反射获得线偏振光（玻璃片就是起偏器） 例如激光器中的布儒斯特窗
线偏振光
S iB
（2）可测不透明媒质折射率
tgiB n
光的偏振
实验表明，对于给定的磁性介质，线偏振光通过
样品后，振动方向转过的角度 与样品长度 L 和外
加磁场的磁感应强度 B 成正比，即
VLB
V 式中 为费尔德常量，是一个与物质性质、环境温
度及入射光波长有关的量，一般物质的费尔德常量都 很小。
四、旋光现象的应用---糖量计
T-玻璃容器
单 色 光 源
值
I
m
，在其垂直方向上具有光强的最小值
ax
通常用
P I max I min
I min ，
I max I min
P 来量度偏振的程度，并称 为偏振度。
三、获得线偏振光的常用方法
利用物质的二向色性制成偏振片(器)
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
偏振性是横波区别于纵波的一个最明显的标 志，只有横波才有偏振现象。
1二.线、偏光振波光的：五E种的偏方振向状恒态不动, 其大小随位相改动的光波
2.自然光：光矢量对于传播方 向完全对称的光波，其效果可 用两个互相垂直、位相没有关 联的线偏振光来代替。
u
z
z
E
3.圆偏振光：|E|= 常量,方向绕传播方向匀角速的
vO
e 光波阵面
主截面： 当光在一晶体表面入射时，此表 面的法线与光轴所成的平面.
当入射面是主截面时， O 光的振动垂直
e 主截面； 光的振动平行于主截面.
光轴
109 0
光轴
1090
e光
710
710
o光
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体：有两个光轴的晶体
负晶体（ne≤no） 正晶体（neno）
L
样品后，振动方向转过的角度 与样品长度 L 和外
加磁场的磁感应强度 B 成正比，即
VLB
V 式中 为费尔德常量，是一个与物质性质、环境温
度及入射光波长有关的量，一般物质的费尔德常量都 很小。
四、旋光现象的应用---糖量计
T-玻璃容器
单 色 光 源
值
I
m
，在其垂直方向上具有光强的最小值
ax
通常用
P I max I min
I min ，
I max I min
P 来量度偏振的程度，并称 为偏振度。
三、获得线偏振光的常用方法
利用物质的二向色性制成偏振片(器)
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
偏振性是横波区别于纵波的一个最明显的标 志，只有横波才有偏振现象。
1二.线、偏光振波光的：五E种的偏方振向状恒态不动, 其大小随位相改动的光波
2.自然光：光矢量对于传播方 向完全对称的光波，其效果可 用两个互相垂直、位相没有关 联的线偏振光来代替。
u
z
z
E
3.圆偏振光：|E|= 常量,方向绕传播方向匀角速的
vO
e 光波阵面
主截面： 当光在一晶体表面入射时，此表 面的法线与光轴所成的平面.
当入射面是主截面时， O 光的振动垂直
e 主截面； 光的振动平行于主截面.
光轴
109 0
光轴
1090
e光
710
710
o光
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体：有两个光轴的晶体
负晶体（ne≤no） 正晶体（neno）
L
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偏振片
步进电机
POLARIZED LIGHT : 仪器剖析... 仪器剖析...
偏振片应用知识： 偏振片应用知识：
在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或建筑物的玻璃上反 射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所 以可以近似认为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，只需戴一副只能透射竖直方向偏振的偏振太 阳镜便可挡住大部分的散射光。
POLARIZED LIGHT : 内容与步骤... 内容与步骤...
验证马吕斯定律： 验证马吕斯定律：
2、验证马吕斯定律。 ①调节偏光仪与白炽灯的相对位置，使光能垂直地射入偏振片，并使光电池得到最强的 照射光。 ②将偏振片P1旋转一周，观察光电流的变化情况，从刻度盘上读出光电流最大时的刻度 值θ0(此时的光电流就是两偏振片的偏振化方向间的夹角为“0”)，和光电流最小时的 刻度值θ90(此时的光电流就是偏振化方向间的夹角为90º)。 ③将P1转到θ0位置(视光电流为最大)，记下以后每转过5º，记一次光电流，直转到位 置θ90，。 ④以I为纵坐标，cos2θ为横坐标，作图。
POLARIZED LIGHT : 实验方法 ...
产生偏振光方法： 产生偏振光方法：—双折射晶体法
在双折射晶体内，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。最为重要的 线偏振器件是利用晶体的双折射制成的。
POLARIZED LIGHT : 实验方法 ...
90° 90° 90°
θi
45°
玻璃nG
θH θL θH θL θH
45°
dH dL dH dL dH
玻璃nG
90°
90°
POLARIZED LIGHT : 实验方法 ...
产生偏振光方法： 产生偏振光方法：—二向色性法
有些各向异性的晶体对不同振动方向的偏振光有 不同的吸收比，这种特性称为二向色性。晶体的 二向色性还与波长有关，即具有选择吸收特性， 因此当振动方向互相垂直的两束线偏振白光通过 晶体后呈现不同的颜色。
马吕斯定律 ： 如果在偏振片的后面放一光电池S，则光电池在透射光照射下产生光电流。光电流与 透射光的强度I成正比，所以光电流就与cos2θ成正比。本实验内容就是要从实验中 测出I和θ，然后通过作I ～cos2θ图来验证马吕斯定律。
前面公式只有在上图中当P1和P2的起偏特性很理想时才适用，但实际的实验中，由 于偏振片对垂直于偏振化方向的光振动仍有少量通过，因此自然光通过P1后实际上 不是线偏振光，而是部分偏振光，对P2讲入射光及透射光都是部分偏振光，所以当 P1和P2的偏振化方向互相垂直时，透射光强度并不等于“0”，只是此时的I最小；记 为I90。当P1和P2的偏振化方向平行时，透射光最强，记作Iˊ0。，考虑到上述偏振片 起偏特性不完善的因素，必须对本实验测得的不同θ角时的透射光强度进行修正后 才能代入马吕斯定律，即下式应写成： I-I90=( Iˊ0- I90)cos2θ
氦氖激光器： 氦氖激光器：
阳极
毛细管
阴极
He-Ne激光器由激光光源和He-Ne激光管组成。激光管是一个气体放电管， 管内充有氦氖混合气体。两端用镀有多层介质膜的反射镜封固，构成谐振 腔。光在两镜面间多次反射。形成持续振荡。有的激光管将反射镜安装在 管外，以便于调节与更换。如果使放电管的窗口与管轴成布儒斯特角，则 发出的光是线偏振光。
光的偏振实验... 光的偏振实验...
光学部分 浙大物理实验教学中心编制
POLARIZED LIGHT: 简介 ...
1908年，法国拿破仑军队的军事工程师马吕斯在实验上 年 发现了光的偏振现象。 发现了光的偏振现象。光的偏振现象清楚地显示其振动 方向与其传播方向垂直， 方向与其传播方向垂直，说明光与其它电磁波一样是横 波。
POLARIZED LIGHT : 实验方法 ...
产生偏振光方法： 产生偏振光方法：—反射及折射法
偏振分光镜是根据反射和折射原理产生偏振光的一种器件，在两直角玻 璃棱镜之间交替地镀上高折射率nH和低折射率nL的膜层，然后胶合成 一块立方棱镜。这些膜层起反射和透射型偏振器的作用。入射自然光垂 直于棱镜表面、以45度角入射到多层介质膜上，经膜层的反射和折射， 反射光与透射光垂直于棱镜表面以分开90度方向出射。
POLARIZED LIGHT : 简介 ...
激光电源
步进电极控制器
隔振台
氦 氖 激 光 器 偏 起
检 波 片 器 池 偏 电 光
POLARIZED LIGHT : 简介 ...
POLARIZED LIGHT : 实验概要 ...
验 证 马 吕 斯 定 律 振 偏 的 光 察
观 定 折 射 率
测
POLARIZED LIGHT : 基本原理 ...
当用强度为I线偏振光射入偏振片时，透射光的强度I与偏振光的电振动
方向和偏振片的偏振化方向之间的夹角有关，当夹角为0°和180°时， 光亮最强，其它夹角时为
I = I
Байду номын сангаас
0
cos
2
θ
POLARIZED LIGHT : 基本原理 ...
偏振现象示意图： 偏振现象示意图：
POLARIZED LIGHT : 疑难解答 ...
1．检偏器与起偏器垂直时，为什么光强不为零? 答：通过两偏振器的为部分偏振光，两偏振器 特性不完全一样。 2．用一块偏振片来检验普通光源(如电灯)发出的光 ，当我们旋转偏振片改变其偏振化方向时，透射 光的强度I并不改变，这是为什么? 答：自然光非线偏振光 3.线偏振光通过1/4波片为什么光？ 答：椭圆偏振光
软件使用： 软件使用：
POLARIZED LIGHT : 仪器剖析... 仪器剖析...
氦氖激光器： 氦氖激光器：
He-Ne激光器是一种特殊的气体放电光源。它辐射 波长为632.8nm的红色激光。激光具有很强的方向 性、单色性和好的相干性。
POLARIZED LIGHT : 仪器剖析... 仪器剖析...
POLARIZED LIGHT : 内容与步骤... 内容与步骤...
实验内容： 实验内容：
(1）调节激光、偏振片、 接收器同轴。 （2） 转 动 检偏 器 电机 ， 观察光电流与角度关系。 观察光电流与角度关系。
POLARIZED LIGHT : 内容与步骤
...
测定玻璃折射率： 测定玻璃折射率：
POLARIZED LIGHT : 基本原理 ...
偏振光现象分析： 偏振光现象分析：
线 偏 振 光
y
E（t） θ
自 然 光
y
x δ=0 δ=π 正 y (T +△t ) 椭 圆 右旋 偏 振 x 光
部 分 偏 振 光 x
y
x
圆 偏 振 光
y
右旋
x
斜 椭 圆 偏 振 光
y
右旋
x
POLARIZED LIGHT : 基本原理 ...
POLARIZED LIGHT : 注意事项 ...
1．步进电机转动时不能用手旋，以免损坏。 ．步进电机转动时不能用手旋，以免损坏。 2．出射光一定要进入光电池中心。 ．出射光一定要进入光电池中心。 3．禁止把器件从一平台移动到另一平台。 ．禁止把器件从一平台移动到另一平台。 4． 禁止计算机用作除本实验以外的任何使用 ． 。 5．请正常关机，实验结束后整理桌面仪器。 ．请正常关机，实验结束后整理桌面仪器。 请讲卫生，整理好桌面。 6. 请讲卫生，整理好桌面。
POLARIZED LIGHT : 参考资料 ...
1.大学物理实验教程浙江大学出版社。 2.大学物理实验武汉大学出版社。 3.大学物理导论清华大学出版社。 4.普通物理实验高等教育出版社。 5.改变世界的物理学复旦大学出版社。 6.固体物理学中南大学出版社。 7.工程光学机械工业出版社。 8.英汉物理学词汇北京大学出版社。 9.物理实验手册机械工业出版社。 10.普通物理实验高等教育出版社。 11.大学物理通用教程北京大学出版社。 12.现代光学基础北京大学出版社。 13.电子仪器与测量技术中国科技大学出版社。 14.大学物理浙江大学出版社。
POLARIZED LIGHT : 基本原理 ...
名词解释： 名词解释：
自然光：光矢量的方向是任意的，且各方向上光矢量的大 小的时间平均值相等，这样的光称为自然光。 线偏振光：光矢量的方向始终不变，只是它的振幅随位相 而改变，光矢量的末端轨迹是一条直线，这种光称线偏振 光。 部分偏振光：介于自然光和偏振光之间有一种光，它在各 方向的电矢量振幅不相等，且某一方向的振幅特别大，这 种光称为部分偏振光。 椭圆或圆偏振光：光矢量的方向和大小随时间有规律变化 ，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面内的轨迹是椭圆 或圆，这种光称为椭圆或圆偏振光。
POLARIZED LIGHT : 仪器剖析... 仪器剖析...
步进电机： 步进电机：
每步5度 角转动， 稳定性能 与输入电 压有关， 应用很广 泛。
POLARIZED LIGHT : 仪器剖析... 仪器剖析...
偏振片： 偏振片：
偏振片是 由聚乙烯 醇加热后 ，沿一定 的方向拉 伸，使它 的线形高 分子整齐 排列来代 替金属网 。
偏振光在立体电影中的作用也非常有趣。平时正因为两只 眼睛同时看物体，才有了立体感。在立体电影制作中，正是利 用两个相距约7厘米（相当于人眼间距）的镜头，同步进行拍 摄，而且这两个镜头正好分别能通过互相垂直的两种偏振光。 放映时，两卷胶卷同时播放，在镜幕上两种图象叠加，直接看 时图象模糊。当戴上一副偏振眼镜，并且两偏振镜片分别只能 通过互相垂直的两种偏振光中的一种。于是两眼所看到的图象 叠加起来，就有了立体感。
1、测定玻璃折射率 ①调整激光束的倾角，使其能从平行光管和望远镜通过，在望远镜中能看到，也就是使 平行光管和望远镜同轴。调节激光束的倾角时，必须明确光路的来龙去脉，分析后仔细 调节，切勿任意盲目乱调。 ②将三棱镜置于载物台上，望远镜倾斜度保持不变，利用自准直法调整分光计载物台， 使棱镜的反光面垂直于望远镜光轴。 ③同时改变载物台和望远镜的角位置(此时应将偏振片装上)，使反射光始终沿望远镜筒入 射，转动偏振片，找到反射光全暗的位置。由于偏振片对垂直于它偏振化方向的光振动 仍有少量通过，因此要反复旋转偏振片，比较前后位置以定出透射光最暗的位置。此时 入射角即为布鲁斯特角。记下读数窗的读数θ1A和θ1B，即为望远镜的角位置(即反射光 的角位置)。然后利用自准直法来测量三棱镜反光平面的法线角位置。此时载物台应保持 不动，旋转望远镜，使之垂直于三棱镜的反光面，再记下读数窗的读数θ2A 和θ2B，， |θ1A-θ2A |和|θ1B-θ2B |即为反射角，即等于入射角，而此时的入射角就是布鲁斯特角θp 。 为了消除实验中的偶然误差，必须进行多次测量，然后取θp的平均值，并定出误差范 围。