利用折射反射获得线偏振光
偏振光的产生
左旋光和右旋光如果一束光的电矢量E的端点在波面内描绘的轨迹为一圆或椭圆，这样的光称为圆偏振光或椭圆偏振光，它们可以看成是相互垂直并且具有一定位相关系的两个线偏振光的合成。
左旋：逆时针方向右旋：顺时针方向（逆着光线方向看）。
一、垂直振动的合成在光波的波面中，取一直角坐标系，将电矢量E分解为两个分量Ex、Ey，它们是同频的，设Ey相对于Ex的位相差为δ，则：1、合成的偏振态仍为线偏振光其振幅：振动方向：2、（标准椭圆方程）即：时，轨迹方程是一样，但旋转方向不同。
若： 矩形框变为正方形框，椭圆退化为与此方框内切的圆—圆偏振光，其也存在右旋和左旋，其判断与椭圆偏振光一样。
3、普遍情形ϕϕ2222sin cos A E A E A E A E e e o o e e o o =-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛这是一个一般椭圆方程，它是以为边界的矩形相内切的椭圆，不过其主轴可以是倾斜的，至于主轴究终朝哪一边倾斜以及是左旋还是右旋，与δ在哪一象限有关。
结论：一般情形下为椭圆偏振光， 只有在一定条件下，才退化为圆偏振光和线偏振光。
10光波在各向同性介质界面上的反射和折射光在介质界面上的反射和折射，实质上是光与介质相互作用的结果。
简化处理- -不考虑光与介质的微观作用，根据麦克斯韦方程组和电磁场的边界条件进行讨论。
一．反射定律和折射定律条件：（1）两介质为均匀、透明、各向同性； （2）分界面为无穷大的平面；（3）入射、反射和折射光均为平面光波。
)r t k t t (i e t E n ))r r k t r (i e r E )r i k t i (i e i E (n E n )r E i E (n )H H (n )E E (n )D D (n )B B (n )r t k t t (i e t E t E )r r k t r (i e r E r E )r i k t i (i e i E i E t ⋅--⨯=⋅--+⋅--⨯⇓⨯=+⨯⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-⨯=-⨯=-∙=-∙⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅--=⋅--=⋅--=ωωωωωω0100得021*********由电电磁场边界条000电场表示式⏹ 上式对任何时刻t 成立，所以有t r i ωωω==，光在不同的介质中频率相同⏹上式应对整个界面的位置矢量r成立，所以有r k r k r k t r i ∙=∙=∙，入射光、反射光和折射光均在入射面内。
反射光和折射光的偏振
sin i0 n2 sin n1
玻璃
n1 n2
i0 i0
玻璃
n1 n2
i0
玻 璃
n1 n2
(2)根据光的可逆性，当入射光以 角 从 n2 介质入射于界面时，此 角即为布儒 n1 π 斯特角 . cot i0 tan( i0 ) tan n2 2
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. 利用玻璃片堆产生线偏振光 i0
nA tg60 3
A B
RB
nB / nA tg300 3 / 3
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃， 入射角为布儒斯特角 ,问 i0 在界面 2 的反射 光是什么光？
空气
n1
i0
i0
1
n2
玻璃
2
空气
n1
i0
i0
1
n2
玻璃
2
注意：一次 起偏垂直入射面 的振动仅很小部 分被反射（约 15%）所以反射 偏振光很弱 .一般 应用玻璃片堆产 生偏振光.
n1 n2
玻璃
i i
空气
光反射与折 射时的偏振
入射面 入射光线和 法线所成的平面 .
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 .
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 . 理论和实验证明：反射光的偏振化程度 与入射角有关 .
n1 n2
玻璃
Байду номын сангаас
i i
空气
注意
讨论
讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
光的偏振,反射和折射产生偏振和双折射现象
椭圆偏振光
线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的光振动均可分解为两个相互垂直
同频率相差恒定线偏振光振动的合成 x = A1 coswt y = A2 cos(wt + Dj )
对线偏振光，刚入射时相差为 Dji = π 或 0
垂直入射波晶片后，分解为振动方向相互垂直的 o 光和 e 光，取 x 轴方
向为 o 光振动方向，y 轴方向为 e 光振动动方向
-
ne )d
波晶片分类
(no - ne )d = λ 4
(no - ne )d = λ 2 (no - ne )d = λ
Dj = π 2 Dj = π Dj = 2π
1 4 波片 半波片 全波片
Ø说明: 一定的波晶片是针对某一特定波长而言的.
26/28
波晶片可用于改变光的偏振态
？ 如 线偏振光经 1 4 波片后变为
出波片后相位差为
Dj f
=
Dji
+
2π λ
(no
-
ne )d
=
Dji
+
π 2
Dji = π
Dji = 0
Dj f
=
3π 2
1 4波片
· · ·
Dj f
=
π 2
27/28
• 波晶片对光偏振的影响:
入射光
波晶片
透射光
线偏振光 ( D j 0 = 0 ,p ) 圆偏振光 (Dj0 =p 2,-p 2) 自然光
例
14/28
n1
i · · · · ·
·
i
· ·
n2 ·
·
·
i i n1
· ···· B
· · B·
大学物理02反射和折射时的偏振光布儒斯特定律
t gib
n1
2反射Leabharlann 就变为振动方向垂直 于入射面的完全偏振光。而 折射光仍为部分偏振光。
ib
ib
n1 n2
ib 称为布儒斯特角
n2 t gib n1
布儒斯特定律
r0
sin ib n2 n2 和布儒斯特定律 t gib 由折射定律 sin r n1 n1
可以证明：当入射角等于ib时，反射光和折射光相互 垂直。即：
ib r
2
3
•玻璃n2=1.5 ， 布儒斯特角 •水n2=1.33 ， 注意：
ib 56.3 ib 53.1
1）当入射角为布儒斯特角时，反射光为振动方向垂 直入射面的线偏振光，而折射光仍为振动方向平行 于入射面的成分占优势的部分偏振光。 这是因为反射光线很弱，光强达不到自然光的一半。 2）要注意布儒斯特角与全反射角的区别： 两者条件不同。全反射时对n1 、 n2 有要求； 而布儒斯特角无此要求； 入射角大于全反射角时都会发生全反射，但只有入 射角为布儒斯特角时反射光才是完全线偏振光。
所以：
ib 50.3 该材料对水的相对折射率为1.2
例.一束自然光自空气射向一块平 板玻璃(如图)，设入射角等于布儒 斯特角i0，则在界面 2 的反射光
i0
1 2
6
（A）光强为零； B）是完全偏振光且 光矢量的振动方向垂直于入射面；（C） 是完全偏振光且光矢量的振动方向平 行于入射面；（D）是部分偏振光。 [ B ]
布儒斯特定律
1
一、反射和折射的偏振光
当自然光入射到介质表面时，反 射光和折射光都是部分偏振光。 反射光中振动方向垂直入 射面的成分比平行于入射面 的成分占优势；
i
1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光？
1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光？1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光,答使圆偏振光通过一块l/4波片，就能变成振动面与波片光轴成450角的线偏振光(圆偏振光可以分解成振动面沿波片光轴方向和垂直于光轴方向的两互相垂直的线偏振光，在波片的前表面，二者有?p/2相位差，过l/4波片后，又有了?p/2的相位延迟量，所以，这两互相垂直的线偏振光过波片后相位差非零即p，合成光仍为线偏振光(2、用怎样的措施获得圆偏振光,答让自然光通过起偏镜，得到振动方向平行于起偏镜透振方向的线偏振光(再让线偏振光通过一块 /4波片，波片晶轴z与线偏振光振动方向成450角，自l/4波片出射的就是圆偏振光(选取l/4波片使分解的o光和e光有?p/2的相位差，光轴z与入射线偏振光振动方向450的夹角，可使分解的o光和e光有相等振幅(3、有四束光，它们的偏振态分别是:线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和自然光，怎样鉴别它们,答:用一块检偏振器分别对四束光迎光旋转检验，当检偏振器旋转一周，发现出射光强两个方位最大，两个方位为零时，该光就是线偏振光;出射光强两个方位最大，两个方位变小时，该光即是椭圆偏振光;当出射光强不变时为圆偏振光和自然光(然后再区别圆偏振光和自然光(将这两束光分别通过l/4波片(通过l/4波片后，自然光还是自然光，用旋转的检偏振器检验，仍然光强不变;而圆偏振光通过l/4波片后变为线偏振光，用检偏振器检验，出现两次最大，两次零光强(4、实验室中有三块偏振器件, 偏振片、λ/2波片和λ/4波片, 其中λ/2波片和λ/4波片外形完全相同，但未标明记号(现在有一盏与之相应的钠光灯, 试问用什么方法和怎样的步骤能将它们辨认出来，并标明它们的特征方向(即透振或晶轴方向)(答:用实验室中的光滑桌面(或玻璃板面)反射钠光，透过三块未知的偏振器件观看反射的钠光，在此过程中，一边旋转偏振器件，一边改变反射光方向，三块偏振器件中必有一块出现:两明两零:的现象，它就是偏振片(此时，钠光的入射角就是布儒斯特角，反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光(另两块是波片，无论怎样旋转它，无论怎样改变反射光线的方向，光强都不发生变化(现在有了一块偏振片，还有已知振动方向的线偏振光(将两块波片分别迎着线偏振光旋转，用偏振片检验出射光强的变化(如果不管在什么方位，总是出现:两明两零:的现象，这块波片一定是l/,波片，因为线偏振光经过l/,波片后仍然是线偏振光(而线偏振光通过l/4波片，仅在线偏振光的振动方向平行(或垂直)l/4波片晶轴的情况下，才会出射线偏振光(在线偏振光振动方向与晶轴成450角时，出射圆偏振光，一般情况下出射椭圆偏振光( 5、一束自然光通过偏振片后再通过λ/4波片射到反射镜上，欲使反射光不能透过偏振片，波片的快慢轴与偏振片的透振方向应该成多大角度,为什么,答:如图所示，欲使反射回来的光不能通过,片，光的偏振态必需是线偏振光，且振动面垂直于,片的透振方向(将偏振片的透振方向与波片C 的快(慢)轴成450角放置，自然光过偏振片后，所成的线偏振光振动面与波片快轴也成450角(因此，线偏振光过λ/4波片后成为圆偏振光(若所成的圆偏振光是右旋的(如图b)，则波片快轴沿竖直方向，光过波片后,竖直方向的振动超前水平方向振动p/2(右旋圆经反射镜反射后将变为左旋圆,迎着反射光看，竖直方向振动落后水平方向振动p/2(左旋圆偏振经过波片后,水平振动与竖直振动同相位，合成的线偏振光与入射光振动方向垂直，因此不能再次通过偏振片了(若波片快轴沿水平方向，也有同样结果。
产生线偏振光的方法
产生线偏振光的方法
有多种方法可以产生线偏振光：
1. 通过偏振片：最常见的方法是使用偏振片来过滤非偏振光。
偏振片是一种具有定向分子结构的材料，可以选择性地吸收或透射特定方向上的光波。
当光通过一个偏振片时，它将只允许一个方向上的光通过，其他方向上的光将被吸收或减弱，从而产生线偏振光。
2. 通过自然光的反射、折射和透射：自然光在与界面接触时，通常会发生反射、折射和透射。
当自然光以特定角度入射到一个界面上时，反射光的振动方向与折射光的振动方向分离，这样就可以产生线偏振光。
3. 通过液晶器件：液晶是一种具有有序分子结构的材料，可以通过电场的作用来调整光的偏振状态。
通过将液晶材料置于适当的电场中，可以使光线发生相位差，并产生线偏振光。
4. 通过波片：波片是一种具有调整相位差的功能的光学元件，可以将自然光转换为线偏振光。
通过适当选择波片的厚度和材料，可以实现将自然光转换为特定方向上的线偏振光。
这些方法都可以用来产生线偏振光，具体选择哪种方法取决于实际需求和应用场景。
偏振光的获得和检测
§17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1. 布儒斯特定律如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0满足, (17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。
当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有. (17-70)将这个关系代入式(17-69)，得,即,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。
如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3︒，此时的折射角为33.7︒。
当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。
假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。
2. 晶体的双折射现象在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。
这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。
我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。
而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。
这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。
图 17-41在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络面和椭球面的包络面。
偏振光实验报告
实验报告学生姓名：学号：指导教师:实验地点：实验时间：一、实验室名称：偏振光实验室二、实验项目名称：偏振光实验三、实验学时：四、实验原理：光波的振动方向与光波的传播方向垂直。
自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向；某一方向振动占优势的光叫部分偏振光；只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。
将非偏振光（如自然光）变成线偏振光的方法称为起偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。
（一）线偏振光的产生1 •非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。
当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。
起偏角的数值:与反射物质的折射率n的关系是：tan = n （1）称为布如斯特定律，如图i所示。
根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。
从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。
非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。
2. 偏振片分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成, 子平行地排列在同一方向上。
线偏振光，如图2所示。
的偏振光束，是常用的起偏元件。
它具有梳状长链形结构的分子,---这些分因而产生用它可得到较宽片时，可观察到不同的现象， 如图3所示，图中（a ）表示旋转P ,光强不变，为自然光；（b ） 表示旋转P ,无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光； （c ）表示旋转P ,可找到全暗位置，为线偏振光。
（二）圆偏振光和椭圆偏振光的产生线偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片的表面，会产生比较特殊的双折射现象。
这时，非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相 位差2（n°-n e ）d（ 2）■ 0式中■ o 表示单色光在真空中的波长， n 。
反射光和折射光的偏振
一.现象
自然光经界面反射和折射，反射光和折射光变为 部分偏振光，反射光中以振动方向垂直于入射面的为 主，折射光中以振动方向平行于入射面的为主（即在 入射面内）：
这一现象是马吕
n1
斯于1808年发现
n2
的。
ii
n1
r
sin i0 n2
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cosi0
cosi0
sin
cos(π 2
)
i0
2
不同入射角，反射光和折射光的偏振方向
2020/8/17
6
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 n2 介质入射于界面时，此 角即为布儒
斯特角 .
cot i0
n1 n2
tan(π 2
i0 )
tan
7
讨论 （1）讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
i0
i0
i
Hale Waihona Puke ii8例1 在下图中，以线偏振光或自然光入射于界面时，问折射光 和反射光各属于什么性质的光，并在图中所示的折射光线和反射 光线上用点和短线把其振动方向表示出来：图中
i0 arctgn i i0
振动20。20/8即/17 应选（A）。
10
例2 一自然光自空气射向一块平板玻璃，
入射角为布儒斯特角 i0 ,问在界面 2 的反射光
是什么光？
空气
n1 i0 i0
1
n2
反射光和折射光的偏振
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角
为布儒斯特角 i 0 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空气
1 2
注意：一次 起偏垂直入射面 的振动仅很小部 分被反射（约 15%）所以反射 偏振光很弱 。一 般应用玻璃片堆
产生偏振光
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n 2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
tan i0
n2 n1
coi0tn n . 1 2taπ 2 n(i0)tan
注意 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.
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
.
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i 0 ）.
ii
n1
空气
n2
玻璃
ห้องสมุดไป่ตู้光反射与折射时的偏振
入射面 入射光线和法 线所成的平面 .
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 .
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 .
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
.
布儒斯特定律（1812年）
i0 i0
.
i0
i0
i0
i
i
i
.
讨论 如图的装置 p1,p2,pp ,'为偏振片，
问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？
p2 s1 p ' s
p2
p
p'
45 p 1
p p1 s2
1）去掉 p, p ' 保留 p1, p2 无（两振动互相垂直）
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。
《物理光学》第7章 光的偏振与晶体光学基础
vk = vs cos α
z
4、 自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波的总和。 振动方向无规则。 自然光可以用相互垂直的两个光矢量表示，这两个光矢量的 振幅相同，但位相关系不确定。
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、 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅 不相干的线偏振光。 的、不相干的线偏振光。
寻 常 光 线 (ordinary ray) 和 非 常 光 线 (extr- ordinary ray)
o光 : 遵从折射定律
n1 sin i = n2 sin ro sin i ≠ const sin re
自然光 n1 n2 (各向异 各向异 性媒质) 性媒质
e光 : 一般不遵从折射定律、 也不一定在入射面内。
Dx ε xx D = ε y yx Dz ε zx
ε xy ε xz Ex ε yy ε yz E y ε zy ε zz Ez
通过坐标变换，找到主轴方向：x,y,z,则 通过坐标变换，找到主轴方向：x,y,z,则：
均匀性及各向异性
2 晶体的介电张量(The dielectric tensor) (The 张量的基础知识： 零阶张量(标量): ( ) 如果一个物理量在坐标移动时数值不变，则称为标量(T, (T, m, …) )
一阶张量(矢量)： ( ) 如果一个物理量由三个数表示，而且在坐标移动时如同坐标 一样变换，则此物理量称为矢量…
Dx ε x D = 0 y Dz 0
主介电常数 双轴晶体：
0
εy
0
0 Ex 0 Ey ε z Ez
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。
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。
反射光与折射光的偏振
反射光与折射光的偏振自然光可分解为振动方向互相垂直的两种光。
自然光射到两种透明介质的分界面上发生反射和折射时，由于反射率和折射率与光的振动方向有关，反射光和折射光都将成为部分偏振光，在特殊情况下，反射光将是线偏振光。
用E P 表示平行于入射面的电矢量振动的振幅，E P1、E ’P1、E ’P2分别代表入射光、反射光和折射光的电矢量振动的振幅；i 表示入射角，r 表示折射角，则根据菲涅耳公式（参见“菲涅耳公式”），反射比,)tan()tan(p1p1p r i r i E E r +-='=（1） 透射比).cos()sin(cos sin 2p12p p r i r i ir E E t -+==(2)用S E 表示垂直于入射面的电矢量振动的振幅,1S E 、1S E '、2S E 分别代表入射光、反射光和折射光的电矢量振动的振幅，则反射比,)sin()sin(11r i r i E E r S S S +--='=（3） 透射比).sin(cos sin 212r i ir E E t S S S +==（4）由（1）式可知，当2π=+r i时，0/11P ='E E P。
这表示反射光中没有平行于入射面的电矢量，即反射光成为垂直于入射面的线偏振光。
所以这是利用反射从自然光得到偏振光的一种方法。
这时的入射角i 叫做偏化角，通常用p i 表示。
由于rr n i n r i sin ,sin sin ,22p 1p ==+πp cos i =，所以.arctan ,tan 12p 12p n ni n n i ==（5） 这个公式所表示的规律叫做布儒斯特定律，p i 又叫布儒斯特角。
反射引起偏振的现象是法国物理学家马吕斯（Malus,Etienne Louis,1775～1812）在1808年发现的。
反射起偏的规律，即布儒斯特定律，是英国物理学家布儒斯特（Breuster,D.B.1781～1868）在1812年发现的。
反射光与折射光的偏振态
若主平面垂直于 晶体解理面中的一 对相对的表面时， 这样的面为主截面 70o53
109o7 109o7
109o7 70o53
对于方解石晶体，
70o53
有三个主截面。
二、o光和e光的特征
4、 无论是o-光还是e-光，都是线偏振光。
o-光总是垂直于o光的主平面，其结果 是o-光光矢量总是垂 直于光轴。
当方解石晶体旋转时，
o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双
折 射
光光
e• •o
方解石 晶体
一、光的双折射现象
当方解石晶体旋转时，
o光不动，e光围绕o光旋转
纸面
双
折 射
光光
e• •o
方解石 晶体
二、o光和e光的特征
1、寻常光线，o-光和非寻常光线，e-光
不遵循折射定律
e o
遵循折射定律
二、o光和e光的特征
2、光轴: 在这个方向上，o-光和e-光的传播速度
相同。
102o 102o
光轴
A
102o
注意:光轴不是一个 轴，而是一个方向
78o
78o
102o
D
方解石晶体
•单轴晶体: 只有一个光 轴的晶体。
•双轴晶体:有两个光轴 的晶体。
二、o光和e光的特征
3、主平面，主截面
任意包含有光线和光轴的平面，称之为主平面。包 含有o光和光轴的平面，称为o光主平面。包含有e光和 光轴的平面，称为e光主平面。
的光一定为线偏振光，且振动方向与入射面垂
直，此时的入射角称为布儒斯特角（ ） ib
ib ib
n1
线偏振光
tgib
n2 n1
n2
用反射和折射二向色性获得偏振光(1)
透明聚乙烯淳片，强烈吸收某一方向上的光振动，透射光成 为线偏振光。 透振方向：允许通过光矢量振动的方向。 透振方向
入射光// 透振方向
·
入射光⊥ 透振方向
通！ 不通！
优点：造价低廉；面积大，通光孔径大；轻便。 缺点：带有选择性吸收，使透射的偏振光带有颜色。
形象说明偏振片的原理
透振方向
∴
tgi 0
n2 n1
i0 称为起偏振角—布儒斯特角
3、 用玻片堆（Pile of plates）获得线偏振光
i0
i2
···········
n1 n2 n1 n2
n1
…
n2
反射光为完全偏振光
在玻璃片上表面用布 儒斯特角入射
i0
tg 1
n2 n1
i0 i2 2
在玻璃片下表面仍为 布儒斯特角入射
多次反射后，透射光出射
1、自然光通过起偏器的情形 若入射光为 I0，有出射光：
I
1 2
I0
2、设：P1 为起偏器， P2 为检偏器，通过P1 的光强为I，振幅
为A，求通过P2 的光强为Iθ
P1 和 P2 透振方向平行时：
Iθ= I cos20°= I
P1 和 P2 透振方向成θ角时：
Iθ= I cos2θ
P1 和 P2 透振方向垂直时：
i2
tg 1
n1 n2
透射光为完全偏振光
自然光入射
..
光矢量垂直于入射 面的线偏振光反射
... .. . . .. . . .. . . . . . .
. .
光矢量平行于入射 面的线偏振光透射
[例] 橱窗设计
（A）
玻璃门表面 的反光很强
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获得线偏振光的方法
1，利用反射和折射 2，利用二色向性 3，利用晶体双折射 4，利用散射
利用反射折射产生线偏振光
当光的入射角以布儒 斯特角入射时，反射 光中没有p波，折射光 中既有s波也有p波， 然而相对于入射光来 说，折射光的偏振度 高于入射光。
一般情况下，只利用 一片玻璃的反射和折 射来获得线偏振光， 是有缺点的，反射光 虽然是线偏振光但是 强度太小，为了解决 这个矛盾可以让光多 次通过玻璃叠成的片 堆，并使入射角等于 布儒斯特角。
按照堆光片的原理，可以制成一种 偏振分光镜
Hale Waihona Puke 偏振分光镜是把一块立方棱镜沿着对角面 切开，并在两个切面交替的镀上高折射率 的膜层（如ZnS）和低折射率膜层（如冰晶 石），再胶合成立方棱镜。 在偏振分光镜中高折射率膜层相当于玻璃 片，低折射率膜层相当于玻璃间的空气。 为了获得最大的偏振度，应该选用适当膜 层折射率，使光线在相邻膜层界面上的入 射角等于布儒斯特角。
利用折射反射获得线偏振光
光电六班 康 辉
什么是线偏振光
光矢量的振动方向在传播过程中保持不变， 只是它的大小随随相位改变。 光的偏振现象在科学技术中，特别是激光 技术、光信息处理、光通信等领域有着重 要的应用。 自然界是不存在线偏振光的，那么怎么在 自然界获得偏振光，而且获得偏振度较高 的线偏振光？利用线偏振光的叠加合成就 可以获得椭圆偏振光、圆偏振光。
例如：让自然光以布儒斯特角通过多块玻璃堆，可 以使透射光接近于线偏振光，n=1.54 利用布儒斯特公式可以 求出入射角 折射定律求出反射角 菲涅尔公式可以求出s、 p波投射系数 即可以求出透射率 进而可知道偏振度
光透过第一块玻璃的 偏振度为 光透过第二块玻璃的 偏振度为 光透过第四块玻璃的偏 振度为 光透过第八块玻璃的 偏振度为
按照堆光片的原理，可以制成一种偏振分光镜
产品展示
折射率的计算
n3sinπ/4=n2sinθ tanθ=n1/n2
在偏振分光镜中镀膜的层数很多，分光镜 产生的反射光和透射光的偏振度是很高的。
膜层厚度的的选择应该是膜上、下表面反 射光束满足干涉加强条件，从而使投射光 波中的s波分量最大限度的减小 2nHhHcosθH +λ/2=λ 2nLhLcosθL+λ/2=λ 就是可以得出膜层厚度。 继而就可以投射出偏振度较高的线偏振光