第24章-光的偏振PPT课件
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第24章 光的偏振（Polarization of light）
§24.1 光的偏振状态
△§24.2 线偏振光的获得与检验
§24.3 反射和折射光的偏振
§24.4 由散射引起的光的偏振（自学）
§24.5 双折射现象
☆§24.5 椭圆偏振光和圆偏振光
☆§24.6 偏振光的干涉
☆§24.7 人工双折射
☆§24.8 旋光现象
线偏光
-
9
§24.2 线偏振光的获得与检验
一、起偏 ——从自然光获得偏振光
▲ 起偏器（polarizer）：起偏的光学器件
▲ 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
▲ 偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）
• 微晶型：
非·偏·振·光
光轴 线偏振光
• 分子型：
入射 电磁波
-
线栅起偏器
电气石晶片
y x z z
▲ 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。
▲ 制成偏光眼镜，可观看立体电影。 ▲ 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与
地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片，
可以避免汽车会车时灯光的晃眼。
-
17
§24.3 反射和折射光的偏振
一、反射和折射时光的偏振
n1····i
i
····
P S
分量 分量
n2 r ·
有
tg i0
n2 n1
n21
— 布儒斯特定律 （1812年） （Brewster Law）
思考 这时自然光沿折射线反向入射产生的
[例1] 在双缝干涉实验中,用单色自然光,在屏上形成
干涉条纹.若在两缝后放一个偏振片,则
(1)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度加强.
(2)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度减弱. (2)
(3)干涉条纹的间距变窄,但明纹的亮度减弱.
(4)无干涉条纹
[例2] 两偏振片堆在一起,一束自然光垂直入射其上时
没有光线通过.当其中一偏振片慢慢转动 180
时透射光强度发生的变化为:
(1)光强单调增加.
(2)光强先增加.后又减小至零.
(2)
(3)光强先增加.后减小,再增加.
(4)光强先增加.-然后减小,再增加,再减小至零. 14
[例3]
在两块正交偏振片P1、P3 之间插入另一块偏振片P2， 光强为I0 的自然光垂直入 射于偏振片P1，求转动P2 时，透过P3的光强I与转角 α的关系。
y x，y 振幅相同，
y
相位差不等于 0，
相位差 /2或3 /2
/2，， 3 /2
x
和 2
x
反之，线偏振光则可以看成是两束频率相同、
相位相同、振幅相同、
传播方向亦相同的 左、
·
右旋圆偏振光的- 合成。
6
二、自然光（natural light） 特点：
非相干
没有优势方向
自然光的分解
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。
-
1
序言：
一、光的偏振性
1. 横波和纵波的区别——偏振
• 纵波：振动方向与传播方向一致,不存在偏振问题；
• 横波：
垂直,存在偏振问题。
定义：振动方向对
于传播方向的不对
称性称为偏振性。
说明：只有横波才
具有偏振现象,偏
振现象是横波区别
于纵波的最明显的
特征。
-
2
2. 光的偏振性：
光矢量的振动相对于传播方向的不对称性， 称为光的偏振性。
Ex Ey IIxIy2Ix
自然光的表示法： · · ·
-
7
三、部分偏振光
自然光和完全偏振光的混合,就构成了部分偏 振光。 这种部分偏振光，它可以分解如下：
非相干
分解
表示法：
··
平行板面的 光振- 动较强
·· ····
垂直板面的
光振动较强
8
光矢量末端的运动轨迹是椭圆或圆。
椭 圆 偏 振 光
圆偏振光
[解] 透过各偏振片的光振幅 矢量如图示，其中α为 P1与P2的偏振化方向间 的夹角。
光强为I0的自然光通过
偏振片P1后,光强- 为
15
根据马吕斯定律，通过P2的光强为：
通过P3的光强为：
思考 : 当偏振片P2旋转一周，出射光 强经历几明几暗？
-
来自百度文库16
四、偏振片的应用
偏振片的应用很多，例如：
▲ 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。
自然光反射和折射后成为部分偏振光
入射角i变 反射、折射光的偏振度也变。
-
18
i = i0 时，反射光只有S分量：
n·1···i0
n2 r0
线偏振光
i0····S
i0 +r0 = 90
·
i 0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由 n 1si0n n 2sir0n n 2cio 0 s
振光强度变化的规律；
•1810年被选为巴黎科学院院士，曾获
得过伦敦皇家学会奖章。
•1811年,他发现折射光的偏振.提出了
确定晶体光轴的方法,研制成一系列
偏- 振仪器。
11
2.马吕斯定律（Malus law）
I0
P I
E0 P
E = E0cos
I0E02 , IE2E02co2s I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
Ex x Ey Esin
4
2.圆偏振光和椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光 -
右旋椭圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
线、圆和椭圆偏振光均称
为完全偏振光。
5
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
传播方向一致、 振动方向相互垂直、 相位差
为某个确定值的线偏振光的合成。
10
▲ 线偏振光的起偏： P
··· 非偏振光I0
线偏振光 I
偏振化方向
二、马吕斯定律（Malus law）（通光方向）
1 I 2 I0
1. 马吕斯简介 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
•法国物理学家及军事工程师。出生于
巴黎。
•1808年发现反射光的偏振，确定了偏
0 ， IIma x I0
，I 0 —— 消光
2
-
12
三、线偏振光的检偏
检偏：用偏振器件检验光的偏振态
检偏器：人的眼睛不能区分自然光与偏振光,用 于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器
设入射光可能是自然光 或
P
线偏振光或由线偏振光与自 待检光
I
然光混合而成的部分偏振光 ?
旋转
思考 ● 若 I 不变 ？是什么光 ● 若 I 变，有消光 ？是什么光 ● 若 I 变- ，无消光 ？是什么光 13
二、偏振态的分类
1、自然光 2、完全偏振光 3、部分偏振光
(1)线偏振光 (2)圆偏振光和椭圆偏振光
-
3
§24.1 光的偏振状态
一、完全偏振光 1.线偏振光（linearly polarized light）
E
u·
线偏振光可沿两个相 互垂直的方向分解
表示法：
-
面对光的传播方向看
y
Ey E
ExEcos
§24.1 光的偏振状态
△§24.2 线偏振光的获得与检验
§24.3 反射和折射光的偏振
§24.4 由散射引起的光的偏振（自学）
§24.5 双折射现象
☆§24.5 椭圆偏振光和圆偏振光
☆§24.6 偏振光的干涉
☆§24.7 人工双折射
☆§24.8 旋光现象
线偏光
-
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§24.2 线偏振光的获得与检验
一、起偏 ——从自然光获得偏振光
▲ 起偏器（polarizer）：起偏的光学器件
▲ 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
▲ 偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）
• 微晶型：
非·偏·振·光
光轴 线偏振光
• 分子型：
入射 电磁波
-
线栅起偏器
电气石晶片
y x z z
▲ 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。
▲ 制成偏光眼镜，可观看立体电影。 ▲ 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与
地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片，
可以避免汽车会车时灯光的晃眼。
-
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§24.3 反射和折射光的偏振
一、反射和折射时光的偏振
n1····i
i
····
P S
分量 分量
n2 r ·
有
tg i0
n2 n1
n21
— 布儒斯特定律 （1812年） （Brewster Law）
思考 这时自然光沿折射线反向入射产生的
[例1] 在双缝干涉实验中,用单色自然光,在屏上形成
干涉条纹.若在两缝后放一个偏振片,则
(1)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度加强.
(2)干涉条纹的间距不变,但明纹的亮度减弱. (2)
(3)干涉条纹的间距变窄,但明纹的亮度减弱.
(4)无干涉条纹
[例2] 两偏振片堆在一起,一束自然光垂直入射其上时
没有光线通过.当其中一偏振片慢慢转动 180
时透射光强度发生的变化为:
(1)光强单调增加.
(2)光强先增加.后又减小至零.
(2)
(3)光强先增加.后减小,再增加.
(4)光强先增加.-然后减小,再增加,再减小至零. 14
[例3]
在两块正交偏振片P1、P3 之间插入另一块偏振片P2， 光强为I0 的自然光垂直入 射于偏振片P1，求转动P2 时，透过P3的光强I与转角 α的关系。
y x，y 振幅相同，
y
相位差不等于 0，
相位差 /2或3 /2
/2，， 3 /2
x
和 2
x
反之，线偏振光则可以看成是两束频率相同、
相位相同、振幅相同、
传播方向亦相同的 左、
·
右旋圆偏振光的- 合成。
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二、自然光（natural light） 特点：
非相干
没有优势方向
自然光的分解
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。
-
1
序言：
一、光的偏振性
1. 横波和纵波的区别——偏振
• 纵波：振动方向与传播方向一致,不存在偏振问题；
• 横波：
垂直,存在偏振问题。
定义：振动方向对
于传播方向的不对
称性称为偏振性。
说明：只有横波才
具有偏振现象,偏
振现象是横波区别
于纵波的最明显的
特征。
-
2
2. 光的偏振性：
光矢量的振动相对于传播方向的不对称性， 称为光的偏振性。
Ex Ey IIxIy2Ix
自然光的表示法： · · ·
-
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三、部分偏振光
自然光和完全偏振光的混合,就构成了部分偏 振光。 这种部分偏振光，它可以分解如下：
非相干
分解
表示法：
··
平行板面的 光振- 动较强
·· ····
垂直板面的
光振动较强
8
光矢量末端的运动轨迹是椭圆或圆。
椭 圆 偏 振 光
圆偏振光
[解] 透过各偏振片的光振幅 矢量如图示，其中α为 P1与P2的偏振化方向间 的夹角。
光强为I0的自然光通过
偏振片P1后,光强- 为
15
根据马吕斯定律，通过P2的光强为：
通过P3的光强为：
思考 : 当偏振片P2旋转一周，出射光 强经历几明几暗？
-
来自百度文库16
四、偏振片的应用
偏振片的应用很多，例如：
▲ 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。
自然光反射和折射后成为部分偏振光
入射角i变 反射、折射光的偏振度也变。
-
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i = i0 时，反射光只有S分量：
n·1···i0
n2 r0
线偏振光
i0····S
i0 +r0 = 90
·
i 0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由 n 1si0n n 2sir0n n 2cio 0 s
振光强度变化的规律；
•1810年被选为巴黎科学院院士，曾获
得过伦敦皇家学会奖章。
•1811年,他发现折射光的偏振.提出了
确定晶体光轴的方法,研制成一系列
偏- 振仪器。
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2.马吕斯定律（Malus law）
I0
P I
E0 P
E = E0cos
I0E02 , IE2E02co2s I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
Ex x Ey Esin
4
2.圆偏振光和椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光 -
右旋椭圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
线、圆和椭圆偏振光均称
为完全偏振光。
5
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
传播方向一致、 振动方向相互垂直、 相位差
为某个确定值的线偏振光的合成。
10
▲ 线偏振光的起偏： P
··· 非偏振光I0
线偏振光 I
偏振化方向
二、马吕斯定律（Malus law）（通光方向）
1 I 2 I0
1. 马吕斯简介 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
•法国物理学家及军事工程师。出生于
巴黎。
•1808年发现反射光的偏振，确定了偏
0 ， IIma x I0
，I 0 —— 消光
2
-
12
三、线偏振光的检偏
检偏：用偏振器件检验光的偏振态
检偏器：人的眼睛不能区分自然光与偏振光,用 于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器
设入射光可能是自然光 或
P
线偏振光或由线偏振光与自 待检光
I
然光混合而成的部分偏振光 ?
旋转
思考 ● 若 I 不变 ？是什么光 ● 若 I 变，有消光 ？是什么光 ● 若 I 变- ，无消光 ？是什么光 13
二、偏振态的分类
1、自然光 2、完全偏振光 3、部分偏振光
(1)线偏振光 (2)圆偏振光和椭圆偏振光
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§24.1 光的偏振状态
一、完全偏振光 1.线偏振光（linearly polarized light）
E
u·
线偏振光可沿两个相 互垂直的方向分解
表示法：
-
面对光的传播方向看
y
Ey E
ExEcos