区分自然光、偏振光、部分偏振光依据和所用器件

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3-1 自然光和偏振光

n2
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.

工程光学讲稿(偏振)10

o光 e光光轴
Vo Ve时为
e光
o光
Optical axis
正晶体：no ne，e光波面（椭球面）在o光波面（球面）之内。负晶体：no ne，o光波面（球面）在e光波面（椭球面）之内。
49
三、用惠更斯原理解释双折射现象图1、光线垂直入射时的双折射现象 a)晶体表面垂直于光轴 b)晶体表面平行于光轴图2、光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象 a) 光轴在入射面内 b) 光轴垂直于入射面
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
16
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
17
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
18
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
束光拦掉，便得到线偏振光。
13
§15－3 马吕斯定律(Malus’ law)
起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光的偏振器件。
检偏器（ Analyser ）：用来检验偏振光的偏振器件。
如果一入射线偏振光的电矢量
振动方向和检偏器的透光轴成 q 角，则通过检偏器之后的光强 I 为：
A0cosq

38
§15－4 光双折射现象
一、晶体(Crystal)的双折射(Birefringence)现象
1.双折射现象
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)。ห้องสมุดไป่ตู้

如何区分自然光和圆偏振光

如何区分自然光和圆偏振光区分自然光和圆偏振光组成的部分偏振光与自然光的具体方法如下。

一、通过震动的规律来区别1、自然光不直接显示偏振现象。

它包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向，所以不显示出偏振性。

若直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向，并且沿着各个方向振动的光波强度都相同的光就是自然光。

且自然光由七种颜色光组成，分别是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。

在观察自然光的时候，自然光线偏振光的末端是没有规律的，时而向上，时而左下，无法预知出下一次振动在什么地方，但在某一时间节点上，自然光依然是一个线偏振的光。

2、线偏振光，在大量时间段上，只朝一个方向振动。

不论时间如何推移，总能被预测出下一次振动，还是朝这个方向，圆或者椭圆偏振光。

在大量时间段上，其振动情况始终是围绕着一个圆圈在转动，总能通过上一次的观察预测到他下一次振动将转过多少，最终能知道他的振动方向会画成一个有规律的圆或者椭圆。

二、通过观察玻片上明暗变化来区别在光源与光屏之间加一块偏振片，将偏振片旋转一周进行观察，若光强随偏振片的转动没有变化,这束光是自然光或圆偏振光。

自然光通过后还是自然光。

如果用偏振片进行观察时,光强随偏振片的转动有变化但没有消光，则这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。

这时可将偏振片停留在透射光强度最大的位置,在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行。

再次转动偏振片会若出现两次消光,即为椭圆偏振光，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光,则为部分偏振光。

光的折射的定律1、折射光线和入射光线分居法线两侧，法线居中，与界面垂直。

2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。

3、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性质：折射角小于入射角，真空中的角总是大的，其次是空气。

4、当光线从其他介质斜射入空气时，折射角大于入射角。

总结为：谁快谁大。

即为光线在哪种物质中传播的速度快，那么不管那是折射角还是入射角都是较大的角，在真空中的角度总是最大的。

1-2自然光、线偏振光、部分偏振光

2
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：

鉴别各种偏振光的办法

两明两暗但暗方位与未插/4 时不同
判断
圆偏振光
自自圆然然+ 偏椭圆光光光偏光
自线自椭圆然 + 偏然+ 偏光光光光
偏振光通过 1/4 波片后偏振态的变化
入射光线偏振光
线偏振光线偏振光圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光
四分之一波片方位
出射光
快轴与入射光振动方向平行或垂直
(1) Babinet补偿器(Babinet compensator) 两个光轴相互垂直并且都平行于端面的劈形晶体斜面相接
Babinet补偿器
入射光
透射光
例: 用1/4 波片和偏振片确定一束单色椭圆偏振光的状态
（椭圆取向、旋向）
1/4波片
分析步骤：
椭圆主轴
1. 不放波片，旋转偏振片，确定椭圆主轴取向；
快轴
偏振片
2. 在偏振片前插入波片，波片的快轴与椭圆主轴一致，
出射光应为线偏振光；
透光轴
3. 旋转偏振片，确定线偏振光的振动方向，其方向与波片的快慢轴的相对取向决定椭圆偏振光的旋向。
光程差: n o d 1 n e d 2 n o d 2 n e d 1 n o n e d 1 d 2
自然光光强不变（待定）圆偏振光
2、自然光和圆偏振光的检定
用¼ 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光
自然光
自然光
光强不变为自然光
圆偏振光
线偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
光强变化且消光圆偏振光
3、部分偏振光和椭圆（正椭圆）偏振光的检定
部分偏振光
部分偏振光
椭圆偏振光
线偏振光
¼ 波片

大学物理课件-自然光和偏振光

作業練習十八、九
1
四、偏振光的應用
光的偏振在科學技術及工業生產中有著廣泛的應用。比如在機械工業中，利用偏振光的干涉來分析機件內部應力分佈情況，這就是光測彈性力學的課題。在化工廠裏，我們可以利用偏振光測量溶液的濃度。偏光干涉儀、偏光顯微鏡在生物學、醫學、地質學等方面有著重要的應用。在航海、航空方面則制出了偏光天文羅盤。
尼科耳棱鏡可用於起偏和檢偏
M
e光
N
e光
最明
00
M
N
最暗
900
1
i0
i0
i0
i
i
i
1
例1 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角i0，問在介面1、2的反射光是什麼光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空氣 1 線偏振光 2
1
例2 一束自然光以某一入射角入射到玻璃上，這時反射光成為偏振光，折射角為320，求(1)入射角；(2)玻璃的折射率。
解：(1) (2)
結論：大量原子所發出的光的合振動的振動面是隨機的，且各個方向的幾率相同。
觀測光向量在各個方向的平均值,沒有哪一個方向佔優勢,也沒有在任何時間段內佔優勢,即這種光在時間上具有均勻性,在空間上具有對稱性.這1 就是自然光.
1 自然光：一般光源發出的光中，包含著各個方向的光向量
在所有可能的方向上的振幅都相等(軸對稱)這樣的光叫自然光。
光軸 1020 A
1020 1020
780
780
B 光軸
1
主截面：在晶體內，晶體光軸與晶面法線方向構成的平面。
o光的主平面：在晶體中o光與光軸所組成的平面叫做o光的主平面。
e光的主平面：在晶體中e光與光軸所組成的平面叫e光的主平面。實驗表明：o光的振動方向垂直於其主平面，e光的振動方向在其主平面內。

鉴别各种偏振光的办法

5.8 偏振态的实验检验
光的偏振获取
用一片已知透振方向的偏振片和一片已知光轴方向的/4波片可以将前面所讨论过的7种偏振态的光进行鉴别和检验,鉴别的方法列于下表中。
1、平面偏振光的检定
仅用一个检振器，可唯一确定平面偏振光
被检光
有消光：平面偏振光
光强变化无消光
部分偏振光
（待定）椭圆偏振光
旋转偏振片
d1d2: 可变
缺点：
光程差可调可变
1、由于交界面为斜面，在此界面上的不同折射，会使两个垂直振动的传播方向分开，引起光束的发散；
2、要求入射光束很细。
（2）Soleil补偿器(Soleil compensator)
n o n e d 1 d 2
自然光光强不变（待定）圆偏振光
2、自然光和圆偏振光的检定
用¼ 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光
自然光
自然光
光强不变为自然光
圆偏振光
线偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
光强变化且消光圆偏振光
3、部分偏振光和椭圆（正椭圆）偏振光的检定
部分偏振光
部分偏振光
椭圆偏振光
线偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
一般椭圆偏振光的检定不加讨论
光强变化无消光部分偏振光
光强变化且消光椭圆偏振光
待测光波垂直入射
转动偏振片
在偏振片前放1个1/4波片。转动偏振片
光
有
强
消
不
光
变
现
象
光
强
有
为在偏振片前放1个1/4波片，快轴
零
沿光强极大或极小方向。
的
转动偏振片
极

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。

线偏振镜(PL)和圆偏振镜(CPL)的原理与使用

线偏振镜(PL)和圆偏振镜(CPL)的原理与使用我们知道，光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。

它与无线电波没有本质的区别，仅波长更短一些而已。

这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。

声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。

图一：光是一种电磁波横波有一个特性，就是它的振动是有极性的。

在与传播方向垂直的平面上，它可以向任一方向振动。

我们一般把光波电场振动方向作为光波振动方向。

如果一束光线都在同一方向上振动，我们就称它们是偏振光，或严格一点，称为完全偏振光。

一般的自然光在各个方向振动是均匀分布的，是非偏振光。

但是，光滑的非金属表面在一定角度下(称为布儒斯特角，与物质的折射率有关)反射形成的眩光是偏振光。

偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。

我们称这种光线为部分偏振光。

部分偏振光是有程度的。

偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。

在以下的原理性讨论中，我们将不严格区分偏振光和部分偏振光。

图二：自然光和部分偏振光许多偏振光在摄影中是有害的。

玻璃表面的反射光，使我们拍摄不到玻璃橱窗里面的东西，水面的反射光使我们拍摄不到水中的鱼，树叶表面的反射光使树叶变成白色，等等。

晴空的蓝天在与太阳方向成90度的垂直方向散射的也是偏振光，它使蓝天变的不那么幽深。

如果消除了这些偏振光，许多照片会显得颜色更加饱和，画面更加清晰。

能够滤除偏振光的滤镜叫做偏振镜。

普通的偏振镜叫做线偏振镜(PL镜)。

把偏振镜装到镜头的前端，仔细旋转偏振镜，使得有害眩光减至最小甚至消失，这样就能拍摄出没有眩光的照片了。

如果拍摄蓝天，天会显得更蓝、更暗。

偏振镜不止滤掉了偏振光，还把非偏振光中的与偏振光振动方向相同的部分也滤掉了。

所以，使用偏振镜以后，一般要增加一档以上的曝光量。

但是，在AF(自动聚焦)和AE(自动曝光)相机中，一部分光线要被反射到测光元件上去。

光的偏振

光的偏振光是一定波段范围的电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。

我们的眼睛能够看到的只是电磁波中的一个很小的波长范围，即400纳米到700纳米左右，这个范围的电磁波称为可见光。

电磁波的振动方向与传播方向是垂直的，我们称之为横波。

横波就必然有一个偏振的问题。

由于同光学发展历史有关的原因，人们常把磁矢量的方向叫做偏振方向，并把磁矢量的传播方向所决定的平面叫做偏振面。

一、几种偏振光（1）非偏振光：虽然光从本质上来说是偏振的，但是自然界的大多数情况下，光表现出非偏振的。

这是因为我们所看到的自然光（如太阳光，灯光）是由许多光波串组成的。

这些光波串中每一串都是偏振的，但是它们的偏振方向是随机的，不断变化着的。

在我们的观察时间段里平均后，在任何一个方向上都没有优势。

非偏振光也叫自然光。

（2）线偏振光：让自然光通过一个起偏振器件（比如某些晶体）后，只有一个方向的偏振光能够通过这个器件，我们就得到了线偏振光。

线偏振光的振动方向是确定的。

你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。

再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。

如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。

这时，那座篱笆对你的波来说是"透明的"。

但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

（3）部分偏振光：如果线偏振光中混有一部分自然光，也就是说，这种光包含着各种方向的偏振光，而在某一方向的上体现出偏振的优势。

这就是部分偏振光。

（4）园偏振光：这种光的偏振方向是有规律的旋转着的。

而光矢量在旋转过程中的强度是保持一定的。

也就是光矢量是沿着一个园旋转的。

这就是园偏振光。

在我们的观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样的。

但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。

光的偏振与偏振光

光的偏振与偏振光光的偏振是指光波的振动方向。

光波是一种横波，振动方向垂直于波的传播方向。

偏振光则是指光波中仅具有特定方向振动的光。

1. 偏振光的产生光的自然光是无偏振状态的光，其中的光波振动方向呈无规律分布。

要产生偏振光，需要经过特定的装置来选择性地将振动方向进行约束。

2. 偏振器偏振器是一种能够选择性透过特定偏振方向的光的装置。

常见的偏振器包括偏振片和偏振镜。

偏振片是由有机或无机材料制成的，当光线垂直于偏振片的主轴方向传播时，光的强度最大；而光线平行于主轴方向传播时，光的强度最小。

偏振镜则是利用反射来实现偏振效果。

3. 偏振光的应用由于偏振光具有特定的振动方向，因此在许多领域中得到了广泛应用。

- 偏振光在光学显微镜中的应用：偏振光显微镜通过选择性地透过特定方向振动的光，可以增强对样品的细节观察，提高图像的对比度。

- 偏振光在液晶显示技术中的应用：液晶显示器利用偏振光与液晶分子的相互作用来控制光的传递和阻止，从而实现像素的控制和图像显示。

- 偏振光在光通信中的应用：光通信利用光作为信号的传输媒介，通过控制光的偏振状态来实现信息的编码和解码。

- 偏振光在光偏振显微成像中的应用：光偏振显微成像技术通过记录和分析物体对偏振光的旋转和偏振状态的变化，可以获得物体的不同性质和结构信息。

4. 光的偏振现象光的偏振现象具有许多有趣的性质和现象，其中包括：马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振现象在天体观测中的应用等。

总结：光的偏振与偏振光是光学领域中重要的概念和现象。

通过适当的装置和技术，我们可以选择性地产生和操控偏振光，从而应用于多个领域，如显微镜观察、液晶显示、光通信和光偏振显微成像等。

光偏振的研究和应用不仅扩展了我们对光的认识，也推动了科学技术的发展。

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。

自然光`圆偏振光`椭圆偏振光`自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院

自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院07级王进光20071001119一. 各种光的产生概念自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。

这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。

自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。

如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。

偏振光电矢量E的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。

获得线偏振光的方法由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束．剩余的一束就是平面偏振光。

尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一(图1)。

它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成。

偏振面平行于晶体主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反对而被除掉。

图 2图一2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图2所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度。

因此，经过厚度为d 的晶片后，o光和e光之间将产生相位差δ：（1）式中表示光在真空中的波长，n0和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。

（1）如果晶片的厚度使产生的相差，这样的晶片称为1/4波片。

平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；但当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。

换言之，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。

偏振光与自然光的区别

偏振光与自然光的区别光是一种电磁波，电磁波是横波。

而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。

通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。

这种光叫做自然光。

光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。

通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。

如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。

由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。

自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。

这是由于XP-800P偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。

通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。

必须依靠第二片偏振片P2去检查。

旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。

当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。

第二个XP-800P偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。

光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。

通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。

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

偏振光的分类.ppt

I
A12
[
co
s2
(
2
2 ) sin 2 (2 ) sin 2
2
]
A12
sin 2 (2
) sin 2
2
可见： I// I ，A说12明平行偏振片与垂直偏振片的
干涉强度是互补的。
偏振光干涉的特点：
31
1.晶片厚度均匀，透过晶片各部分的两种光有相同光程差，屏上强度相同，旋转晶片，即改变，强度发生变化，旋转偏振片，强度也发生变化。
(no ne )d (2k 1) 2
(2k 1)
= >
d
2(no
ne )
半波片产生（2k+1）的位相差。
5-6 椭圆偏振光和圆偏振光
椭圆偏振光是在光传播方向上，任意一个场点
电矢量既改变大小，又以角速度均匀转动方向，即说电矢量的端点在波面内描出一个椭圆.
圆偏振光是在光的传播方向上，任意一个场点
A2e Ae cos A1 coscos
A2o与A2e两束光相干后的强度为：
29
I A2o2 A2e2 2A2o A2e cos '
A12[cos2 (
)
sin
2
sin
2
sin 2
' ]
2
其中’是指从P2出射时两束相干光的相位差，包括两部分：
（1）波晶片所产生的相位差—
2
(，no d为ne波)d晶片的厚度；
以角速度均匀地转动方向，大小不变，即电矢量的端点在波面内描出一个圆。
一、椭圆与圆偏振光
21
椭圆偏振光可用两列频率相同、振动方向相互垂直，且沿同一方向传播的线偏振光叠加得到，设
光波沿z轴方向传播，有：