自然光线偏振光
3-1 自然光和偏振光
r0
n2 tgi 0 n1
其中
( 或tgi 0 n 21 )
i0称为起偏振角或布儒斯特角.
推论:当入射角为起偏角时,反射光 线和折射光线互相垂直。 sin i0 n 2 证明： tg i0 n1 cos i0 sin i0 n2 由折射定律有 sin r0 n1 故 sin r0 cos i0
i0 r 0 2
2、玻璃堆(可获得完全偏振光)
3-3 光的双折射 一、双折射现象
一束自然光射向各向异性介质时，在界 面射入介质内部的折射光线分为传播方向 不同的两束折射光线.. 两束折射光的特性: (1)两束折射光是光矢量振动方向不同的 线偏振光; (2)其中一束折射光遵守折射定律,称为寻 常光(O光),另一束不遵守折射定律,称 为非寻常光( 光).
A3-2 反射光和折射光的偏振
一、部分偏振光的获得
s
n1 n2
i i r
反射光和入射光 都是部分偏振光
反射光是垂直入射面振动较强的部分 偏振光,折射光是平行入射面振动较强 的部分偏振光.
二、完全偏振光的获得和布儒斯特定律 S i0 i0 1、 布儒斯特定律 n1
当入射角 i 0 满足下面条件 时,反射光成为完全偏振光, 其光振动垂直入射面;折射 光仍为部分偏振光：
e光
o光
三、尼科耳棱镜的双折射
尼科耳棱镜是用方解石晶体经过加工制 成的,可用作起偏器或检偏器的光学元件.
作用原理：
粘合棱镜的树胶,其折射率大于O光、小 于e光;当入射光到达尼科耳棱镜分界面时 O光产生全反射,e光透过树胶射出.
四、人为双折射现象
光弹性效应 各向同性的物质在机械力的作用下,产生 与方解石相类似的各向异性的光学性质. 电光效应 一些物质在强大的电场作用下,光学性质 由各向同性变为各向异性. 法拉第效应 非晶体在磁场作用下,现双折射的现象.
大学物理——光的偏振
二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 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， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 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。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
自然光与偏振光
1.3.4 菲涅耳公式
1.0 |tp| 0.5 |ts| |rs| |rp| 0 0 30 60 90
i1/(o)
i1/(o)
图1.3-7 振幅反射比与振幅透射比曲线（n1=1，n2=1.5）
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。
1 光波、光线与光子 1.3.5 斯托克斯倒易关系
1.3 自然光与偏振光
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 取：振幅外反射比：rs、rp， 振幅外透射比：ts、tp 振幅内反射比：rs'、rp'，振幅内透射比：ts'、tp'
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
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)
自然光：偏振面具有各种不同取向且相位随机分布的平面偏振光之集合
说明：自然光实际上可分解成两个强度相等、振动方向正交但相位各自
随机变化的线偏振光 注意：构成自然光的两个线偏振光分量的相位各自独立地随机变化，因
分量）的线偏振光，透射光变为椭圆偏振光。 ③ 线偏振光以布儒斯特角入射时，若其振动面与入射面垂直，则反射光
和透射光均为振动面垂直于入射面的线偏振光；若入射光振动面与入 射面平行，则反射光强度为0，即全部透射。
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
玻片堆特点：可对入射光的偏振态及振幅进行调制。
右旋 左旋
d=0
p/4
p/2
3p/4
光学中的光的偏振与衍射
光学中的光的偏振与衍射光的偏振与衍射是光学领域中重要的概念。
光的偏振指的是光的电场振动方向，在不同的介质中传播时会发生变化。
而光的衍射是指光线经过一个绕射物体或者通过孔隙时产生的光的分散现象。
本文将介绍光的偏振和光的衍射的基本原理和应用。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场振动方向的变化。
一般来说，自然光是无偏振的，它的电场振动方向在各个方向上都是不确定的。
但是在某些情况下，光的振动方向会被限制在一个平面上，这就是偏振光。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片是具有规则排列的分子链，当自然光通过偏振片时，只有与分子链排列方向相同的光能够透过，而其他方向的光则被阻挡。
因此，偏振片可以将自然光转化为偏振光。
光的偏振在许多领域中都有重要应用，例如显微镜、光学检测和光通信等。
通过控制光的振动方向，可以实现更精确的成像、检测和通信。
二、光的衍射光的衍射是指光线通过一个绕射物体或者通过一个孔隙时产生的光的分散现象。
当光线遇到一个绕射物体时，它会发生弯曲并从不同的方向分散出去。
这种现象可以用傍晚夕阳下窗户的模样来形象地理解。
光的衍射现象在日常生活中也有很多应用。
例如，CD、DVD等光盘的读取原理就是利用了光的衍射现象。
当激光光束照射在光盘表面刻有微小螺纹的部分时，光线会发生衍射，通过检测衍射光的强度和相位变化，可以将光盘上的信息解码。
此外，光的衍射还广泛应用于干涉仪、衍射望远镜等光学设备中。
通过精确地控制光的干涉和衍射现象，可以实现高分辨率的成像和测量。
三、光的偏振与衍射的关系光的偏振和衍射是密切相关的。
当偏振光通过一个孔隙或者绕射物体时，它的振动方向会发生变化，导致光的分散现象。
同样，通过控制光的偏振状态，也可以改变光的衍射效果。
例如，在光学应用中常用的偏振衍射光栅就是通过通过光的偏振和衍射相结合的技术实现的。
偏振衍射光栅可以将不同偏振方向的光分散到不同的位置，从而实现光的分光和调制。
此外，通过使用偏振光进行光的衍射实验，还可以研究物质的光学性质和结构。
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
光波作为电磁波，所谓振动是指空间某一点的电场强度的
方向和大小随时间做周期性的变化。
纵波：过传播方向的各平面都一样，每个平面都包含振动
方向，空间有旋转对称性。
横波：有振动方向的平面特殊。
这种振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。
常见的光的偏振态有五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、
圆偏振光和椭圆偏振光。
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
自然光是由轴对称分布的、无固定位相关系的大量线偏振光
集合而成的，它是非偏振光。
可以认为自然光是由 两个振幅相同、振动 方向互相垂直的非相 干线偏振光的叠加。
自然光的表示法 （1）这两个方向的振动强度相同，因为这两个方向是等价的。
I x I y I0 2
（2）这两个振动的相位无关联，不能再合成为一个矢量。
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：
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
自然光与偏振光线偏振光与部分偏振光
物质的二向色性
二向色性：物质所具有的对相互垂直的两个光振动
的选择吸收作用。
有些能够产生双折射的单轴晶体，对o光和e光的吸 收作用有很大不同，对其中的一个吸收作用很强，而 对另一个很弱。
在高分子化合物中，使高分子长链沿某个方向有规 则的排列，经特殊加工后，它会对相互垂直的两个光 振动产生不同的吸收作用。
线偏振光
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
v E
符号表示
3 部分偏振光及偏振度
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
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
部分偏振光的分解
符号表示
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
包含各个方向的光矢量在所有可能的方 向上的振幅都相等 .
自然光与偏振没光有线偏优振势光方与部向分偏
振光
自然光的分解
• ※ 机理：原子自发辐射具有独立性、间歇 性和随机性普通光源所发出的光, 波列之间 是相互独立的，没有固定的关联（相位、 振动方向、振幅、波列长短等），按统计 原理，无论哪一方向的振动在各方向上的 分布是对称的，振幅也可看成是完全相等 的（统计平均）.
Ib In I p 自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
偏振度
P Imax Imin Imax Imin
IM — 在某一方向上的偏振光强度最大值
In — 与之垂直方向的偏振光强度最小值
平面偏振光
P=1
自然光 ( 非偏振光 )
P=0
部分偏振光
0<P<1
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
图示：
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
自然光,偏振光,部分偏振光的转换
自然光,偏振光,部分偏振光的转换
自然光是指未经人工干预的自然光线，它是由各种波长和振动方向的光波组成的。
偏振光是指在特定方向上振荡的光，它的振动方向是固定的。
部分偏振光则是介于自然光和偏振光之间的光，它包含了多个方向上振动的光波。
在光学中，我们可以通过一些光学元件来实现自然光、偏振光和部分偏振光之间的转换。
其中最常见的是偏振片。
偏振片可以将自然光转换成偏振光，也可以根据不同的偏振方向来选择特定方向上的偏振光。
此外，通过使用波片和偏振棱镜等光学元件，我们也可以实现对部分偏振光的转换。
在实际应用中，偏振光和部分偏振光的转换在许多领域都具有重要意义。
比如在光学仪器中，我们需要根据具体的实验要求来选择特定偏振光，以获得更精确的实验结果。
在光学通信中，偏振光的转换也可以用于提高信号传输的稳定性和可靠性。
在生物医学领域，利用偏振光的特性可以实现对生物组织的显微成像，从而帮助医生进行诊断和治疗。
总的来说，自然光、偏振光和部分偏振光之间的转换涉及到光
学原理和技术，通过合理地利用光学元件和技术手段，我们可以实现它们之间的相互转换，从而满足不同领域的需求并推动相关领域的发展。
偏振光的产生和检测
偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。
与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。
偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。
此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。
一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。
由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。
2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。
偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。
当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。
当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。
椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。
二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。
当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。
通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。
2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。
当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。
通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。
第五章_光的偏振
（3）若入射光为自然光，转动检偏器透射的光 强无变化。
39
例题5.2 P312
通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片 由对应透射光强最大的位置转过60º 时，其光强减 为一半，试求这束部分偏振光中的自然光和线偏 振光的强度之比以及光束的偏振度。 解：部分偏振光相当于自然光和线偏振光的叠加。 设自然光的强度为In， 线偏振光的强度为Ip，则部 分偏振光的强度为In＋Ip。 当偏振片处于使透射光强最大的位置时，其中的 线偏振光通过偏振片后的强度仍为Ip，而自然光透 过的强度为In /2。则透过的总光强为：
向 传播方
E
·
面 振 动 面对光的传播方向看
2
光是横波,光的振动方向应始终与光的传 播方向垂直.但是,在垂直于光的传播方向的平 面内, 光矢量还可以有不同的振动状态，我们 称在垂直于光传播方向的二维平面内，光矢量 的振动状态叫做光波的偏振态.
光波按偏振态来划分，可分为五种：
（1）自然光；（2）部分偏振光；（3）线偏振光； （4）圆偏振光；（5）椭圆偏振光。 也可以是以上几种偏振状态的组合。
16
rp
A' p1 Ap1
tg (i1 i2 ) , tg (i1 i2 )
A's1 sin( i1 i2 ) rs , As1 sin( i1 i2 )
A' p1 Ap1
tg (i1 i2 ) sin( i1 i2 ) cos(i1 i2 ) tg (i1 i2 ) sin( i1 i2 ) cos(i1 i2 )
A' p1 A's1
自然光获得线偏振光的方法
自然光获得线偏振光的方法自然光是指没有经过任何处理的光线，它是由各种波长的光线组成的，具有无规律的振动方向和振幅。
而线偏振光则是指光线中只有一个方向的振动方向，具有明显的偏振性质。
在实际应用中，我们经常需要将自然光转化为线偏振光，以满足不同的需求。
本文将介绍几种以自然光获得线偏振光的方法。
1. 偏振片法偏振片是一种具有偏振性质的光学元件，它可以将自然光转化为线偏振光。
偏振片的原理是利用了光的波动性质，将振动方向与偏振片的分子结构相同的光线透过，而将振动方向与偏振片的分子结构垂直的光线吸收掉。
因此，只有与偏振片的分子结构相同的光线通过偏振片，其他光线都被吸收了。
这样，我们就可以通过偏振片来获得线偏振光。
2. 偏振器法偏振器是一种具有偏振性质的光学元件，它可以将自然光转化为线偏振光。
偏振器的原理是利用了光的波动性质，将振动方向与偏振器的分子结构相同的光线透过，而将振动方向与偏振器的分子结构垂直的光线吸收掉。
与偏振片不同的是，偏振器可以调节透过的光线的偏振方向，因此可以获得不同方向的线偏振光。
3. 偏振棱镜法偏振棱镜是一种具有偏振性质的光学元件，它可以将自然光转化为线偏振光。
偏振棱镜的原理是利用了光的波动性质和折射性质，将振动方向与偏振棱镜的分子结构相同的光线折射，而将振动方向与偏振棱镜的分子结构垂直的光线反射。
因此，只有与偏振棱镜的分子结构相同的光线通过偏振棱镜，其他光线都被反射了。
这样，我们就可以通过偏振棱镜来获得线偏振光。
4. 偏振滤波器法偏振滤波器是一种具有偏振性质的光学元件，它可以将自然光转化为线偏振光。
偏振滤波器的原理是利用了光的波动性质和吸收性质，将振动方向与偏振滤波器的分子结构相同的光线透过，而将振动方向与偏振滤波器的分子结构垂直的光线吸收掉。
与偏振片不同的是，偏振滤波器可以调节透过的光线的偏振方向，因此可以获得不同方向的线偏振光。
以上几种方法都可以以自然光获得线偏振光。
在实际应用中，我们可以根据具体需求选择不同的方法来获得所需的线偏振光。
物理光学-第七章：光的偏振与晶体光学基础
一、偏振光和自然光的特点
由麦克斯韦理论知：
光波是一种横波，即它的光矢量始终是与传
播方向垂直的。
kE0 kB0
B
1
k
E
1.线偏振光：光矢量的振动方向在传播过程 中（在自由空间中）保持不变，只是它的大 小在随位相改变，即为线偏振光。
2.振动面：线偏振光的光矢量与传播方向组 成的面。
2、由二向色性产生线偏振光 二向色性：某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系数的性质。
晶体的二向色性与光波波长有关，当振动方 向互相垂直的两束线偏振白光通过晶体后会 呈现出不同的颜色。此为二向色性这个名称 的由来。
§7－1偏振光和自然光
此外，有些原本各向同性的介质在受到外界 作用时会产生各向异性，它们对光的吸收本 领也随着光矢量的方向而变。把介质的这种 性质也称为二向色性。
§7－1偏振光和自然光
6.部分偏振光：自然光在传播过程中，若受 到外界的作用造成各个振动方向上的强度 不等，使某一方向振动比其它方向占优势， 即为部分偏振光。它可看成是由自然光和 线偏振光混合而成。
7.偏振度：线偏振光在部分偏振光总强度中 所占的比例： PIP ImaxImin
It ImaxImin
我们把这时的最小透射光强与两偏振器透光 轴互相平行时的最大透射光强之比称为消光 比，它是衡量偏振器件质量的重要参数。
§7－2晶体的双折射
当一束单色光在各向异性晶体的界面折射时， 一般可以产生两束折射光，这种现象称为双 折射。双折射现象比较显著的是方解石 （CaCO3）. 实验现象：取一块冰洲石（方解石的一种） 放在一张有字的纸上，我们将看到双重的像， 且冰洲石内的两个像浮起的高度是不同的， （此是光的折射引起的，折射率越大，像浮 起的高度越大）。
自然光的偏振
自然光的偏振
自然光指的是来自太阳、星星、火焰等天然物体的光线。
自然光包含各种波长、频率和方向的光线，我们通常称之为非偏振光。
然而，在某些情况下，光线的偏振（即光的振动方向）会受到影响，这就是自然光的偏振现象。
光的偏振可以是偏振光（只有某个方向的光）或部分偏振光（在某些方向上光线强度减弱）。
光的偏振通常是由物质对光的传播方式的影响造成的。
例如，反射光和折射光的偏振是由于光线与表面交互时，只有某个方向上的光线才会反射或折射。
光的偏振不仅在天文学和物理学中有重要的应用，还有在许多其他领域中也有重要的应用，例如通信、光学显微镜和太阳能电池。
在通信技术中，偏振光可以用来传输数据，因为光的偏振可以很容易地改变。
总体来说，自然光的偏振现象是一个有趣和重要的领域，不仅可以让我们更好地了解光的本质，还有助于我们开发更好的光学设备和技术。
第14章光的偏振
11
二．马吕斯定律
线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： 设α 为振动方向与偏振化方向的夹角
I0
I
E0
P
E = E0cos
I0 E
2 0
,
IE
2
E 02 cos 2
I E 2 ( E 0 cos a ) 2 2 2 I O E0 E0
I I 0 cos 2
12
32
三. 单轴晶体中光传播过程
发生双折射现象，主要是因为晶体中的介 电常数r与方向有关，因而光在晶体中的传播 速度与光的传播方向有关。
n c
1
r r
1.主折射率 o光:在各个方向上的传播速度相同
n0 c
0
33
e光:在各方向上的传播速度不相同 光轴方向
n0 ne c
3
二. 线偏振光
光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。 又称平面偏振光
k
E
面对光的传 播方向看
光矢量的方向始终在一个平面中，但其大 小随位相而变。
4
y
分解：
Ey
E
Ex
x
Ex E cos
Ey E sin
Ex ,Ey的大小依赖于 x, y 方向的选取。 表示法：
光振动垂直板面
光振动平行板面
2
9 I0 32
27 I0 128
14
例:一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线 为轴转动P，观察通过P的光强的变化过程．
自然光或(和)圆偏振光 光，则将 若入射光是______________________ 看到光强不变； 线偏振光(完全偏振光) 若入射光是__________________________，则 将看到明暗交替变化，有时出现全暗； 部分偏振光或椭圆偏振光 ，则将 若入射光是________________________ 看到明暗交替变化，但不出现全暗．
怎么用自然光获得线偏振光部分偏振光椭圆偏振光和圆偏振光
怎么用自然光获得线偏振光部分偏振光椭圆偏振光和圆偏振光线偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光都是偏振光的种类。
自然光是一种随机产生的光，可以用来产生偏振光。
这里我们来介绍一下如何用自然光获得不同类型的偏振光。
一、线偏振光获得线偏振光的第一步是准备一个棱镜。
棱镜也叫做偏振棱镜，它的特点是有两个棱两个面，并且当光线过去的时候，它会把光线分开为两种型态。
其中一种通过棱镜被分解变成线偏振光，而另一种则沿着棱镜表面反射出去。
要获得线偏振光，可以将一份自然光从棱镜的波面传播进去，可以看到随着光的传播，光的偏振现象也出现了。
在这个过程中，我们可以看到棱镜表面会变成一枚晶格，随着距离的增加，晶格的正方形就会发送出来的光也一样在表面上会出现线偏振的现象，可以使用摄像机把它拍下来，以此来获得线偏振光。
二、椭圆偏振光要获得椭圆偏振光，需要准备一个旋转偏振滤波片。
它是一个半透明的片子，具有旋转偏振特性，这意味着当从外部把一些光线进行旋转的时候，片内的光线会由垂直向水平偏振。
要获得椭圆偏振光，先将一份自然光照射在旋转偏振滤波片上，接着不断地将这片滤光片旋转，可以看到随着角度的变化，片内会正好出现一些椭圆形的偏振现象，而且椭圆大小和光强度也会随着旋转角度而发生变化。
使用摄像机就可以把它拍下来，从而获得椭圆偏振光。
三、圆偏振光要获得圆偏振光，可以准备一个特殊的圆偏振片，它能够把光分解为圆偏振光。
为了获得圆偏振光，首先要将一份自然光线照射到圆偏振片上，然后旋转圆偏振片，随着旋转角度的增加，可以看到角度不断变化的圆形偏振现象，接着使用摄像机就可以把它拍下来，从而获得圆偏振光。
通过以上几种方法，就可以用自然光获得线偏振光、椭圆。
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
自然光线偏振光椭圆偏振光的特点
自然光线偏振光椭圆偏振光的特点文档下载说明Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 自然光线偏振光椭圆偏振光的特点can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to knowdifferent data formats and writing methods, please pay attention!自然光是我们日常生活中最为常见的光源之一，它是由各种波长的电磁波组成的，这些波是随机振荡的，因此光的振动方向在任意时刻都是随机的。
相比之下，偏振光则是指在一个特定方向上振荡的光，而椭圆偏振光则是一种特殊类型的偏振光，其振荡方向在一个平面上沿着椭圆轨迹变化。
下面我将详细介绍自然光、线偏振光和椭圆偏振光的特点。
自然光的特点。
把自然光变成平面偏振光的方法
把自然光变成平面偏振光的方法一、前言平面偏振光是指光的电矢量在某一平面内振动，而在垂直于该平面的方向上不振动。
将自然光变成平面偏振光是一种重要的光学技术，在许多领域都有广泛应用。
本文将介绍几种常见的把自然光变成平面偏振光的方法。
二、偏振片法1. 原理偏振片是指能够选择性地透过或阻止某个方向上的电场分量，从而使得通过它的光线成为单一方向上电场分量占优势的偏振光。
利用这个原理，可以将自然光变成平面偏振光。
2. 方法（1）选取一个适当大小的偏振片。
（2）将待处理的自然光通过该偏振片，调整其角度，直到透过该片后出射出来的光线成为单一方向上电场分量占优势的偏振光。
（3）记录下此时所使用的角度，以便后续使用。
（4）如果需要得到另一个方向上电场分量占优势的偏振光，则需要再次选择一个适当大小的偏振片，重复上述步骤。
三、布儒斯特角法1. 原理布儒斯特角是指入射角等于反射角时，反射光的电场分量只有一个方向。
利用这个原理，可以将自然光变成平面偏振光。
2. 方法（1）将待处理的自然光照射到一个适当大小的透明介质表面上。
（2）调整入射角度，使得反射光的电场分量只有一个方向。
（3）将反射光收集起来，即可得到单一方向上电场分量占优势的偏振光。
四、双折射法1. 原理双折射是指某些晶体在内部存在两种不同的折射率，在入射时会出现两个不同的折射方向。
利用这个原理，可以将自然光变成平面偏振光。
2. 方法（1）选取一个适当大小的双折射晶体，并确定其快慢轴方向。
（2）将待处理的自然光通过该晶体，并调整其入射角度和位置，使得出现两个不同的折射方向。
（3）选择其中一个折射方向收集起来，即可得到单一方向上电场分量占优势的偏振光。
五、旋转化法1. 原理旋转化是指利用物质对光的旋光性质，将自然光变成平面偏振光。
这种方法主要适用于具有旋光性质的物质。
2. 方法（1）选取一个具有旋光性质的物质，并确定其旋转方向和角度。
（2）将待处理的自然光通过该物质，并调整其入射角度和位置，使得出射出来的光线成为单一方向上电场分量占优势的偏振光。
自然界中的圆偏振光
自然界中的圆偏振光
一、啥是圆偏振光
嘿，同学们！今天咱们来聊聊自然界中的圆偏振光。
圆偏振光这玩意儿，简单说就是一种特殊的光。
它的电场矢量在传播过程中端点的轨迹是一个圆。
就好像一个小舞者，在光的舞台上优雅地转着圈儿。
二、自然界里的圆偏振光从哪儿来
那自然界里的圆偏振光都从哪儿冒出来的呢？比如说某些昆虫的甲壳，在特定的角度和光线下，就能反射出圆偏振光。
还有一些植物的花瓣，也可能会有这种神奇的现象。
就拿蜜蜂来说吧，它们居然能感知到圆偏振光，靠着这个本领来寻找花蜜呢。
是不是很神奇？
三、圆偏振光的神奇作用
圆偏振光在自然界里可不只是好看而已，它还有大用处呢！对于一些动物来说，圆偏振光可是它们交流和导航的秘密武器。
另外，科学家们也在研究怎么利用圆偏振光来做各种高科技的东西，像是更先进的通信技术啥的。
自然界中的圆偏振光真的是超级有趣又神秘，值得咱们好好探索！怎么样，同学们，是不是对这神奇的圆偏振光有了新的认识啦？。
偏振光产生的方法
偏振光产生的方法
偏振光产生的方法有以下几种：
1. 通过偏振片：偏振片是一种具有特定方向的光透过的光学装置。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片方向相同的光能透过，其他方向的光则被阻挡，从而产生偏振光。
2. 通过反射或折射：当光线以特定角度入射到介质界面上时，会发生反射和折射。
反射和折射现象会导致光的偏振，具体偏振方向取决于入射角度和介质特性。
3. 通过散射：当光与物体表面或介质中的微粒相互作用时，会发生散射现象。
根据散射过程中光的偏振特性，可以产生偏振光。
例如，光在大气中散射时，偏振方向与光入射方向垂直。
4. 通过受激辐射：在某些材料中，当受到外界激发或电场作用时，电子的跃迁会导致产生偏振光。
这种偏振光产生的方式被称为受激辐射。
5. 通过吸收和发射过程：某些物质在吸收特定波长的光后，会发射特定偏振方向的光，从而产生偏振光。
这种偏振光产生方式常见于染料或荧光物质。
需要注意的是，以上方法只是一些常见的偏振光产生方式，实际应用中还有其他更复杂的方法。
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•• •• •• •
图19-7
15
2.马吕斯定律 马吕斯指出,强度为Io的线偏振光,透过检偏片后, 透射光的强度(不考虑吸收)
I=Iocos2
(19-1)
式中, 是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化 方向之间的夹角。上式称为马吕斯定律。
证明如下： Io= Eo2
Eo Eocos
I=(Eocos)2 = Iocos2
2. 激光光源：受激辐射 (将在近代物理中讨论)
3.同步辐射光源
7
§19-2 光波列的频谱宽度
光波列长度: x = c t
它不是单色光，实际是由 某一中心波长o附近的许多不 同频率的单色光组成。
波列长x
由付里叶积分可以证明，频宽：v 1 t
可见, 波列愈长, 其单色性愈好。
实际谱线宽度大大超过上述自然宽度。原因
图19-8 16
例题19-1 自然光连续通过两个叠在一起的偏振 片后，透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振 片偏振化方向之间的夹角。
解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是
Io
1 2 Io
(
1 2
I
o
)
cos
2
• •• • 自然光
图19-9
由
I
1 2
Iocos2
1 4
Io
解得： =45°(or 135°)。
头“ ”表示。 Io
偏振片
1 I 2 Io
• •• •
自然光
线偏振光作起偏器,又可用作检偏器。 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过 偏振片的光, 光强无变化的是自然光; 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光; 光强有变化,但最小值为零(消光)的是线偏振光。
17
例题19-2 强度为Io自然光连续通过三个叠在一起 的偏振片A、B、C，AC，求最大透射光强。
解 设偏振片A、B偏振化方向间的夹角为，有
Io
A
• •• •
自然光
1 2 Io
B
(
1 2
I
o
)cos2
3
S EH
就能量的传输而言，光波中的电场E和磁场H 是同等重要的。但实验证明,引起眼睛视觉效应和 光化学效应的是光波中的电场,所以我们把光波中 的电场强度E称为光矢量(或光振动)。
在波动光学中, 光强定义为
I S EH o E2 E2
o
4
第 19 章
光的偏振
（Polarization of light）
偏振—研究光矢量在垂直于传播方向的平面内的 振动状态(偏振态)。
最常见的偏振光有五种:自然光、线偏振光、部分 偏振光、*椭圆偏振光和圆偏振光。
10
一.自然光 部分偏振光 线偏振光
普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子 发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发出的光的 光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度取 0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占 有优势。具有上述特性的光，称为自然光。
波动光学
(Wave motion optics)
1
引子
本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电 磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波 粒二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学 三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激 光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的 重要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和 偏振现象。
一是原子间的碰撞是激发态寿命( t)缩短；
二是运动原子发出的光有多普勒频移。
8
波列长x = c t
x = c t
v 1 t
由v=c/ , 有
c v 2 ,
λ2 x
λ
9
§19-3 光的偏振态
光波是横(电磁)波。光波中光矢量(电场)的振动 方向与光的传播方向垂直。
E 光的传播方向
H
图19-1
图19-2
• •• ••
自然光的表示法：用两个独立的(无确定相位关 系)、相互垂直的等幅振动来表示。图19-2中,圆点表 示垂直于纸面的振动,短线表示平行于纸面的振动。
11
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一部分移 去得到的光，称为部分偏振光。
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移 去得到的光，称为完全偏振光。
(4)
5
§19-1 原子发光模型
一.原子的发光
光是光源中的原子或分子从高能级向低能级跃迁 时发出的。
能级跃迁辐射
E2
v=(E2-E1)/ h 波列
E1
波列长x = c
原子发出的光是一个有限长的波列。
6
二.光 源
1.普通光源：自发辐射(随机、独立)
∵
∴
不相干(不同原子发的光)
不相干(同一原子先后发的光)
部分偏振光的表示法：
••• •
•• •• •• ••
图19-3 部分偏振光
完全偏振光(线偏振光、平面偏振光)的表示法：
••• •• ••
图19-4 线偏振光
12
*二.椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,按一定频 率旋转(左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个 椭圆,这种光叫做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是 一个圆,这种光叫做圆偏振光,如图19-5所示。这相当于 两个相互垂直的有确定相位关系的振动的合成。
2
可见光,即能引起人的视觉的电磁波,它的频率在 3.9×1014 ～ 7.7×1014Hz 之 间 , 相 应 真 空 中 的 波 长 在 7700Å~3900Å之间。不同频率的光，颜色也不同。频 率与颜色如表19-1所示。
红光 橙光 黄光 绿光 青 蓝光 紫光
表19-1 可见光的范围
7700~6200Å 3.9×1014 ~4.8 ×1014Hz 6200~5900Å 4.8×1014 ~5.1 ×1014Hz 5900~5600Å 5.1×1014 ~5.4 ×1014Hz 5600~5000Å 5.4×1014 ~6.0 ×1014Hz 5000~4800Å 6.0×1014 ~6.3 ×1014Hz 4800~4500Å 6.3×1014 ~6.7 ×1014Hz 4500 ~3900Å 6.7×1014 ~7.7 ×1014Hz
y
y
x 右旋
x 左旋
图19-5
j2-j1=p/2
j2j1 p/2
13
§19-4 偏振片 马吕斯定律
一.偏振片的起偏和检偏
偏振片的构造: 将硫酸碘金鸡钠霜晶粒定向排列 并蒸镀在透明基片上,就制成偏振片。
偏振片的特性: 能吸收某一方向的光振动而仅让 与此方向垂直的光振动通过。
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭