线偏振光经全反射后的偏振状态
光的偏振状态概述
一、线偏振光（平面偏振光或完全偏振光）
在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有
不同的振动方向 ——偏振状态 线偏振光（平面偏振光）：光矢量在传播中始终
保持在一个特定的平面上振动。
由光的传播方向和光矢量的振动方向所决定的平面称
为“振动面” 垂直
折射时，反射光和折射光一般都是部分偏振光（正
入射除外）。 当自然光以布儒斯特角 iB 入射时，其反射光为
线偏振光，光振动垂直于入射面， 折射光仍为部分
偏振光。
i
iB
r
iB r 90
返回 退出
实验证明， i = iB时，反射光 线与折射光线垂直：
光强 较弱
iB
iB r 90o
r
tan iB
是获得和检验线偏振光的最简单装置。
偏振化方向(P)：允许通过 的光振动方向。
检偏：旋转P2一周， 出射光强有两明两暗 的变化。
起偏
检偏
返回 退出
光强不变——自然光 一束光通过一 旋转的偏振片 光强变化且有消光——线偏振光
光强变化但无消光——部分偏振光
检偏器
返回 退出
二、马吕斯（Malus）定律
光强为 I1 的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为
若旋转晶体， o光不动，e光 随晶体转动。
寻常光（o光） ：恒遵守折射定律的光线。 非常光（e光） ：不遵守折射定律的光线。 o光与e光都是线偏振光，但光振动的方向不相同。
返回 退出
二、光轴 主平面 在晶体中存在一个特殊的方向，沿该方向不会
产生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴。
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。如：
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化主要涉及到两个方面：激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
1. 激光器本身的偏振特性：光纤激光器一般有两种主要的偏振状态，即线偏振和随机偏振。
线偏振激光器输出的光是具有确定的偏振方向的，通常为纵向或横向偏振。
而随机偏振激光器输出的光则是具有随机的偏振方向，没有明确的偏振特性。
2. 外界环境的影响：光纤激光器的偏振态也会受到外界环境的影响而发生变化。
例如，在通过光纤传输过程中，光纤的形变、拉伸、弯曲等因素会导致光纤中的偏振态发生变化。
外界的温度、压力、振动等因素也可能对光纤激光器的偏振态产生影响。
为了保持光纤激光器的偏振态稳定，可以采取以下措施：
- 使用偏振控制器或偏振稳定器来实现对光纤激光器输出光的偏振控制和稳定。
- 对光纤进行适当的保护和固定，减少其在环境中受到的外界影响。
- 优化光纤激光器的工作环境，例如控制温度、降低振动等。
光纤激光器的偏振态变化是一个复杂的问题，涉及到激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
合理的设计和控制可以减小偏振态变化，保持光纤激光器的稳定输出。
探讨偏振光的反射和折射问题
探讨偏振光的反射和折射问题摘要本文介绍了几种不同种类偏振光的特征以及它们在介质界面的反射与折射现象。
利用菲涅耳公式具体分析反射光和折射光的偏振状态,得出反射光的偏振状态与介质折射率、入射光的偏振态及入射角有关,折射光的偏振态与界面折射无关的结论,这有利于我们分析电磁波在自由空间或有限区域的传播特性,从而掌握整个电磁波的传播规律。
关键词偏振光;反射;折射0 引言1809年马吕斯(E·L·Malus)发现了反射光的偏振现象。
光的电磁理论建立以后,我们才进一步认识到在自由空间传播的光波是一种纯粹的横波,其电矢量和磁矢量都垂直于光的传播方向。
纵波的振动方向与波的传播方向一致,因此纵波具有轴对称性,即从垂直波传播方向的各个方向与观察纵波情况完全相同。
而横波对于传播方向的轴来说不具备对称性。
这种不对称性叫做偏振[2]。
只有横波才具备偏振的性质。
反射光和折射光的偏振现象是光学中的重要内容。
1 偏振光及其分类光的横波性表现为振动的不对称性,称光波的偏振态。
光波的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
1.1 自然光光源发出的光波不是偏振光,因原子分子发出的光波不是无限长的连绵不断的简谐波,而是一些断断续续的波列,每一波列持续时间在10-8s以下,波列间没有固定的相位关系,而且振动方向是无规的,这种光称自然光。
对于自然光Imax=Imin,P=0。
1.2 部分偏振光介于自然光和偏振光之间,可看作两个振动方向相互垂直、振幅不等的线偏振光,没有固定的相位关系。
为了定量区分,定义光的偏振度P=(ImaxImin分别是与最大振幅和最小振幅相应的光强)。
1.3 (直线)平面偏振光如果光振动矢量保持在一个平面内,如光沿y轴方向传播,光振动矢量沿Z轴,并且发生在yoz平面内,这叫(直线)平面偏振光,简称偏振光。
1.4 圆偏振光1)固定空间一点来看,每一点光矢量随时间匀速旋转,矢量长度不变,端点描绘成一个圆,光矢量旋转的频率为v;2)固定一时刻来看,空间各点的光矢量排列在一条螺旋线上;3)随时间推移,波形(螺旋线)向前传播,在传播方向上各点相位越来越落后。
光的偏振实验方法总结
光的偏振实验方法总结光的偏振是指光波在传播过程中的振动方向。
而光的偏振实验方法是一种用来研究光的偏振性质的实验手段。
本文将对常见的光的偏振实验方法进行总结和介绍。
I. 光的偏振现象简介在探讨光的偏振实验方法之前，我们首先需要了解光的偏振现象。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和非偏振光。
线偏振光是指光波振动方向只存在于一个平面内，而圆偏振光则是指振动方向按照圆周轨迹运动。
非偏振光则是指振动方向在各个方向上都有。
II. 光的偏振实验方法1. 波片法波片法是一种常见且重要的光的偏振实验方法。
其原理基于光的偏振现象，通过使用不同的波片，可以改变光波的偏振状态。
常见的波片有半波片和四分之一波片。
在实验中，我们可以通过旋转波片来改变光波的振动方向，从而实现光的偏振状态的调节和观察。
2. 偏振片法偏振片法是另一种常用的光的偏振实验方法。
它利用了具有特定光学性质的偏振片，可以选择性地透过或吸收特定方向上的光振动。
实验中，可以通过叠加两个偏振片，并调节它们之间的夹角，来观察光的偏振状态的变化。
3. 布儒斯特角测量法布儒斯特角测量法是一种利用光的偏振现象进行测量的方法。
根据布儒斯特定律，当入射光的折射角等于特定角度时，反射光变为全反射。
通过测量布儒斯特角，可以得到光的折射率以及光的偏振性质。
4. 双折射法双折射法是一种利用物质的双折射性质研究光的偏振现象的实验方法。
当光波通过具有双折射性质的物质时，会分离成两个不同方向振动的光波。
通过观察双折射晶体中不同方向光振动的现象，可以推测光的偏振状态。
5. 泽尼克斯板法泽尼克斯板是一种特殊的偏振装置，通过它可以产生特定的偏振状态。
在泽尼克斯板实验中，通过选择不同的泽尼克斯板以及旋转它们的方向，可以观察到光的偏振状态的变化。
III. 光的偏振实验的应用光的偏振实验方法在科学研究和实际应用中具有广泛的应用价值。
以下为一些常见应用领域：1. 光学仪器：光的偏振实验方法可以帮助设计和制造光学仪器，如偏振镜、偏振滤波器等。
反射和折射的偏振特性
因而
Pr =Pt =0
即反射光和折射光 仍为自然光。
R
100%
50%
0% 0
Rs
Rn
B
Rp
1
90
n1< n2
②自然光斜入射界面时，因 Rs 和 Rp、Ts 和 Tp 不相 等，所以反射光和折射光都变成部分偏振光。
R
100%
R
100%
50%
0% 0
Rs
Rn
B
Rp
1
90
n1< n2
50%
Rs
0% 0
自然光
....
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
....
.
检偏器
1. 偏振度 为便于研究，可将任意光矢量视为两个正交分量 （例如，s 分量和 p 分量）的组合，因此，任意光 波能量都可表示为
W Ws Wp
①在完全非偏振光中，Ws Wp ； ②在部分偏振光中， Ws Wp ； ③在完全偏振光中，或 Ws 0 或 Wp 0 。
(155)
由于入射的自然光能量 Win Wis Wip 且 Wis Wip
Rn
Wrs Wrp Win
= Wrs 2Wis
Wrp 2Wip
1 2 (Rs +Rp )
(156)
1）自然光的反射、折射特性 相应的反射光偏振度为
pr
Irp Irs Irp Irs
=
Rp Rs Rp Rs
rs
sin(1 sin(1
2 ) 2 )
=
n1 n1
cos1 cos1
光的偏振和光的振动方向
光的偏振和光的振动方向光是一种电磁波，它的传播方式既有波粒二象性，也有振动特性。
而光的振动方向以及偏振状态，则是光学研究中一个重要的概念。
本文将深入探讨光的偏振以及光的振动方向的相关知识。
一、光的振动方向光是由电场和磁场沿着垂直于传播方向的平面中振动而产生的。
而光的振动方向则指的是电场振动的方向，也就是光波在空间中振动的方向。
光的振动方向可以是任意方向，可以纵向或横向。
1. 纵向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向平行时，光被称为纵向振动光。
纵向振动的光可以用于激光器、光纤通信等领域。
2. 横向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向垂直时，光被称为横向振动光。
横向振动的光在自然界中比较常见，如太阳光、荧光灯等。
光的振动方向对于光的性质和应用具有重要影响。
例如，在光学偏振器中，只能使特定方向振动的光通过，而其他方向振动的光则被滤除。
这种技术广泛应用于液晶显示器和3D眼镜等领域。
二、光的偏振光的偏振指的是对于特定偏振方向的光。
在自然界中的大多数光都是自然光，它是由各种振动方向的光组成，振动方向各异，且没有固定的规律。
然而，在某些物质的作用下，光可以被偏振为特定方向的光。
这些物质可以是偏振片、光学偏振器等。
通过这些装置，可以将自然光变为特定偏振方向的偏振光。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
1. 线偏振：线偏振光的电场振动方向只沿一个固定的方向，而电磁场振动的幅值则是随时间变化的。
线偏振光可以通过特定的偏振片或光学偏振器来实现。
2. 圆偏振：圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个固定的圆轨迹旋转。
圆偏振光在许多光学应用中都具有重要作用，如旋光现象和光学相位调制等。
3. 椭圆偏振：椭圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个椭圆轨迹变化。
椭圆偏振光是线偏振光和圆偏振光两种形式的混合。
光的偏振不仅在实验室中有重要应用，还在光学通信、光储存、光学计量等领域具有广泛的应用。
结论光的偏振和光的振动方向是光学研究中重要的概念。
线偏振光经全反射后的偏振状态
此结果表明， 反射光波的电场强度 !" 的两个
" 分量 !" 分别等于入射波中相应 ! 和 !" 的振幅，
# #
分量 ! ! 和 !" 的振幅， 即是说， 在全反射中， 电 场强度的两个分量的振幅保持不变 ! 再看相位， 令
% !，" % " !"! # ! ! $! ! " # !" $!
#
#
（%&）
, ,)-. " ./0, % $ "% & ’ & , , ./0, "% & ’ & )-. " %
# # # #
% （%4） ’ , ( % * $’ 1 & 4 ’, ( % ,$ 由此我们又得出结论； 当入射光波的电矢量的两 ./0 "% # 个分量 !"! 和 !"" 的振幅相等， 并且入射角"% 和 相对折射率满足 （ %4） 式时， 反射波便是圆偏振波 ! 最后我们来讨论在光学波段由全反射产生圆偏 振的可能性问题， 由于 ./0 "% 是实数， 故由 （%4） 式 得： ’1 & 4 ’, ( % % & ， 解得 ’ % $ 2 ($ #和 ’& 由全反射条件知 ’ #， $2 & $ 故求得的相对 + %，
即在一光频段内可以划分非常多的信道相干通信时要求采用保偏光纤作传输介质使用保偏光纤能够保证线偏振光的偏振方向不变提高相干信噪比为了获得线偏振光我们知道可以让自然光以布儒斯特角入射到两种介质的分界面上反射光为线偏振光
!! !
线 偏 振 光 经 全 反 射 后 的 偏 振 状 态
光的横波性与五种偏振态解读
结论：
（1）圆偏振光可以分解为两个互相垂直 的振幅相等、相位差为 / 2 的线偏振光。 （2）可以由这两束线偏振光来代替 这束圆偏振光。
4）圆偏振光的总光强：
I A A 2A
2 x 2 y
2
5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光
（1）定义： 迎着光线传播方向观看， 若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋圆偏振光，此时： / 2 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为 左旋圆偏振光，此时： / 2
I0
自然光
P
I
1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I I0 2
若入射的自然光强为：I 0
3）试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。
自然光由无数条非相干的线偏振光组成 数密度： 单位夹角内包 含的 线偏振光的条数 ( ) 0 角内包含的线偏振 光的条数：
A
注意：
（1）只适用于线偏振光 （2）马吕斯定律公式上的 三角函数项是平方项。
5）起偏器和检偏器
起偏器：任何偏振态的光通过后透射 光都变为线偏振光的器件。 检偏器：检查入射光偏振态的器件 线偏振射光通过此器件后光 强变为零。 偏振片既是起偏器，又是检偏器。
6）一束线偏振光可以分解为两束 互相垂直的线偏振光
若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋椭圆偏振光， 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为
左旋椭圆偏振光。
6）各种相位差对应的椭圆偏振态图
（1）当坐标系为如图所示时 （2）参量方程为：
Ex Ax cos(t )
Ey Ay cos( t )
y
x
（3）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图
光的折射和反射的偏振特性
光的折射和反射的偏振特性一、引言光，作为现代科技发展的重要基础，其性质和行为一直是物理学研究的重要领域。
光的折射和反射是光最基本的性质之一，它们在日常生活中和科技应用中都有着广泛的应用。
而光的偏振现象，则是光的一种特殊性质，对于光的折射和反射过程有着重要的影响。
本文将详细介绍光的折射和反射的偏振特性，以帮助读者更深入地理解光的本质和行为。
二、光的折射和反射2.1 光的折射光的折射是指光从一种介质进入另一种介质时，由于介质的光速不同，光线会产生方向上的改变。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在以下关系：[ n_1 (_1) = n_2 (_2) ]其中，( n_1 )和( n_2 )分别是光在第一种和第二种介质中的折射率，( _1 )和( _2 )分别是光在第一种和第二种介质中的入射角和折射角。
2.2 光的反射光的反射是指光从一种介质射到另一种介质的界面上时，一部分光会返回原介质中的现象。
根据反射定律，入射角和反射角之间存在以下关系：[ _1 = _2 ]其中，( _1 )是光在第一种介质中的入射角，( _2 )是光在第二种介质中的反射角。
三、光的偏振3.1 偏振的概念偏振是指光波中电场矢量在空间中的特定方向上的振动。
与非偏振光相比，偏振光具有特定的振动方向，这使得偏振光在某些方面具有独特的性质和应用。
3.2 偏振片的应用偏振片是一种可以使得光波中的电场矢量在特定方向上振动的光学元件。
通过偏振片，可以实现对光的偏振状态的控制和调节。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，偏振片允许光通过；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，偏振片则阻止光通过。
3.3 马吕斯定律马吕斯定律是描述偏振光通过偏振片时，光强与偏振片的偏振方向之间的关系。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，光强达到最大值；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，光强达到最小值。
4.1 折射的偏振特性当偏振光通过介质时，由于介质对不同振动方向的电场矢量具有不同的折射率，因此光在折射过程中会发生变化。
大学物理偏振
表示法：
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· ·· ·
垂直板面的 光振动较强
10
四、偏振度（degree of polarization） 偏振度：
P
Ip It
Ip In I p
It —部分偏振光的总强度 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度
In —部分偏振光中包含的自然光的强度 完全偏振光 （线、圆、椭圆） P = 1 自然光 （ 非偏振光） P=0
52
方解石的光轴
53
4、主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面 叫该束光的主平面。
o光的 主平面
· · · ·
e光的 主平面 光轴
e光
光轴
o光
54
二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体 z 光轴 晶体的各 Ca 光矢量 E 平行于光轴时， 向异性： 介电常数为 z CaCO
自然光斜入射
sin i c no voΔt sin o vo
sin i c ne sin e ve
· · · · c Δ t i · · · ·
re
r0
vot vet 点波源
veΔt
o
· 晶体 · · · o
e e
光轴
在这种特殊的情况下，对e 光也可以用 折射定律。
58
28
一、双折射的概念
1、双折射： 一束光入 i n1 射到各向异性介质时， n2 折射光分成两束的现象。 (各向异 r
性介质)
o
自然光
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
n1 sin i n2 sin ro sin i e光 ： 一般不遵从折射定律 const . sin re
线偏振光进入波片后
解:(１)两尼科耳棱镜Ｎ1、Ｎ2的透振方向和波片光轴的 相对方位表示在计算题 3 解图中．自然光经过尼科耳棱 镜，成为线偏振光，强度为 I0/2 ．线偏振光的振动方向 与光轴夹角为 300 ，进入晶体后分解为 o 光和 e 光，由于 /4波片Ｃ使o光和e光产生/2的相位差，所以过Ｃ后成 为长轴延波片光轴的正右旋椭圆偏振光．
I min (1 / 4) I 0 (1 cos 2 )
屏幕上干涉条纹的可见度为
I max I min V cos 2 I max I min
线偏振的光经全反射后偏振的变化
E ……（10）
E'
n2 cos 1 i sin 2 1 n 2 n2 cos 1 i sin 2 1 n2
E ……（11）
（10） 和 （11） 就是全反射 Fresnel’s Law， 和课件中的完全一样， 只是没有考虑介质的磁性。
1
fElectrodynamics Note-by X.H. Niu
2 E || E | ……（12）
| E ' || E | ……（13）
显然，在全反射时，电场强度的两个分量的振幅不变。 另一方面，看相位的变化： 我们可以令
' E Eei ……（14）
E ' E e ……（15）
代入（10） （11） ：
且相位差要求
(2m 1) / 2 ， m=0,1,2,…
……（23）
将（23）代入（19） ：
sin 4 1 cos2 1(sin 2 1 n2 ) 0 ……（24）
2sin 2 1 cos 1 sin 2 1 n2 0 ……（25）
得： sin 1 2 n 1 n 6n 1 ……（26）
……（18）
代入（16） （17） ：
2 cos 1 sin 2 1 n 2 2n 2 cos 1 sin 2 1 n 2 ) arctan sin 2 1 n 2 cos 2 1 sin 2 1 n 2 n 4 cos 2 1 2 cos 1 sin 2 1 n 2 2n 2 cos 1 sin 2 1 n 2 2 2 2 2 2 4 2 sin 1 n cos 1 sin 1 n n cos 1 arctan ……（19） 2 2 2 2 2 2 cos 1 sin 1 n 2n cos 1 sin 1 n )( ) 1 ( 2 sin 1 n 2 cos 2 1 sin 2 1 n 2 n 4 cos 2 1 2sin 2 1 cos 1 sin 2 1 n 2 arctan 4 2 2 2 sin 1 cos 1(sin 1 n ) arctan(
第五章光的偏振线偏振光和部分偏振光
tani10 n2 n1
其中利用了折射定律， 2．布儒斯特定律（1815年）
当入射角 i1 达到某一角 i10 时，且有
反射光中只有光振动垂直于入射面的线偏振光，但折射 光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。 i i
10
10
i10 称为布儒斯特角或起偏角。 推论：反射光线与透射光线垂直
反射光能否成为线偏振光呢？
由菲涅耳公式：
rp
0
A ' p1 Ap 1
tan(i1 i2 ) , tan(i1 i2 )
当
i1 i2 90
时,
分母为无穷大,
rp 0,
由于Ap1 0，则必有
A' p1 0
A's1 sin(i1 i2 ) rs , As1 sin(i1 i2 )
i2
n1 n2
注意： 1.当入射角为布儒斯特角(起偏角) i10时，折射光是 偏振化程度最强部分偏振光，但并非线偏振光. 2.虽然反射光是垂直于入射面的线偏振光，但反射 光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量15%,即 反射偏振光非常微弱. 推论：根据光的可逆性，当入射光以 i 2 角从 n2 介质入射于界面时，此 i 2 角即为布儒斯特角 .
I I0 cos
2
注意两点：
①入射光必须是线偏振光，不是自然光； ②是与cos2α正比，而不是与cosα正比。
证明：
ON1表示入射线偏振光的振动方向，ON2表示检偏器的透 光轴方向，两者的夹角为α.入射线偏振光的光矢量振幅为 E0，将此光矢量沿ON2及垂直于ON2的方向分解为两个分 量，它们的大小分别为E0cos α和E0sin α，其中只有平行于 检偏器透光轴方向ON2的分量可以透过检偏器.由于光强和 振幅的平方成正比，所以透过检偏器的透射光强I和入射 线偏振光的光强I0之比为
光的极化与偏振现象
光的极化与偏振现象光是一种电磁波，其波动方向和能量传播方向垂直，而波动方向则使光的极化状态发生变化。
光线沿着一个特定的方向振动时，我们称其为“偏振”。
光的极化和偏振现象在光学和电磁学中具有广泛的应用和重要性。
光线的偏振主要取决于光波的振动方向。
一般情况下，光波中的电场矢量可以沿着任意方向振动，这种光称为“非偏振光”。
然而，通过适当的材料和器件，我们可以改变光波的振动方向，使其沿特定方向振动，这就形成了偏振光。
光的偏振可以分为线偏振和圆偏振两种。
线偏振光是指电场矢量在一个平面上振动的光，其中电场的振动方向垂直于光的传播方向。
圆偏振光则是指电场矢量在一个平面上按圆周轨迹振动的光，其中电场的振动方向沿着光的传播方向旋转。
光的偏振现象在日常生活中也有很多体现。
例如，太阳光经过大气层散射后，主要呈现出水平振动的偏振方向，而在云层中云粒的散射使得光线的偏振方向混乱，形成了一个弥散的光源，我们所看到的蓝天就是由散射光线的偏振效应形成的。
除了天空中的偏振现象外，偏振还在许多技术和科学领域中得到了广泛应用。
例如，偏振片是一种通过选择和控制光波的振动方向来控制光线传播和光的强度的器件。
偏振片在光学仪器中常用于减弱光源的亮度或减少反射和散射。
在液晶显示器中，偏振片也起到控制光线传播方向和调节液晶分子的作用。
除了利用偏振片控制光线，我们还可以通过偏振衰减器改变光的偏振状态。
偏振衰减器是一种可以改变线偏振光的偏振状态的器件，它可以将其中的振动方向旋转一定角度或使光波的振动方向沿垂直方向消除，从而非常有效地控制光的强度和偏振。
另一个有趣的应用是偏振光在摄影中的应用。
通过使用偏振滤镜，摄影者可以选择过滤特定偏振方向的光线，以增强颜色鲜艳度和减少反射，从而拍摄出更加丰富多彩和真实的照片。
总之，光的极化和偏振现象深入到了我们的生活和科学研究中。
通过控制光的振动方向和偏振状态，我们能够实现许多有用的应用，并且有助于我们更好地理解光的本质和行为规律。
光的偏振
y
左旋光 分 右旋光
. .
光矢量均匀转动 （以光的频率）
实际为相位差为某个确定值的两垂直方向线偏振光的合成
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
相位差 /2 y E
0
相位差 /2 传播方向 x y x
/2
z
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
3.部分偏振光
部分偏振光示意图 光矢量振动方 向的角分布不均匀
负晶体
A E 光轴 F
B E’ F’
•
O
•
e
出射两束偏振方向相互垂直的线偏光
光 轴
o, e在方向上 虽没分开，但 速度上是分开 的。
光 轴
§11-5
椭圆偏振光和圆偏振光的获得
线偏振光通过晶片，可产生椭圆偏振光 寻常光和非寻常光的振动方向 相互垂直，在入射点的初相相等。 如果出射时相位差： 2 2
二、 马吕斯定律
I0
E0 I
P E=E0cos
P
I E
2
I 0 E 02
马吕斯定律（1809）
I I 0 cos 2
若： 0，则： I max I0 I
若： ，则： 0 I 2
——消光
例1:在透振方向正交的起偏器M和检偏器N之间，插入一 片以角速度 旋转的偏振片P，入射自然光强为 I 0 ， 求:由系统出射的光强是多少？
γ
(接近线偏振光)
在以下五个图中，右边四个图表示线偏振光入射于两种 介质分界面上，最左边的一个图表示入射光是自然光。n1、 n2为两种介质的折射率，图中入射角i0＝arctg(n1/n2)，i≠i0。 试在图上画出实际存在的折射光线和反射光线，并用点或短 线把振动方向表示出来。
光的偏振性马吕斯定律
sin i const sin re e光折射线也不一定在
入射面内.
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)
102° A
光轴
B
光轴是一特殊的方向,凡 平行于此方向的直线均 为光轴. 4. 主平面和主截面 主截面: 晶体表面的法 线与晶体光轴构成的平 面.如图入射时,入射面就 是主截面.
方解石
自然光 i
n1 n2 (各向异
性媒质) ro
re e光
o光
2.寻常光(o光)和非寻 常光(e光)
o光 : 遵从折射定律
n1 sin i n2 sin ro e光 : 一般不遵从折
射定律
sin i const sin re e光折射线也不一定在
入射面内.
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。
Ex Ey I Ix Iy
•部分偏振光的表示法：
•自然光的表示法：
··
· ·· 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
某一方向的光振动比与之相垂 4.圆偏振光和椭圆偏
直方向的光振动占优势的光. 振光
偏振面随时间旋转的 光为圆或椭圆偏振光.
迎着光线看,光矢量顺时 针旋转为右旋偏振光.
(接近线偏振光)
自然光从空气→玻璃
I 7% I0
§3 双折射 偏振棱镜
一. 双折射的概念
1.双折射现象
一束光线进入某种晶体,
产生两束折射光叫双折
射.
e
e
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？
线偏振光经过界面反射后的偏振情况讨论
线偏振光经过界面反射后的偏振情况讨论
通过数值模拟计算，发现在这个值仍然不能满足圆偏振。检查之后发现我们的推导中少了 这个条件。
2
下面采用数值解法， 发现 号，右图则表示取负号）
1 2
n 1
2
n 6 n 1 只有取负号时有解。 （左图表示取正
4
2
4、总结 （1）入射线偏振光为横电波或横磁波时，反射光和折射光仍为线偏振，且偏振方向不变。 （2）入射线偏振光与光平面有一个任意夹角是，反射光和折射光仍为线偏振光，但偏振方 向发生改变。其改变情况与入射角度，以及材料的折射系数有关。 （3）当发生全反射时，如果入射光为全反角入射或掠入射，反射光仍为线偏振。而一般情 况下为椭圆偏振。满足入射光偏振角为 45°，且折射系数很大的时候会出现圆偏振。 参考文献： 《线偏振光与入射面有夹角时的偏振态》 黄红强 《线偏振光反射特点分析》刘雨龙
n 2 n1 sin
2 2 2
n 2 n1 sin
2 2 2
E0s
E0s
''
2 n1 cos n 2 n1 sin
2 2 2
'
E0s
TM 波
E
' 0p
Z 1 cos Z 2 cos Z 1 cos Z 2 cos 2 Z 1 cos Z 1 cos Z 2 cos
- 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)。
在光纤通信中， 相干光通信具有选择性好， 灵 敏度高的优点
［!］
何意义 # 由于光纤通信一般是将要传输的电信号通过 调制成光信号进行传输的， 到端点再通过解调把 光信号解调成电信号， 所以我们考虑反射波中的
［(］ 电矢量 & ， 由菲涅耳公式 知
#
， 即在一光频段内可以划分非常
多的信道 # 相干通信时要求采用保偏光纤作传输 介质， 使用保偏光纤能够保证线偏振光的偏振方 向不变， 提高相干信噪比 # 为了获得线偏振光， 我 们知道， 可以让自然光以布儒斯特角入射到两种 介质的分界面上， 反射光为线偏振光； 也可让自然 光通过偏振片等手段来实现 # 线偏振光在光纤中 传输利用全反射原理， 线偏振光经过介质全反射 后其偏振状态是否不变？即是否仍为线偏振光？ 若偏振状态改变， 怎样改变？怎样才能使其偏振 状态不变， 下面来具体讨论 # 线偏振的光波从介质 ! （ 折射率为 !! ） 入射 到介质 " （折射率为 ! " ） 的交界面上，!! " !" ， 入 射角为!! ， 折射角为!" ， 发生全反射时的临界角 为!# ， 由斯涅耳定律知 # !! -./ !! $ !" -./ !" ， 由
#
此结果表明， 反射光波的电场强度 !" 的两个
" 分量 !" 分别等于入射波中相应 ! 和 !" 的振幅，
# #
分量 ! ! 和 !" 的振幅， 即是说， 在全反射中， 电 场强度的两个分量的振幅保持不变 ! 再看相位， 令
% !，" % " !"! # ! ! $! ! " # !" $!
#
#
（%&）
计来规范实验教学管理 ! 实验室基本信息的规范化、 科学化、 现代化管 理是一项需要常抓不懈、 不断实践、 不断完善的系 统性工程， 要真正实现这一目标管理还需在今后 的工作中付出更多更艰辛的劳动， 不断提高管理 水平， 更好地为教学科研服务 !
［参考文献］
［$ ］ 张宝书 ! 北京高校基础课教学实验室 评估指南 ［ %］ !北 京： 北京航空航天大学出版社， $&&’ !$(’! ［# ］ 国家教委 ! 高等学校实验室工作规程 ［ )］ !$&&#! ［"］ 余孟华 ! 加强 大型 仪器设 备档 案管理 促 进 “#$$ 工程 ” 建设 ［ *］ ! 实验室研究与探索， #+++（ ，,） !$-$ !
66789:
",
出发来讨论问题 ! 由 （"） 式和 （ #） 式得 !
" !
#
!! ， !
" "
#
!"
#
（$）
!） 或掠入射时 （" 时， 反射光波的偏振状态 % # , 才是线偏振的 ! 在入射光波电场强度 ! 的两个分 量的振幅 相等 （即 ! ! # ! " ） 时， 由 （$ ） 式知， 反射波 两个分量振幅也是相等的， 即 !"! # 时， 如果相位差 !" ， 这 "
［"］ 于 ! ! " !" ， 则!! % !" ， 如果入射角! ! 满足
-./ ! ! 23-! " ( -./ ! 23! !" ) -./ ! ! 23-! ! ( &’% $ -./ 23! ! !" ) 为讨论方便， 令 ! $ !" &’$ $ ! -./ ! !!
23-!! -./ ! " （"） &$ 23-!! -./ ! " -./!! 23- ! " （(） &% -./!! 23- ! " !! ，! 代表介质 " 对介
, ,./0, ./0, " % )-." % $ " % & ’ # ’()*+ 1 , , , ./0"% & )-." （ % ./0" % & ’ ）
# #
[
]
（%2）
当 ! 为 ! 的整数倍时 ! ! 和 ! " 合成为线 偏振光波 ! 把这个条件代入 （ %2） 式得
, ./0, ./0, # & " % )-." %$ " % & ’
由 （ "） 式和 （#） 式得 !! # ’()*+ !" # ’()*+ ,)-. " ./0, "% & ’ , % $ ./0, "% & ’, & )-., "%
, , ,
，) # &， （%3） %， ,， 2… ! #（, ) ( %）! , 则反射波便为圆偏振波， 把 （ %3） 式代到 （%2） 式， 得
, , ’ , & )-. " ./0, % $ "% & ’ , , 1 , ./0 " % & ’ & ’ )-." %
折射率为 ’ & $ 2 &$ # ’ & , 1%, ! 设介质 % 是透 明介质 （如玻璃） ， 介质 , 是空气， 则要使光从透明 介质到空气发生全反射而产生圆偏振光， 那么该 透明介质的折射率应为 % % % ， 除 ’ & , 1%, # , , 1%1 了金刚石的折射率能达到这个值外， 一般透明物
, , , , ,
(
)(
)
体的折射率都比这个值小， 由此我们得出结论： 线 偏振光从一般透明介质到空气的全反射不可能产 生圆偏振光 ! 注意， 上述结 论是指 % 次全 反射， 它的 意义 是， 在 % 次这样的全反射中， 相位差达不到 ! ! 但 , 是， 在适当的条件下， 连续 , 次全反射， 它们各自 的 ! 之和可以达到 ! ! 菲涅耳就是根据这个道理 , 创造出菲涅耳棱镜， 使光在其中接连发生 , 次全 反射而产生圆偏振光的 ! （下转第 ,$ 页）
质 ! 的相对折射率 # 把 ! 代入斯涅耳定律中得 -./ !" $ 23- ! " $ （$）
! " （,） -./ ! ! !" 由斯涅耳定律知， 发生全反射时， 所以 -./ ! ! " ! ，
&
!(
!" （!） ! ! "! # $ 012-./ !! 便发生全反射 # 在发生全反射时， 斯涅耳定律和菲 涅耳公式仍然成立 # 这是因为， 这些关系式都是由 麦克斯韦方程组和边值关系推导出来的， 是普遍 成立的， 但这时由斯 涅耳定律得 出的 !" 不是 实 数， 所以 ! “折射角” 这个直观的几 " 此时便失去了
【编校： 饶咬成】
!"#’ $ %"$&’ ()*+,-".&+) /+001’.&+) ")2 3")"41-1). &) 5&461, 728’".&+) ()$.&.8.1$
%. /012 3 45
（67895:9 ;<=0>?@<1? ， AB18012 C<0:7<>’ 9 DE44<2<，;01F5012GEB --#H++，D7510） 9#$.,"’.： /095: 51IE>@0?5E1 @0102<@<1? 59 ?7< J095: ?09G 51 ?7< @0102<@<1? EI ?7< 40JE>0?E>8 51 7527<> <KB:0?5E1 519?5?B?<9! C7< K59:B995E1 59 @0K< E1 ?7< L04B< 01K IB1:?5E1 EI ?7< J095: 51IE>@0?5E1 @0102<@<1? 51 ?7< 40JE>0?E>8! .1K @E>< 51L<9?520?5E1 59 @0K< 51?E ?7< 9:E=<， @<?7EK9，@0102<@<1? 01K 0==45:0?5E1 EI J095: 51IE>@0?5E1 :E44<:?5E1 ! :1; <+,2$ ： 40J；51IE>@0?5E1； :E44<:?5E1； @0102<@<1?
［收稿日期］ "&&" 5 &4 5 !&
! " （+） -./!! ( ! !" 将 （ $） 式和 （+） 式分别代入 （" ） 和 （ (） 式中消去 !" ， 23- ! " $ *
&
得 &’$ $ &’% $ 23- ! -./" !! ( !" ! ( *& 23- ! -./" !! ( !" ! ) *& &$ （%）
, , , 出所需条件为： （ ./01 " % & )-." % ./0 " % & ’ ） # &； , ,./01 （ ’, ( %） ./0, " % & "% ( ’ ! 由此解出 ./0" % )-."% $ ./0 "% & ’ （%,） ./0, "% & ’, & ’1 )-., " % 由以上两式可见， 在全反射时， 电场强度垂直于入 射面的相位变化 !! ， 与平行于入射面的分量的 相位变化!" 是不相等的 ! 入射光波 是线偏振波时， 它的两 个分量 ! ! 和 ! " 的相位是相同的 ! 经过全反射后， 反射波的 两个分量 !"! 和 ! " 的相位便不再相同， 它们的 " 相位差为 ! # !! & !" # ’()*+ ’()*+