第十二讲 光的偏振现象马吕斯定律
光的偏振实验马吕斯定律
光的偏振实验马吕斯定律光的偏振实验马吕斯定律光的偏振是指光波振动方向的特性。
在物理学中，马吕斯定律是描述光的偏振性质的基本定律之一。
本文将介绍光的偏振实验以及马吕斯定律的原理与应用。
一、光的偏振实验光的偏振实验是通过一系列实验来观察和测量光波在通过偏振器材料时的偏振现象。
常用的偏振实验方法包括偏振片实验、旋光仪实验等。
1. 偏振片实验偏振片是一种特殊的光学材料，可以选择允许特定振动方向的光通过。
在偏振片实验中，我们可以通过两块偏振片的组合来观察光的偏振现象。
通常，将第一块偏振片设置为偏振器，通过旋转它的角度，可以改变光波通过的偏振方向。
随后，将第二块偏振片作为分析器，用于观察通过的光的强度。
根据分析器的角度，我们可以观察到光的透射光强度的变化。
2. 旋光仪实验旋光仪是一种常用的光学仪器，用于测量物质的旋光性质。
旋光性是指物质对偏振光的旋转效应。
在旋光仪实验中，通过旋转样品槽里的物质，可以观察到经过样品后偏振光旋转的现象。
二、马吕斯定律的原理马吕斯定律是法国科学家马吕斯在1808年提出的，该定律描述了光在通过各向同性材料（无论是吸收还是反射）时的偏振性质。
根据马吕斯定律，当一束不偏振光从一个均匀各向同性介质（例如空气、玻璃等）射入时，经过该介质后的光将成为线偏振光。
具体来说，假设光波的振动方向与入射面垂直，那么经过介质后，与入射面垂直的振动方向会被选择性地减弱，而平行于入射面的振动方向则会保持不变。
马吕斯定律的实质是光的振动方向在介质中受到选择性的吸收和减弱，从而导致光的偏振现象。
三、马吕斯定律的应用马吕斯定律在生活和科学研究中有着广泛的应用。
1. 偏振片根据马吕斯定律的原理，偏振片可以选择性地通过特定方向的光波，使其成为偏振光。
这种特性被广泛应用于摄影、光学仪器、偏振显微镜等领域。
2. 偏振光的产生与检测马吕斯定律的原理可以通过适当的实验装置来产生和检测偏振光。
例如，通过透镜和线性偏振片的组合，可以用于研究偏振光与物质的相互作用，有助于了解材料的光学性质。
第十二讲 光的偏振现象马吕斯定律
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
波动光学
波动光学
二、五种偏振态
(振光 3、部分偏振光 *4、圆偏振光 *5、椭圆偏振光
自然界大多数光源发出的光是自然光。
波动光学
三、自然光与偏振光
1、自然光 （非偏振光 )
在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光 振动，且每个方向光矢量的振幅相等的光。
马吕斯定律的验证实验：
线偏振光有两次消光现象
波动光学
例题 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一
个用作检偏器．当它们偏振化方向间的夹角
为 30时 , 一束单色自然光穿过它们, 出射 光强为 I1 ； 当它们偏振化方向间的夹角为60
时，另一束单色自然光穿过它们 , 出射光强
为
I
,
2
且
I1 I2
。求两束单色自然光的强
2、原因 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），这种光称为自然光。
波动光学
3、线偏振光和部分偏振光 线偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只包 含单一振动方向的光。 部分偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，各 方向都有光振动但振幅不等的光。
波动光学
四、偏振片 起偏和检偏
1、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。
2、偏振片 ：能吸收某一方向的光振动，而只让与 之垂直方向上的光振动通过的一种透明薄片。
波动光学
3、偏振化方向 ：当自然光照射在偏振片上时，它 只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片 的偏振化方向 .
光的偏振与马吕斯定律
光的偏振与马吕斯定律光是一种电磁波，具有波动性质。
当光通过介质或其他物体时，其电矢量在垂直于传播方向的平面上振动，这种振动称为光的偏振。
一、光的偏振态光的偏振态是指光波的电矢量的振动方向。
光可以是不偏振，也可以是部分偏振或完全偏振。
1.1 不偏振光不偏振光是指电矢量在所有方向上都均匀振动的光。
这种光既没有偏振方向，也不随着时间变化。
1.2 部分偏振光部分偏振光是指电矢量在特定方向上振动，并且有一个主导方向。
这种光可以理解为由两个方向上偏振光的叠加而成。
1.3 完全偏振光完全偏振光是指电矢量只在一个确定方向上振动的光。
这种光具有明确的偏振方向和振幅。
二、光的偏振与马吕斯定律马吕斯定律（Malus' law）是描述光的偏振现象的定律，它阐述了入射偏振光强度与通过偏振片后的透射光强度之间的关系。
马吕斯定律的表达式为：I = I₀cos²θ其中，I₀为入射光的强度，I为透射光的强度，θ为透射光与偏振方向之间的夹角。
根据马吕斯定律，当透射光与偏振方向之间夹角为0°时，透射光强度最大，为入射光的强度。
当夹角为90°时，透射光强度为0，完全消光。
马吕斯定律还可以用来分析光的偏振态的成分。
通过将入射光依次通过多个偏振片，并测量透射光的强度，可以得到透射光与偏振方向的夹角与透射光强度的关系。
根据马吕斯定律，可以确定光的偏振态的振动方向。
三、应用与实践光的偏振现象在许多领域中有广泛的应用。
3.1 光学仪器与装置偏振片被广泛应用于光学仪器和装置中，如摄影和摄像机中的偏振镜头，显微镜中的偏振装置等。
通过控制光的偏振态，可以提高成像的清晰度和对比度。
3.2 光通信与光电子学光通信和光电子学中的偏振控制器可以用于调节光的偏振态，提高信号传输的质量和速率。
3.3 材料科学与光学器件通过控制材料的结构和性质，可以制备具有特定偏振特性的光学器件，如偏振滤波器、偏振分光器、液晶显示器等。
3.4 光生物学与医学应用光的偏振现象在生物和医学领域中也有重要应用，如偏振显微镜可以观察细胞和组织的结构，利用光的偏振性质可以实现非侵入性的生物组织成像。
12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律
12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律1-线偏振光的获得与检验「利用选择吸收获得线偏振光Y利用反射获得线偏振光、利用晶体的双折射获得线偏振光某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射上时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光。
勢二向色性：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.(1)偏振片涂有二向色性材料的透明薄片。
如：聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片间制成偏振片。
偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向・(2)起偏偏振片用来产生偏振光时叫起偏器。
将自然光转变成偏振光的过程称为起偏。
偏振化方向I人眼是不能直接区分自然光与偏振光的，而利用偏振片能够检验一束光是否是偏振光，此时偏振片就叫做检偏器・(3)检偏偏振片用来检验光的偏振状态时叫检偏器。
当P\〃 P、2时，0 = 07 F 当尸1丄尸2时，^ = 2透射光为0。
(消光)自林检测偏振光的过程称为检偏。
透射光最强2■马吕斯定律马吕斯(Etienne Louis Malus 1775-1812 )•法国物理学家及军事工程师.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.马吕斯从事光学方面的研究。
1808年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律(现称为马吕斯定律)。
他研究了光在晶体中的双折射现象.1811年，他与J.毕奥各自独立地发现折射时光的偏振”提出了确定晶体光轴的方法, 研制成一系列偏振仪器.4 P将通过p、的光矢量振幅八1, 分解为平行于巴的分量八2和垂直于巴的分量九o垂直分量心不能通过& ,平行分量心可通过/。
A,两偏振片偏振化方向夹角为0。
o \由于光强与光振幅平方成正比,I OC 厶OC 普=cos20马吕斯定律I2 = I] cos2& = £ 厶cos" & 讨论：1•当& = 0或0 =兀时，=厶2•当& =管或& =琴时，/ 02 2 「人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。
光的偏振与马吕斯定律
光的偏振与马吕斯定律光的偏振是指光波在传播过程中振动方向的特性。
早在19世纪，法国物理学家马吕斯就提出了有关光的偏振的定律，被称为马吕斯定律。
本文将介绍光的偏振现象及其在科学研究与实际应用中的重要性。
光波是一种电磁波，它有电场分量和磁场分量，这两个分量垂直于光波的传播方向。
当光波的振动方向固定时，我们称之为偏振光。
而当光波的振动方向在空间中随机分布时，我们称之为自然光。
光的偏振现象最早被荷兰科学家胡格尼斯在17世纪发现。
当光通过一些特定材料如偏振片、晶体等时，只有振动方向与特定方向一致的光才能通过，其余方向的光则被阻挡。
这个现象被称为光的偏振现象。
马吕斯定律描述了光的偏振现象。
根据马吕斯定律，当光波以一个特定的角度入射到介质表面时，反射光将会变成偏振光。
这个角度被称为布儒斯特角，它与入射光的折射率、介质的表面特性有关。
光的偏振在科学研究和实际应用中有广泛的重要性。
首先，在物理学与光学领域，光的偏振属性被用于研究光的干涉、衍射和散射现象，进一步揭示了光的本质和行为规律。
其次，在材料科学中，了解光的偏振性质对研发新材料、探索光学器件有重要意义。
例如，在液晶显示技术中，利用液晶分子的偏振性质可以调节光的透过与阻挡，实现图像显示。
此外，纤维光学通信中的光纤也依赖光的偏振属性来传输信息。
光的偏振还在生物医学领域中得到了应用。
利用偏振光与组织的相互作用，可以探测组织的结构和功能，帮助医生准确诊断和治疗疾病。
例如，偏振光显微镜可以观察细胞和组织的偏振特性，提供更多关于病理变化的信息。
此外，光的偏振还在遥感技术、光学传感器以及光学仪器中得到广泛应用。
偏振滤光器、反射镜、偏振分束器等光学元件的设计和制造，都需要光的偏振性质的精确控制和利用。
总结起来，光的偏振与马吕斯定律是研究光学科学与应用的重要基础。
通过对光的偏振现象的研究，我们可以更深入地理解光的性质以及其在各个领域的应用。
未来随着科技的进步，我们可以预期光的偏振将在更多领域中发挥重要作用，为人类带来更多的科学发现和技术突破。
课件：光的偏振 马吕斯定律
起 偏
I0
起偏器
1 2 I0 偏振化方向
17 - 12 光的偏振性 马吕斯定律
检 偏
起偏器
检偏器
17 - 12 光的偏振性 马吕斯定律
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
I2
I0 2
cos2
I3
I2
cos2 (π 2
)
I3
I2
sin
2
1 2
I0
cos2
sin
2
I3
1 8
I0
sin
2
2
若
在
0
~
2π
间变化，
I
如何变化？
3
0,π ,π , 3π ,
22
I3 0
π , 3π , 5π , 7π ,
44 4 4
I3
I0 8
17 - 12 光的偏振性 马吕斯定律
ii
符号表示
17 - 12 光的偏振性 马吕斯定律
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 .
偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时， 它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 .
17 - 12 光的偏振性 马吕斯定律
i0 i0 n1
光的偏振性马吕斯定律
01
通过深入研究光的偏振性，可以优化光学器件的设计和性能，
提高光学系统的整体性能。
促进光学技术的发展
02
光的偏振性研究可以为光学技术的发展提供新的思路和方法，
推动光学技术的进步。
在量子信息中的应用
03
光的偏振性在量子信息领域具有重要的应用价值，可以用于量
子通信和量子计算中的信息编码和处理。
感谢观看
THANKS
为了克服马吕斯定律的局限性，需要研究非线性偏振光的行为， 并发展相应的理论。
引入量子力学理论
将量子力学理论引入光的偏振性研究中，可以更深入地理解光的本 质和行为。
发展多维偏振测量技术
为了更准确地描述光的偏振状态，需要发展多维偏振测量技术，以 获取更全面的偏振信息。
马吕斯定律在未来的应用前景
提高光学器件的性能
光的偏振性马吕斯定 律
• 光的偏振性 • 马吕斯定律 • 马吕斯定律的应用 • 马吕斯定律的局限性与发展
目录
01
光的偏振性
光的偏振现象
01
02
03
自然光
无偏振现象，光波电矢量 在垂直于波传播方向的平 面内呈无规则分布。
线偏振光
光波电矢量仅在某一特定 方向上振动，其余方向上 振幅为零。
圆偏振光
光波电矢量在垂直于波传 播方向的平面内呈旋涡状 分布，且沿波传播方向看， 电矢量随时间作旋转。
实验中，通常使用激光作为光源，通过偏振片产 生线偏振光，再通过检偏器观察透射光的光强变 化。
3
通过调整夹角θ的大小，可以观察到透射光的光 强随夹角的变化规律，从而验证马吕斯定律的正 确性。
03
马吕斯定律的应用
ห้องสมุดไป่ตู้
光学光的偏振现象及马吕斯定律说明
光学光的偏振现象及马吕斯定律说明引言：在日常生活中，我们经常与光打交道，而光学是研究光的性质和行为的学科。
其中，光的偏振现象是光学中的一个重要研究方向。
马吕斯定律是用来解释光的偏振现象的一种定律。
本文将详细介绍光的偏振现象以及马吕斯定律的原理和应用。
一、光的偏振现象的定义与原理光的偏振现象是指光传播过程中，光的振动方向只在某一平面上的现象。
正常的自然光一般是无偏振光，其振动方向在各个平面上都存在。
然而，根据不同的条件和材料，光可被偏振成只在一个方向振动的偏振光。
光的偏振现象可以通过偏振片实验来观察。
当偏振片通过滤去特定方向的光振动后，只有符合特定振动方向的光透过。
这表明光的偏振是由光的电矢量在空间中的方向决定的。
二、马吕斯定律的原理马吕斯定律是描述偏振光传播过程中光的振动方向变化的定律。
该定律表明，当偏振光遇到一个无法传播的方向时，其振动方向会发生改变。
根据马吕斯定律，当入射光的振动方向与某一介质吸收或反射界面垂直时，光将无法传播，反射出的光将发生偏振。
这是因为只有与特定方向相同的振动方向的光能够通过。
三、马吕斯定律的应用马吕斯定律在实际生活中有着广泛的应用，下面将介绍其中几个重要的应用。
1. 偏振片偏振片是利用马吕斯定律制造的，它能够选择性地通过某一方向的光，可以用于消除光的反射、减弱光的强度以及调节和分析光的偏振特性。
2. 偏光镜偏光镜也是利用马吕斯定律制造的光学元件，可将无偏振光转换为偏振光，用于拍摄与显示屏、太阳镜等设备中，可以减少水平方向上的光反射，避免光的干扰。
3. 光电传感器光电传感器是利用马吕斯定律的原理制作的，它可以通过检测偏振光的方向来实现光的检测和控制，常用于工业自动化、光学通信等领域。
4. 光学相对旋转仪光学相对旋转仪是利用马吕斯定律对光的旋转性质进行测量的仪器，常用于测定光学材料中的光学活性物质的旋光度。
结论：光的偏振现象是光学中的重要研究内容，通过偏振片等光学元件可以实现对光的偏振控制，而马吕斯定律则为解释光的偏振提供了合理的解释和应用基础。
光的偏振与马吕斯定律的应用
光的偏振与马吕斯定律的应用光是人类生活中必不可少的一部分，它在我们的日常生活中扮演着重要的角色。
光既可以是粒子的形式，也可以是波动的形式。
而偏振是光的波动性质之一，它可以解释光是如何在空间中传播的。
马吕斯定律则进一步说明了光偏振的应用，尤其在光学器件中的重要性。
本文将探讨光的偏振及马吕斯定律在实际应用中的重要性和效果。
一、光的偏振1. 偏振光的定义光在传播过程中，由于特定的振动方向，使光波中的电场矢量只在某一特定平面内振动，这种光就被称为偏振光。
而没有特定振动方向的光则称为自然光。
2. 偏振过程与偏振轴偏振过程是将自然光转化为偏振光的过程。
在这一过程中，光的波动方向被限制为只能在一个平面内振动，这个平面就是偏振轴。
3. 偏振光的特性偏振光具有以下几个特性：（1）偏振光具有一定的振动方向，其振动方向垂直于光的传播方向；（2）偏振光可以通过偏振片实现选择性透过或者反射；（3）偏振光在通过一些特定介质中会发生旋光现象。
二、马吕斯定律1. 马吕斯定律的定义马吕斯定律是描述光在通过偏振片后的偏振方向与该偏振片之间的关系的定律。
它由法国物理学家马吕斯在1810年首次提出。
2. 马吕斯定律的公式马吕斯定律可以用以下公式表示：\[ I = I_0 \cos^2\theta \]其中，\( I_0 \) 为起始光的强度，\(\theta\) 为光通过偏振片后的偏振方向与初始偏振方向的夹角。
3. 马吕斯定律的应用马吕斯定律在光学器件中有广泛的应用，例如偏振片、偏光镜等。
它可以用来调节光的偏振方向，使光只沿特定方向传播，并过滤掉其他方向的光。
这在光学通信、光学显示以及光学传感等领域具有重要作用。
三、1. 偏振片的应用偏振片是最常见的利用光的偏振性质的器件。
它可以选择性地透过或反射一个特定方向的偏振光，从而具有光的偏振滤波的效果。
在生活中，我们常见的太阳镜、3D电影眼镜以及LCD显示屏都是基于偏振片原理来实现的。
2. 偏光镜的应用偏光镜是利用马吕斯定律来实现光的偏振转换的器件。
光的偏振性 马吕斯定律
偏振性马吕斯定律光的一、自然光偏振光1.光的偏振性（Polarization）电磁波是横波，光是电磁波在人眼视觉范围内的波段0.4nm 0.7nm。
对应红、橙、黄、绿、青、蓝、紫光。
研究光的振动方向的特性即研究光的偏振性。
光矢量的振动对于传播方向的不对称性，称为为光的偏振。
2. 光偏振态的分类和图示根据光矢量对传播方向的对称情况，光可以分为：自然光、线偏振光、部分偏振光，以及椭圆偏振光。
（1）完全偏振光* 线偏振光光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光。
偏振光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。
线偏振光的振动面是固定不动的。
线偏振光的表示方法如下：* 椭圆偏振光光矢量末点的运动轨迹是正椭圆或斜椭圆。
在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。
*圆偏振光椭圆 圆 线（2）自然光普遍光源如太阳、白炽灯、钠灯等发光时，组成光源的原子自发或受激辐射光波列是随机的，各光波列振动方向、频率和位相不尽相同，光矢量在垂直于光传播方向的平面上取各方向的几率相等，自然光可分解为两 互相垂直方向、振幅相等、没有任何相位关系的偏振光。
自然光的表示方法如图：对自然光，若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等，如图所示：Y X I I I +=0，021I I I Y X ==（3）部分偏振光若光波中虽包含各种方向的振动，但在某特定方向上的振动占优势，例如在某一方向上的振幅最大，而在与之垂直的另一方向上的振幅最小，则这种偏振光称为部分偏振光。
其优势越大，其偏振化程度越高。
因此，可以用一定方法将自然光变成部份偏振光和偏振光。
部分偏振光的两个相互垂直的光振动也没有任何固定的相位关系。
部分偏振光的表示方法如下：自然光加线偏振光、自然光加椭圆偏振光、自然光加圆偏振光，都是部分偏振光。
二、偏振片起偏和检偏1. 偏振片两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。
光学光的偏振与马吕斯定律
光学光的偏振与马吕斯定律光学中的偏振是指光波在传播过程中，由于某种原因而偏离了原来的振动方向。
而马吕斯定律则是描述了偏振光经过偏振片后发生的各种现象。
1.光的偏振光是由电磁波组成的，传播时电矢量和磁矢量垂直于传播方向。
振动方向是指电矢量或磁矢量的振动方向。
在正常情况下，光的振动方向是各个方向都有的，即既有沿x轴方向的振动，也有沿y轴方向的振动。
然而，在某些情况下，光的振动方向会发生偏离。
这是由于某些原因，例如光波与物体发生相互作用，如反射、折射等。
这种偏离后的光，被称为偏振光。
2. 偏振片偏振片是一种光学元件，它具有选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光。
偏振片通常由有机或无机物质制成，例如由聚合物或聚动物物质形成的聚合物偏振片。
通过调整偏振片的方向，可以选择通过或阻挡不同方向振动的光。
这种性质使得偏振片在许多实际应用中发挥重要作用，如液晶显示器、偏振板等。
3. 马吕斯定律马吕斯定律是偏振光通过偏振片后的行为的描述。
根据马吕斯定律，偏振光通过偏振片时，如果偏振光的振动方向与偏振片的振动方向一致，那么该光会完全通过；如果两者垂直，那么该光将完全被阻挡。
此外，根据马吕斯定律，如果偏振光的振动方向与偏振片的振动方向之间存在一个角度，那么通过偏振片的光的强度将发生变化。
具体来说，随着两者之间的角度增加，通过偏振片的光的强度将减小，直到完全被阻挡。
4. 偏振光应用偏振光的特性使得它在许多领域中具有广泛的应用。
在光学仪器中，偏振片被广泛用于控制光的强度和方向，并在显微镜、光学测量中起到重要作用。
在液晶显示器中，偏振片用于控制液晶的分子排列以产生不同的颜色和图像。
此外，偏振光还在摄影领域中应用广泛。
通过使用偏振镜，摄影师可以有效地去除逆光和反射，改善照片的质量。
总结：光学中的偏振是指光波的振动方向发生偏离的现象。
马吕斯定律描述了偏振光通过偏振片后的行为。
偏振片具有选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光。
偏振光在许多领域中都有广泛的应用，如光学仪器、液晶显示器和摄影等。
光的偏振与马吕斯定律
偏振现象实例分析
• 实例一：在摄影镜头前加上偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰。 这是利用光的偏振现象，过滤掉反射光的干扰，从而提高了拍摄的清晰度。
• 实例二：电子表的液晶显示用到了偏振光。两块透振方向相互垂直的偏振光片 当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔 画的形状。外界的自然光通过第一块偏振光片后，成了偏振光。这束光在通过 液晶时，如果上下两极板间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90度（这 种性质叫做液晶的旋光性），于是它能通过第二块偏振光片。第二块偏振光片 的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但在上下两 个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质改变了，旋光性消失，于是光线通 不过第二块偏振光片，这个像素点看起来就不透明。
偏振光分类
根据光波电矢量振动的特点，可 将偏振光分为线偏振光、椭圆偏 振光和圆偏振光。
自然光与偏振光区别
自然光
普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向。这种沿 着各个方向振动的光波强度都相同的光叫做自然光。
偏振光
从普通光源直接发出的天然光是无数偏振光的无规则集合，所以直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向。这种 沿着各个方向振动的光波强度都相同的光叫做自然光。光在晶体二向色性中表现为各向异性，即沿着晶体的不同 方向传播时，光的偏振状态不同。
增强对比度
偏振片可以选择性地吸收 或透过特定偏振方向的光 ，从而增强图像的对比度 。
实现特殊效果
通过组合使用多个偏振片 ，可以实现特殊的光学效 果，如立体观察、光栅成 像等。
其他领域应用案例分享
摄影领域
在摄影中，利用偏振滤镜可以消 除反射光和散射光，提高照片的
光的偏振与马吕斯定律
马吕斯定律还可以帮助 我们理解光的偏振对光 学器件的影响，如偏振 片对光学器件性能的影 响
光的偏振决定了马吕斯定律 的方向性
光的偏振是马吕斯定律的基 础
光的偏振对马吕斯定律的强 度有影响
光的偏振与马吕斯定律的关系 在光学研究中具有重要意义
光的偏振：光的 振动方向与传播 方向之间的关系
马吕斯定律：描 述偏振光通过某 些材料时的偏振 状态变化
偏光太阳镜：过滤 掉有害的偏振光， 保护眼睛
3D电影：利用偏 振光实现立体视觉 效果
光纤通信：利用偏 振光实现高速数据 传输
马吕斯定律
马吕斯定律的数学表达式为： I = I0cos^2θ
马吕斯定律是描述光通过偏振 片后的偏振状态变化的定律
其中，I0是入射光的强度，θ 是入射光与偏振片的夹角
马吕斯定律在实际应用中，如 光学仪器、液晶显示器等方面
光的偏振与马吕斯定 律
汇报人：XX
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光的偏振
马吕斯定律
光的偏振与马吕斯 定律的关系
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光的偏振
偏振光的特点：偏振光的电场 强度和磁场强度方向保持固定 的比例
光的偏振：光波在传播过程中， 电场强度和磁场强度方向保持 固定的现象
偏振光的分类：线偏振光光的相干性
忽略了光的偏振状态 忽略了光的频率和波长
光的偏振与马吕斯 定律的关系
马吕斯定律是描述光 在通过偏振片时的偏 振状态变化的定律
马吕斯定律可以帮助 我们理解光的偏振现 象，以及偏振片对光 的偏振状态的影响
马吕斯定律在光学实 验中具有重要应用， 如偏振片的选择和调 整
有着广泛的应用
实验方法：使 用偏振片和检
偏器
实验结果：观 察到光的偏振
光的偏振与马吕斯定律
光的偏振与马吕斯定律光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在空间传播过程中，光波中的电场矢量振动方向可以沿着任意方向旋转。
这就涉及到光的偏振现象。
而马吕斯定律是描述光在通过偏振片时发生偏振现象的定律。
本文将对光的偏振和马吕斯定律进行探讨。
一、光的偏振1.1 偏振现象的产生过程偏振现象是指光波中的电场矢量的振动方向偏离了随机方向。
光的偏振可以通过自然偏振、人工偏振以及双折射等方式实现。
自然光是指自然界中的光，它是由多种频率、多个方向的光波构成的。
这意味着自然光中的电场矢量振动方向是随机的，没有明显的偏好方向。
人工偏振是通过适当的光学元件来改变光波的偏振状态。
常见的人工偏振方式包括偏振片、波片和偏振器等。
双折射是某些材料在受到光的传播时，光波分裂为普通光和振动方向特定的偏振光。
典型的双折射材料有石英和方解石等。
1.2 偏振光的分类根据光的振动方向来划分，可以将偏振光分为水平偏振光、垂直偏振光和斜偏振光三类。
水平偏振光是指光波的电场矢量沿水平方向振动，垂直偏振光则是电场矢量沿垂直方向振动。
斜偏振光则是电场矢量在水平和垂直方向之间进行振动，并呈一定角度。
1.3 光偏振的应用光偏振在科学研究和技术应用中具有广泛的应用。
在光学仪器中，利用偏振片可以调节光的偏振状态，实现对光的调制、分析和检测。
偏振片还常用于消除光源的反射、减少画面的反光，提高显示效果。
在光通信领域，光偏振控制技术是实现高速传输和复用的重要手段。
此外，偏振光还在材料分析、生命科学、纤维材料等领域发挥着重要作用。
二、马吕斯定律马吕斯定律是描述光在通过偏振片时发生偏振现象的定律。
该定律由法国物理学家马吕斯于1815年提出，经过实验验证和理论推导得出。
2.1 马吕斯定律的表述马吕斯定律的表述如下：当一束自然光通过一个偏振片时，如果光的振动方向与偏振片的主偏振方向一致，那么该光将通过偏振片；反之，如果光的振动方向与偏振片的主偏振方向垂直，那么该光将被偏振片完全吸收，无法通过。
光的偏振性马吕斯定律
LCD显示器中的偏振片利用马吕斯定律来控制光线方向，从而实现图像的显示。通过调整偏振片的角度和方向， 可以控制像素的亮度，从而实现清晰、高对比度的图像显示。
3D电影技术
在3D电影技术中，通过佩戴不同方向的偏振眼镜，将不同角度的影像分别传递给左右眼，使观众感受到立体的视 觉效果。这也是利用了马吕斯定律的原理。
马吕斯定律的验证
为了验证马吕斯定律，可以使用不同的实验装置和方法。
其中一种常用的方法是使用偏振片、反射镜和测量光强的 仪器。当线偏振光通过偏振片后反射，再经过另一个偏振 片，通过测量光强的变化即可验证马吕斯定律。
另一种方法是使用双折射晶体和偏振片。当线偏振光通过 双折射晶体后分成两束偏振方向不同的光线，再经过偏振 片，通过观察光强的变化也可以验证马吕斯定律。
马吕斯定律的发现为光学和物理学的 发展做出了重要贡献，它揭示了光在 反射和折射过程中偏振状态的变化规 律。
马吕斯定律的内容
马吕斯定律指出，当线偏振光在通过 偏振片后，其振动方向与偏振片的透 振方向平行时，光的强度不发生变化； 当其振动方向与偏振片的透振方向垂 直时，光的强度完全消失。
VS
该定律适用于任何线偏振光和任何偏 振片，是光学和物理学中的基本定律 之一。
圆偏振光
电矢量振动方向与传播方向形成一 定夹角，形成圆偏振光。
04
偏振光分类
自然光
无偏振现象，光波电矢量平均值在各个方向上相等。
部分偏振光
部分光波电矢量在某一特定方向上振动，部分在垂直 方向上振动。
全偏振光
光波电矢量完全在某一特定方向上振动。
偏振光的应用
光学仪器
利用偏振片消除或减弱反射光、散射光，提 高光学仪器成像质量。
马吕斯定律
第12节 偏振片 马吕斯定律一、 偏偏振化方向（起偏方向）1、 起偏、起偏器2、 检偏、检偏器A B 线偏振光通过偏振片，旋转偏振片，透射光强明暗交替变化 自然光通过偏振片变为线偏振光，旋转偏振片，透射光强不变 示教二、 马吕斯定律 线偏振光通过一个偏振片后，透射光强I 与入射光强之间满足0I α20cos I I = 马吕斯定律α证：设入射线偏振光的振幅 0A αcos 0//A A =，αsin 0A A =⊥ α2202//0cos ==A A I I，α20cos I I = 注意：只对入射线偏振光成立若入射光是自然光，01I I = 讨论：0=α，0I I =2/πα=，0=I例：让一束自然光通过两个偏振化方向相互垂直的偏振片，透射光强=？如果在两个偏振片之间 加上另一个偏振片，其 偏振化方向与第一个偏振偏振化方向夹角为α，透射光强αα220sin cos 21I I =如果每个偏振片吸收的平行于偏振化方向的光振动能量 %10透射光强%90sin %90cos %9021220⋅⋅⋅⋅⋅=ααI I第13节 反射和折射光的偏振入射面：（入射线，法线）Π反射定律i i =′折射定律γsin sin 21n i n = M ′反射光和折射光都是部分偏振光 反射光中，⊥振动多于//振动折射光中，//振动多于振动⊥120n n arctg i i ==时 反射光为完全偏振光，只包含⊥0i ：布儒斯特角（起偏角） 120n n tgi =：布儒斯特定律 注意：（1）0i i =时，只反射部分⊥振动，不反射//振动 折射光中包含其余的⊥振动和全部的//振动折射光仍是部分偏振光（2）0i i =时，反射光线⊥折射光线证明：γsin sin 201n i n =，120n n tgi ==00cos sin i i ，0201cos sin i n i n = γsin 2n =，02cos i n γsin ==0cos i )sin(0i −π，20πγ=+i（3）自然光以布儒斯特角 照射玻璃片堆，可使折射光成为完全偏振光折射光中只剩下//振动例：一束自然光以布儒斯特角从空气照射玻璃片，界面2上的反射光是（）自然光A （B ）完全偏振光，光矢量振动方向⊥（）完全偏振光，光矢量振动方向// C （）部分偏振光D 解：对界面1，是布儒斯特角，对界面2，0i γ是布儒斯特角 120n n tgi =，20πγ=+i ，210n n ctgi tg ==γ 例：第14节 晶体的双折射现象一、晶体的双折射现象用自然光照射某些晶体（方解石）表面 产生两条折射光线 双折射现象，示教特点：（1） 寻常光线（o 光），遵守折射定律非常光线（e 光），不遵守折射定律（2） 两条光线都是线偏振光，振向不同（3） 光轴（光线沿该方向入射不产生双折射）p253，单轴晶体，双轴晶体某条光线与光轴构成的平面：该光线的主平面 （光，光轴）：o 光主平面 Πo （光，光轴）：e 光主平面Πe （4）光振向o ⊥o 光主平面光振向//光主平面e e 二、 对双折射的解释产生双折射的原因： o 光、光在晶体中的传播速度不同e o 光波面是球面，光波面是旋转椭球面e 沿光轴方向o 光、e 光速度相同垂直光轴方向o 光、e 光速度相差最大o V ：e 光速度oo V e Vo V e e o 晶体对光的折射率，o o n V c =/o e e n V c =/晶体对e 光的折射率 、：晶体的主折射率o n e n 1、 平行光斜入射（光轴位于 2、平行光垂直入射（光轴位于 入射面内，光轴与界面斜交） 入射面内，光轴与界面斜交）3、 平行光垂直入射（光轴平行4、平行光垂直入射（光轴位于 界面，光轴位于入射面内） 入射面内，光轴垂直界面）光轴光同传播方向，但速度不同 光同传播方向，速度相同 e o ,e o , 仍属于双折射 不属于双折射5、 平行光斜入射（光轴//界面，光轴垂直入射面）光、光都遵守折射定律，o e e e o o n n i n γγsin sin sin 1==三、 偏振棱镜1、 尼科耳（棱镜）用加拿大树胶粘在一起加拿大树胶对o 2、 渥拉斯顿镜两块方解石直角棱镜构成两者光轴相垂直负晶体，，e e V >o V e n n <垂直板面振动的光线： 对第一块棱镜是o 光对第二块棱镜是e 光平行板面振动的光线： 对第一块棱镜是e 光对第二块棱镜是o 光垂直板面振动的光线由o 光，光密→光疏，折射光偏离法线 →e 平行板面振动的光线由e 光，光疏→光密，折射光靠近法线 →o 两条光线分开，都是线偏振光四、 偏振片某些双折射晶体对o 光和e获得偏振光的方法：（1）偏振片（2）偏振棱镜（3）以布儒斯特角照射玻璃片例：两块偏振片叠放在一起，其偏振化方向夹角，用强度相同的o 30自然光和线偏振光混合而成的光束垂直入射，已知两成分的入 射光透射后强度相等求：（1）入射光中线偏振光振向与第一块偏振片偏振化方向夹角（2）透射光强与入射光强之比（3）若每个偏振片对透射光吸收率为，%5 再求透射光强与入射光强之比解：（1）设入射线偏振光强为I ，入射自然光强为Io o 30cos 2130cos cos 222I I =α，21cos 2=α，o45=α （2）375.083230cos 2130cos cos 222==+=I I I oo α入射光强透射光强（3）=入射光强透射光强=I I I 2%9530cos %9521%9530cos %95cos 222⋅⋅+⋅⋅⋅o o α=338.0%)95(832=×。
探究光的偏振现象及马吕斯定律
探究光的偏振现象及马吕斯定律光，是一个神奇而又复杂的物理现象。
它不仅给予我们照明和视觉的能力，还在科学研究中扮演着重要的角色。
虽然我们对光的了解已经相当深入，但其中仍有一些奥妙和谜团等待我们揭开。
而探究光的偏振现象和马吕斯定律，正是一条途径来解答这些问题。
首先，让我们来了解光的偏振现象。
光的偏振是指光波在传播过程中，其电矢量或磁矢量在某一平面内振动的特性。
当光通过一个特定方向的偏振器时，只有与该方向相同或垂直的光波能通过，而其他方向上的光则被滤除。
这种现象使得光具有了方向性，进而被应用于许多日常生活和科学研究领域。
在探究光的偏振现象过程中，我们不得不提到法国物理学家马吕斯。
马吕斯定律是关于光在物质中偏振现象的规律。
它指出，当一束不偏振光经过透明介质后，该光的一部分将变为偏振光，并且偏振方向与入射光有关。
这个规律的发现对光的偏振现象研究起到了关键的作用。
实际生活中，光的偏振现象有着广泛的应用。
在显微镜领域，偏振光的使用可以增加显微镜的分辨率，使得观察细微结构变得更加清晰。
在LCD显示屏和3D技术中，偏振光也发挥着重要的作用。
通过控制光的偏振方向，我们可以使光只通过特定方向上的像素点，从而呈现出清晰的图像。
此外，偏振光还在光学通信、激光技术以及地质勘探等领域广泛应用。
马吕斯定律的揭示对于探索光的偏振现象有着重要的意义。
它为我们提供了研究光的偏振规律的桥梁，并使我们能够更好地理解光的传播和相互作用过程。
通过深入研究光的偏振现象，我们可以更好地应用到各个领域，并推动科学技术的发展。
虽然我们已经取得了很多关于光的偏振现象的研究成果，但仍有许多问题有待解答。
例如，为什么光在某些介质中会发生偏振，而在某些介质中则不会？为什么不同方向上的光在介质中会有不同的速度？这些问题的答案将进一步深化我们对光的理解，并有助于我们更好地利用光的特性。
总的来说，探究光的偏振现象和马吕斯定律是一个令人着迷且具有挑战性的科学领域。
12-6偏振现象、马吕斯定律;反射和折射光的偏振、布儒斯特定律
第十二章 光学
I 2 I1 cos 30
2
1 I 2 I 0 cos 2 2 1 I 3 I 0 cos 2 30 cos 2 30 2
§12-14 反射和折射时光的偏振
1. 反射光和折射光的偏振
第十二章 光学
n1 n2
玻璃
i i
空气 空气
iB
iB
玻璃
第十二章 光学
光的波动性 光波是横波
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
§12-12 光的偏振状态
1.自然光
第十二章 光学
E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、不相干的光矢量。
Ex E y
自然光的表示法：
I Ix Iy
2
马吕斯定律
练习册偏振-4 强度为I0的自然光垂直入射两个叠 放的偏振片，若透射光强为I0/8，则此两偏振片 60 的偏振化方向间的夹角（取锐角）是 ，若 在两片之间再插入一片偏振片，其偏振化方向 与前后两片的偏振方向的夹角（取锐角）相等。 则 通 过 三 个 偏 振 片 后 的 透 射 光 强 度 为 9I0/32 I0/32 。
I0 IP cos 2 t 2 I N I P sin 2 t I0 (1 cos 4t ) 16
• • •
M
I0
I0 2
I
P
IN
N
M P
P
t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。 每转一周，光强有“四明四黑”变化。
t
N
1 11 2 (sin A cos A) ( sin 2 A) (1 cos 4 A) 2 42
12-10 光的偏振性 马吕斯定律解析
例、一束光强为I的自然光，相继通过 三个偏振片P1、P2和P3后，出射光的 光强为I/8，已知P1和P3的偏振化方向 相互垂直，若以入射光线为轴旋转P2， 要使出射光的光强为零，则最少要转 过的角度为【 】 45 0
例、两个偏振片 P1和P2叠在一起，由强度相 等的自然光和线偏振光混合而成的光束垂直入 射在偏振片上，进行了两次测量，第一次和第 二次测量时P1、P2的偏振化方向的夹角分别为 300 和未知的 ，且入射光中线偏振光的光矢 量振动方向与 P1 的偏振化方向的夹角分别为 450和 300，若连续穿过 P1、 P2后的透射光强两 次测量值相等，求角度。
2
1 2
I 0 cos
2
sin
I 0 sin
2
p1
2
p2
p3
I3
1 8
I 0 sin
2
2
I 3 如何变化？ 若 在 0 ~ 2 π 间变化，
0,
π 4
π 2
,
,π ,
,
3π 2
5π 4
,
, 7π 4
I3 0
, I3 I0 8
3π 4
例、一束自然光垂直入射到一个由四 个偏振片组成的偏振片组上，每个偏 振片的偏振化方向相对于前一个沿着 顺时针方向转了300角，则通过这组 偏振片的透射光强与入射光强之比为 。
I I 0 cos
2
，I 0
例、检验自然光、线偏振光和部分偏振光时， 可以让被检验的光垂直入射到偏振片上，然后 使偏振片以入射光为轴旋转，若通过偏振片后 的光的强度不发生变化，则入射光为； 自然光 若通过偏振片的光的强度有强弱变化，但无消 光现象，则入射光为；若出现 部分偏振光 了消光现象，则入射光为 。
§12 光的偏振性 马吕斯定律
e光是光矢量与e主平面平
行的线偏振光. 当光轴在入射面内时,主截 面,o主平面,e主平面都重合.
• 光轴
法线 e光 • • • 法线 入射线
光轴 109º
71º
主截面
主平面: 晶体中光的传播方向 与晶体光轴构成的平面. 一般情况下, o主平面 与e主平面是不重合的. 实验表明: o光是光矢量与o主平面 垂直的线偏振光.
0
vot
子波源
vet
右旋椭圆偏振光部分偏振光?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垂直板面的光振动较强平行板面的光振动较强偏振片的起偏和检偏如利用某些物质能吸收某一方向的光振动而让与这个方向垂直的光振动通过的性质二向色性制成起偏器
杨长铭
第四篇 波动光学
主讲人:杨长铭
波动光学的理论基 础是电磁场理论。
二. 偏振片的起偏和检偏 1. 起偏和检偏 •起偏:从自然光获得偏振 光. •起偏原理:利用某种光学 的不对称性. •起偏器: 起偏的光学 器件. •检偏:检验偏振光,起偏 器也就是检偏器. 2. 偏振片 如利用某些物质能吸收某一 方向的光振动,而让与这个 方向垂直的光振动通过的性 质(二向色性)制成起偏器.
i 0—布儒斯特角或起偏角
sin i0 n2 tgi0 由 sin r0 n1
sin r0 cos i0
有: i0+r0=90O 若 n1 =1.00 ( 空 气 ) ，n2 =1.50 (玻璃)，
则：
§2 反射和折射光的偏振 一. 反射时光的偏振 自然光 •• • • i i • • 反射和 n1 • • 折射后 n2 r • 产生部 分偏振 光
102° A
光轴
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线偏振光I
1
I=0
起偏器 I= 2 I0 检偏器
波动光学
最亮 最暗
波动光学
N
I0
M EI
起偏器
E0
检偏器
N
M
E
E0
E E0 cos
马吕斯定律
I I0
E2 E02
I I0 cos2
波动光学
马吕斯定律 I I0 cos2 0 , π时 I I0 π 2 , 3π 2时 I 0
波动光学
四、偏振片 起偏和检偏
1、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。
2、偏振片 ：能吸收某一方向的光振动，而只让与 之垂直方向上的光振动通过的一种透明薄片。
波动光学
3、偏振化方向 ：当自然光照射在偏振片上时，它 只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片 的偏振化方向 .
4、图示 自然光：
线偏振光：
部分偏振光：
波动光学
5、自然光的分解 自然光中任何一个方向的光振动都可分解成某两个相 互垂直方向的振动。 因此，可将自然光分解为两束相互独立的、等振幅的、 振动方向相互垂直的线偏振光。这两束线偏振光的光 强各等于自然光光强的一半。 Ix=Iy=Io/2 6、注意
两互相垂直的偏振光，由于相互独立，没有固定的 相位关系，所以不能合成一个线偏振光。
机 械 波 穿 过 狭 缝
波动光学
波动光学
二、五种偏振态
(偏振态——光的光矢量的振动状态)
1、自然光 2、线偏振光 3、部分偏振光 *4、圆偏振光 *5、椭圆偏振光
自然界大多数光源发出的光是自然光。
波动光学
三、自然光与偏振光
1、自然光 （非偏振光 )
在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向都有光 振动，且每个方向光矢量的振幅相等的光。
起
偏 I0
偏振片
1 2 I0 偏振化方向
4、自然光经偏振片后光强变化
波动光学
忽略偏振片的吸收， 线偏振光强为入射 自然光强的一半。
5、偏振片的用途：“起偏”和“检偏”
检
Байду номын сангаас
偏
起偏器
检偏器
6、偏振片的应用
立体电影
波动光学
五、马吕斯定律
自然光I0
线偏振光I
1 I= 2 I0
I=
1 2
I0
自然光I0
2、原因 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），这种光称为自然光。
波动光学
3、线偏振光和部分偏振光 线偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只包 含单一振动方向的光。 部分偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，各 方向都有光振动但振幅不等的光。
马吕斯定律的验证实验：
线偏振光有两次消光现象
波动光学
例题 有两个偏振片,一个用作起偏器, 一
个用作检偏器．当它们偏振化方向间的夹角
为 30时 , 一束单色自然光穿过它们, 出射 光强为 I1 ； 当它们偏振化方向间的夹角为60
时，另一束单色自然光穿过它们 , 出射光强
为
I
,
2
且
I1 I2
。求两束单色自然光的强
度之比 。
波动光学
解 设两束单色自然光的强度分别为I10 和 I20 。
经过起偏器后光强分别为 I10 和 I20 22
经过检偏器后
I1
I10 2
cos2
30
I2
I 20 2
cos2
60
I1 I2
I10 I 20
cos2 cos2
30 60
1 3
波动光学
第十二讲 光的偏振现象
马吕斯定律
波动光学
光的偏振现象 马吕斯定律
一、光的偏振性
1、纵波：波的振动方向与波的传播方向相同 2、横波：波的振动方向与波的传播方向相互垂直 3、偏振：振动方向对于传播方向的不对称性 4、只有横波才有偏振现象，光的偏振性是判断波是
横波的最有力的证据。
机械横波与纵波的区别