大学物理-第十二章-光的偏振
《大学物理》光的偏振
符号表示
v
2. 线偏振光 (光振动只沿某一固定方向的光)
符号表示
v
v
光的振动方向与传播方向组成的平面称为振动面。
v
此线偏振光振动面为板面
3. 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
13.12.2 偏振片 马吕斯定律
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 .
量糖计就是根据这个原理制成的。
13.12 光的偏振
光的波动性 光波是横波
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
横波与纵波的区别
机械横波穿过狭缝
机械纵波穿过狭缝
13.12.1 自然光 偏振光
1. 自然光 ：各个方向的光矢量（无固 定的相位关系），在所有可能的方向 上的振幅都相等（轴对称）。
v
E
常把各个光矢量分解成任意两个相互垂直
的两个光矢量分量。
1. 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 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 . 自然光通过偏振片强度减少一半。
I0
起偏器
1 2
I0
偏振化方向
起偏器：将自然光变为线偏光的光学器件 检偏器：检验光偏振态的光学器件
3. 起偏和检偏
2.马吕斯定律（1880 年）
I = I0 cos2a
I 入射偏振光的强度
I 0 出射光的强度
a 是入射的偏振光的光振
动方向与偏振片的偏振 化方向之间的夹角 Nhomakorabea马吕斯定律的证明
N
I0
M
E0
N M
E a E0
光的偏振ppt课件
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
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
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
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
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得 ＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得 ＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此 光轴
方向的直线均为光轴。
102o
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
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •
大学物理光的偏振
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❖ 各向(同)异性的微观本质
若组成固体的晶粒在空间的取向是无规则的，就表现出各 向同性；若组成固体的晶粒在空间有一定的取向，就表现出各 向异性。
大学物理光的偏振 首页 上页 下页退出
横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。
1、偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。
这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。
光是横波，应该具有偏振性。
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2、振动面的概念 振动方向与传播方向组成的平面。
3 首页 上页 下页退出
答案为：部分偏振光，
1 （或900）
2
24 首页 上页 下页退出
例14－6 一束平行的自然光，以600角入射到平玻璃表面上，若
反射光束是完全偏振的，则透射光束的折射角是－－－－－－，玻璃 的折射率为－－－－－－－－－。
解：若反射光为完全偏振光，则入射角i0为布儒斯特角。
折射角为：0=90o-60o=30o
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
xE y
cz
S
4 首页 上页 下页退出
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布 的均匀性，又有空间分布的均匀性，具有这种特性的光就叫自 然光 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动，且又无固定的位 相关系的光)。
结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。
5
答：（1）（2）（3）中反射光、折射光均为线偏振光。
大物课件光的偏振概要
4. 晶体的主折射率 正晶体与负晶体
①
o 光的速度为 vo
，o光的折射率为
n0
c o
e 光在垂直光轴方向的速度，即 e 光的振动
光轴方向 O光
方向与光轴平行时的速度用
的折射率为
ne
c e
ve
表示
，此时e 光 负晶体
e光
称 no 和 ne 为晶体的主折射率。
② 正晶体： Vo Ve 即 no ne 的晶体 ，
a. 令入射光依次通过
四分之一 波片和偏振
片II，改变 II的透振方 向P2，观察透光强度变
化。
II
I
4
P2
有消失 无消失
b. 四分之一波片的光轴方向
必须与椭圆主轴重合。
4
有消失
II
无消失
结论
圆偏振光 自然光 椭圆偏振光 部分偏振光
19.6 偏振光的干预
27
偏振光的干预为分振动面干预，它把某一点的光矢量沿互
式中α为入射光振动方向与透光轴的夹角。
应用：立体电影=
19.3 反射和折射起偏 布儒斯特定律
1. 布儒斯特定律
——产生线偏振光的方法之二
自然光在两种各向同性介
质分界面反射和折射时，一 般情况反射光和折射光都将 成为部分偏振光。
入射 ii
反射
n 1 玻璃 n2 折射
7
在以特殊的入射角 i0 入射时，反射光成为完全偏振光， 其光振动方向垂直入射面。
偏振片 14
e光
——产生线偏振光的方法之三
o光
一束光射入各向异性的晶体，折射光
分成两束的现象，叫双折射现象
双折射的两束光都是完全线偏振光。 图 o光和e光 其中一束遵守折射定律，叫寻常光〔o光〕；
大学物理--光的偏振(完全)
e
方 解 石 的 主 平 面
o
图
21
3.惠更斯原理研究双折射现象 作图方法 1. o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为 球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面 为旋转椭球面。 2. o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波 面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方 向上速度相差最大。 3.对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光 的子波面(球面)。
图
例题 一束光是自然光和线偏振光的混合。当它通 过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5 倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。 解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光 强为I2，则透射光强
1 1 I max I1 I 2 , I min I1 2 2 I max 2I 2 I 2 2 5 1 , I1 I min I1
图
8
例题 自然光连续通过两个叠在一起的偏振片后， 透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振片偏振 化方向之间的夹角。 解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是 Io
自然光
1 Io 2
图
1 2 ( I o ) cos 2
由
解得： =45°(or 135°)。
9
1 1 2 I I o cos I o 2 4
2
1.自然光 部分偏振光 线偏振光 普通光源发出的光、阳光都是自然光。 由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发 出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的 速度取0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个 方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。
《光的偏振》课件
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
(大学物理)光的偏振
线偏光
圆偏振光
§2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
一. 起偏 • 起偏：从自然光获得偏振光 • 起偏器: • 偏振片 起偏的光学器件
（1928年美国大学生兰德发明）
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。它有一个特 定的方向，只让平行与该方向的振动通过。
例：三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起， P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直，P2 与 P1 的偏振化方向间的夹角为 30 ° 。强度 为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并 依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑 偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片 后的光光强为： （B） 3 I 0 / 8; （A） I 0 / 4; （C） 3 I 0 / 32; （D） I 0 / 16. [ C ]
2.寻常光和非寻常光
o光（寻常光）: 遵从折射定 n1 sin i = n2 sin ro
律 且在入射面内传播 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。 例如，方解石晶体(冰洲石) 光轴是一特殊的方向 , 凡平 行于此方向的直线均为光轴。
• 光轴 B
102°
A
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
例如：方解石、石英等。
双轴晶体：有两个光轴的晶体
例如：云母、硫黄等。
4. 主平面和主截面 主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。 O光振动方向垂直于主平面。
《大学物理》光的偏振现象的研究实验
图2 二向色性起偏《大学物理》光的偏振现象的研究实验姓 名学 号 班 级桌 号 教 室实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师一. 实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振基本规律的认识；2. 了解产生和检验偏振光的基本方法；3. 验证马吕斯定律；4．1/2波片，1/4波片的研究； 5.利用旋光现象测定蔗糖溶液浓度. 二. 实验仪器导轨和机座, 带布儒斯特窗的氦氖激光器, 激光器架, 偏振片、波片架, 滑动座(4个)， 光传感器(光电探头)，光功率测试仪，偏振片（2个），1/2波片（波长632.8nm ），1/4波片（波三. 实验原理1. 偏振光的基本概念光波是一种电磁波，它的电矢量 和磁矢量 相互垂直，并垂直于光的传播方向。
通常人们用电矢量 代表光的振动方向，并将电矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。
在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1(a)所示。
振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化，光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时，称为椭圆偏振光或圆偏振光，评 分教师签字图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光图3 双折射起偏原理图人眼逆光来看，若电矢量末端按照顺时针方向旋转，则称为右旋椭圆或右旋圆偏振光，反之为左旋。
通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向，没有一个方向的振动比其它方向更占优势。
这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图1(b)所示；如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定方向上占优势，则此偏振光称为部分偏振光，如图1(c)所示。
将自然光变成偏振光的器件称为起偏器，用来检验偏振光的器件称为检偏器。
实际上，起偏器和检偏器是互为通用的。
下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。
２. 二向色性起偏、马呂斯定律、双折射起偏二向色性起偏：物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质，称为二向色性。
大学物理下光的偏振PPT课件
反射和折射
当光线从一个介质传播到另一个介质时，在分界面上反
射和折射的光线通常是部分偏振的。这是因为在分界面
上，电矢量的振动方向受到限制，只有某些方向上的振
动能够通过。
双折射
在某些晶体中，光线传播时会分成两束不同速度的光，
这两束光的振动方向互相垂直。这种现象称为双折射，
它是产生偏振光的另一种方式。
偏振光在日常生活中的应用
03
利用法布里-珀罗干涉仪产生的多光束干涉现象，根据透射光强
随角度或波长的变化曲线，可求得光波长。
实验数据处理与结果分析
数据处理
结果分析
注意事项
记录实验数据，包括干涉条纹间
距、角度、双缝间距、缝宽等，
并进行计算处理。
将实验数据与理论值进行比较，
分析误差来源，如光源单色性、
双缝间距和缝宽的准确性、测量
01
圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出圆形轨迹，称为圆偏振光。
02
椭圆偏振光概念
光矢量端点在垂直于传播方向的平面上描绘出椭圆形轨迹，称为椭圆偏
振光。
03
产生条件
当两个频率相同、振动方向互相垂直的线性偏振光振幅相等，相位差为
π/2时，可产生圆偏振光；若振幅不相等或相位差不为π/2，则产生椭
旋光度、分析物质的成分等。
光子晶体器件
利用光子晶体对光的调控作用制成的器件，具有体积小、重量轻、
易于集成等优点，被广泛应用于光通信、光计算等领域。
THANKS
感谢观看
产生方式
通过反射、折射、双折射和选择性吸收等方法可
以获得线性偏振光。
马吕斯定律及其物理意义
马吕斯定律
强度为I0的线偏振光，透过检偏器后，透射光的强度（不考虑吸收）为：I=I0cos2。其中为
大学物理课件-光的偏振
布儒斯特角：
tan i0
n2 n1
駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。 照相機按上偏振鏡可以產生不同的效果，看出來了嗎？
I
I1
cos2
I2
cos2 (
2
)
I1
I
轉動一周出現兩次強度最強，兩 次最弱，無消光現象。
I2
結論：
1、偏振片轉動一個角度後，透過的強度及偏振態 均不變，則入射光一定是自然光。
2、偏振片轉動一周，有消光現象，則入射光一定 是線偏振光。
3、偏振片轉動一周無消光現象，都有強度的強弱 之分，則入射光是部分偏振光。
§12-5 光的偏振
12-5-1 自然光與偏振光
一、光的偏振性：振動方向相對傳播方向的不對稱性。 （只有橫波能產生偏振，縱波不具有偏振性。）
光是一種電磁波（橫波）。電向量 E與磁向量 H相
互垂直，它們分別又與電磁波的傳播方向垂直。
光振動：電磁波的E 振動。 光向量：電磁波的E 向量。
E
v
二、三種偏振態 1、線偏振光：某一光束只含有一個方向的光振動。（平面偏振光）
一、偏振片，二向色性 偏振片：能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂直方向上 的光振動通過的一種透明薄片。 是一種獲得線偏振光的偏振器件。
偏振化方向：允許通過的光振動方向。
偏振片的用途：“起偏”和“檢偏”
二、馬呂斯定律
1、自然光入射偏振片
偏振片轉動一個角度後， 透過的強度及偏振態均 不變，只是振動的方向 變化。
自然光I0
起偏 線偏振光I0/2
（自然光可以任意分解！）
偏振片的透光方向就是線偏振光的振動方向。
2、線偏振光 I1
:偏振片的透振方向與入射光的振動方向的夾 角。
【大学物理】第12光的偏振
注意： 这个特定的角称为
布儒斯特角；
n1
i0
n2
r0
此时折射光仍为 部分偏振光；
入射角为起偏振角 时，反射光与折射
光互相垂直,是完全
偏振光。
sin i0 n2 sin r0 n1 又i0 r0 90
tgi0
sin i0 cos i0
sin i0 sin r0
n2 n1
n21
i临介 arcsin
e光出射成为偏振光
1.550 1.658
70
可用于起偏和检偏 （a） S （b）S （c）S
表示两尼科耳棱镜主截面的夹角
0
0 2
2
§12—6，7椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉
1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。
2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成 角 00 , 900入射到厚度为l的波片内分成o、e
P2 A2
P3 A3
(b)
因而
A3
A1
cos
cos(
2
)
A1
cos
sin
1 2
A1 sin
2
所以
I3
1 4
I1
sin2
2
又由于
I1
1 2
I0
最后得
I
1 8
I0
sin
2
2
由此可见，当不断旋转P2时，透过P3的光强将在最强（I0/8）与零 之间作周期性变化。
§12－3反射和折射时的偏振 布儒斯特定律
时a=a/2，所以
0
大学物理光的偏振
大学物理光的偏振在我们日常生活中，光无处不在。
从清晨的第一缕阳光到夜晚的璀璨灯光，光一直陪伴着我们。
然而，在大学物理的领域里，光的性质远不止我们肉眼所看到的那么简单。
其中，光的偏振就是一个引人入胜且具有重要应用价值的特性。
要理解光的偏振，首先得从光的本质说起。
光是一种电磁波，它的电场和磁场在空间中垂直且同步变化。
一般情况下，自然光中的光波振动方向是随机的，各个方向上的振动幅度相同。
但当光经过某些特殊的处理或在特定的环境中传播时，就会出现偏振现象，即光波的振动方向变得有规律起来。
偏振光可以分为线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向始终在一个固定的直线上，就好像一列整齐排列的士兵，步伐一致。
圆偏振光和椭圆偏振光则相对复杂一些，它们的振动方向会随着时间的推移而发生规律的变化。
那么，光为什么会偏振呢？这通常与光与物质的相互作用有关。
比如，当光通过某些晶体时，由于晶体内部结构的特殊性质，只有特定方向振动的光能够通过，从而产生偏振光。
这种现象被称为晶体的双折射。
此外，反射、散射等过程也可能导致光的偏振。
光的偏振在实际生活中有许多重要的应用。
偏光太阳镜就是一个常见的例子。
在强烈的阳光下，地面和水面的反射光往往是部分偏振光，会给我们的眼睛带来不适和干扰。
偏光太阳镜能够阻挡这些偏振光，让我们看得更清晰、更舒适。
在摄影领域，偏振镜也发挥着重要作用。
它可以减少非金属表面的反光，增强色彩饱和度和对比度，使拍摄的照片更加清晰和生动。
在科学研究中，光的偏振更是一种强大的工具。
例如，在化学和生物学中，利用偏振光可以研究分子的结构和排列。
在天文学中，通过分析来自遥远天体的偏振光，可以获取有关天体磁场和物质分布的信息。
在通信领域，偏振复用技术可以大大提高光通信的容量和效率。
通过在同一根光纤中同时传输不同偏振态的光信号，实现了更多信息的传输。
要研究光的偏振现象，我们需要一些专门的仪器和实验方法。
偏振片是最常用的工具之一。
大学物理实验光的偏振
大学物理实验光的偏振
光的偏振是指光在传播时，电场矢量的振动方向只能沿着某一特定方向，而不能沿着
所有方向振动。
光的偏振是光的一个重要性质，也是光学重要的研究内容之一。
我们可以通过光的偏振，来研究光的各种性质。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和
椭偏振三种类型。
实验中，我们可以使用偏振片和偏振光源来研究光的偏振。
下面我介绍两个光的偏振
实验。
我们可以使用偏振片来观察光的偏振现象。
偏振片本身的作用是把不偏振的光线变成
具有偏振性质的光线。
实验步骤：
1.将偏振片放在光源的前面，并让光通过偏振片。
2.将第二个偏振片放在第一个偏振片的后面，并使两个偏振片的透振方向相互垂直。
3.观察通过第二个偏振片的光，发现光线的亮度发生变化，当两个偏振片的透振方
向平行时，光的亮度最大，当两个偏振片的透振方向垂直时，光变暗。
实验原理：
我们可以通过双折射晶片来产生圆偏振光，然后通过偏振片观察光的偏振现象。
3.观察通过偏振片后的光线，可以发现无论偏振片的透振方向如何调整，光的亮度
都不会发生变化。
这是因为圆偏振光在所有方向都具有相同的偏振性质，无论用任何方
向的透振片都不会改变其偏振性质。
圆偏振光是指光的电场振动方向沿着一个圆周运动。
这种光不具有特定的偏振方向，
无论用任何方向的偏振片都可以通过。
总结
光的偏振是光学重要的研究内容之一。
我们可以通过偏振片和偏振光源的实验，研
究光的偏振现象。
本文介绍了光通过偏振片和双折射晶片形成的圆偏振光的实验，希望
对读者有所帮助。
大学物理实验——光的偏振
基本方法:在检偏器前加一块l/4波片 基本方法:在检偏器前加一块l/ l/4
检偏器
区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 有最大光强和消光的为圆偏振光, 有最大光强和消光的为圆偏振光,没有 变化的则为自然光. 变化的则为自然光.
区别部分偏振光和椭圆偏振光: 区别部分偏振光和椭圆偏振光: 同时转动波片和检偏器, 同时转动波片和检偏器 , 有消光现象的为 椭圆偏振光, 椭圆偏振光 , 没有消光现象的为部分偏振 光.
�
2,验证马吕斯定律: ,验证马吕斯定律:
移回望远镜,旋转检偏器, 移回望远镜,旋转检偏器,用激光功率计 观测检偏器P2转过的角度与光强I的变化 规律. 规律.在0~90间每10测一次. ~90间每10测一次. 间每10
3,观察线偏振光通过波片后的偏振状态 ,
1) 旋转检偏器至消光,然后将1/4波片置于 旋转检偏器至消光,然后将1/4 1/4波片置于 载物台,再旋转波片至消光, 载物台,再旋转波片至消光,
光的偏振
物理实验中心
一,实验原理
(1)什么是偏振光? 什么是偏振光? E
c
H
线偏振光
v E 代表光波振动方向
v v E = E0 sin ωt
Ey
E
Ex
E
椭圆偏振光
圆偏振光
椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成. 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成.
椭圆偏振光. (3)其它情况→椭圆偏振光. )
返回
自然光: 自然光:各个方向上的
部分偏振光:某些方向 部分偏振光:
光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机. 光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机.
大学物理光的偏振课件
旋转检偏器，观察光斑的变化。当检 偏器的晶格方向与偏振片一致时，光 斑消失；当检偏器的晶格方向与偏振 片垂直时，光斑重新出现。
步骤2
打开光源，观察屏幕上是否出现光斑。 若出现光斑，表示偏振光已经产生。
步骤4
重复步骤3，改变检偏器的旋转角度， 观察光斑的变化，以验证光的偏振现 象。
实验结果ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
利用偏振光的特性，开发新型光学加密和安全技 术，保障信息安全。
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量子隐形传态
通过偏振光的传输，实现 量子态的远程传输，为未 来量子通信网络奠定基础。
偏振编码
利用偏振光的偏振态进行 信息编码，提高信息传输 的容量和可靠性。
偏振光在生物医学领域的应用
生物分子检测
利用偏振光对生物分子进行检测， 提高检测的灵敏度和特异性。
医学成像
通过偏振光成像技术，获取生物 组织的结构和功能信息，为医学
诊断和治疗提供依据。
光疗与光动力治疗
利用偏振光的能量，对生物组织 进行光疗和光动力治疗，提高治
疗效果。
偏振光在其他领域的应用
光学传感与测量
利用偏振光的特性，开发新型光学传感器和测量 仪器，提高测量精度和可靠性。
光学信息处理
利用偏振光进行光学信息的处理和传输，提高信 息处理的速度和效率。
光学加密与安全
偏振滤镜在摄影中用于控制反光和眩光，提高色彩饱和度和对比度。通过消除非金属表面的反光和眩光，偏振滤镜可 以使照片更加清晰自然。
摄影中偏振滤镜的应用场景
在拍摄水面、玻璃、金属等反光物体时，使用偏振滤镜可以有效地消除反光和眩光，提高照片质量。此外，在拍摄风 景、人像等场景时，偏振滤镜也可以提高色彩饱和度和对比度，使照片更加生动。
大学物理光的偏振课件
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
24
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。 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。
凡平行于此方向的直线均为光轴。
102° A
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
光轴
双轴晶体：有两个光轴的晶体
B
25
晶体主平面:晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。
· ·· ·· ·
垂直板面的 光振动较强
5
（3）椭圆偏振光和圆偏振光 光振动的方向随时间改变，光矢量在垂直于光的传播 方向的平面内以一定的角速度旋转。
椭圆偏振光：光矢量的端点描绘的轨迹是椭圆
圆偏振光：光矢量的端点描绘的轨迹是圆
6
二．起偏片
起偏与检偏
使自然光变成线偏振光。 起偏： 起偏器：使自然光变成线偏振光的装置。 检偏器：检查某束光的偏振状态的装置。
o光的 主平面
· · · ·
光轴
e光的 主平面
o光
光轴
e光
o光的振动面垂直于o光的主平面 e光的振动面在e光的主平面内 主截面： 由晶体光轴和晶体表面法线方向组成的平面。
26
2. 波片(波晶片)
uo ue
no ne
2
晶面
(no ne )d
o e
P2
1 I0 4
1 1 1 2 2 I ( I 0 ) cos I 0 cos 45 I 0 2 2 4
11
例2．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直 通过一偏振片，若以此入射光束为轴转动偏振片，测 得透射光强度最大值是最小值的5倍。那么入射光中自 然光与线偏振光的光强之比为何？ 解： 设其中自然光强I0， 透射光强最大时： 透射光强最小时： 线偏振光强 I Imax= I + I0/2 Imin= I0/2
大学物理光的偏振与反射定律
大学物理光的偏振与反射定律光是一种电磁波，具有波动和粒子性质。
在传播过程中，光的偏振和反射定律是重要的现象和规律。
本文将详细探讨光的偏振和反射定律，以及相关的实验和应用。
一、光的偏振1. 偏振现象的发现19世纪初，法国物理学家马拉斯发现了光的偏振现象。
他通过将光通过偏振片进行实验观察，发现光只有在特定方向上通过，其他方向上被屏蔽。
这一实验揭示了光既具有波动性，也具有粒子性。
2. 光的偏振方向光的偏振是指光波中电场矢量振动的方向。
光可以沿任意方向振动，但在实际观察中，我们常常将光的振动方向分为两类：线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场矢量沿着一条直线振动，而圆偏振光的电场矢量在平面内呈圆周运动。
3. 产生偏振光的方法产生偏振光的方法有很多，其中包括：- 自然光通过偏振片：自然光通过偏振片时，只有与偏振片的偏振方向一致的光能够透过，其他方向的光会被吸收或反射。
- 偏振器：偏振器是一种特殊的光学元件，可以自行分离光波中的不同偏振分量，使得只有特定偏振方向的光通过。
二、反射定律1. 反射现象的描述当光从一种介质（如空气）射向另一种介质（如玻璃）时，光波会发生反射。
反射是光线从介质界面上被弹回的现象。
2. 反射定律的表达反射定律是描述入射角、反射角和界面法线之间关系的规律。
根据反射定律，入射角和反射角的平面与界面的法线在同一平面内，并且入射角等于反射角。
3. 折射定律与反射定律的关系折射定律也是光在界面上的另一个重要规律。
根据折射定律，光线从一种介质射向另一种介质时，入射角和折射角的比值等于两种介质的折射率比值。
反射定律和折射定律是光在界面上的基本规律，它们共同决定了光的传播。
三、光的偏振与反射定律的应用1. 偏振光的应用偏振光在科学研究和工程技术中具有广泛的应用，如：- 光学显微镜：偏振光可以增强显微镜的分辨率，提高观察样品的效果。
- 液晶显示器：液晶显示器利用偏振光的旋转和吸收特性来显示图像。
- 偏振滤镜：偏振滤镜可以调节光的强度和偏振方向，常用于摄影和光学实验中。
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自然光 Is
Is/2
Is/2
不变暗
I0/2
变暗
3)马吕斯定律
自然光 Is
P1 Is/2= I0 P2
变暗
Is/2 E//
E0
E
若P1 P2的偏振化方向间的夹角不为0，也不 为90度，则出射的光强为多少？
设自然光通过P1后的振幅为E0，则光强 I0 E02
振动分解有： E// E0cos EE0sin
垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强：
IE /2/E 0 2co 2 s I0co 2 s或：
I cos2
I0
马吕斯定律：强度为I0的线偏振光透过偏振片 后强度变为I=I0cos2。
（为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方
向间的夹角。）
I0 E02 I0
线偏振光通 过偏振片后
I=I0cos2
14I0
例：两个偏振片在叠一加起放，强I0的 度自 为然光垂直入，射 若通过两个偏振光片强后 I为 0 /的 8，则此两偏振片化的方偏 向间的夹角（取是锐_角 __） _， __若在两片之间一再片插 偏振片，其偏振与化前方后向两片的偏向振的化夹方角（
角）相等，则通偏过振三片个后的透射为光 __强 __度 __。 __
3、反射光折射光偏振
i 化的程度随入射角
12-2 偏振片 马吕斯定律
Polarizer and polarization analyzer、Malus’ law 一）起偏与检偏
起偏--从自然光获得偏振光 检偏--检查某束光是否是偏振光； 起偏振器--从自然光获得偏振光的装置； 检偏振器--检查某束光是否是偏振光的装置。
二）偏振片及其起偏检偏 1）何谓偏振片
本章教学要求： 理解自然光和线偏振光。理解布儒斯特定律及
马吕斯定律。了解双折射现象。了解线偏振光的获 得方法和检验方法。
本章重点： 线偏振光,马吕斯定律,布儒斯特定律。
本章难点： 偏振光的获得方法和检验方法,布儒斯特定律
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12-1 自然光和偏振光
一、偏振是横波的特性
横波：振动方向垂波 直的 于传播方向；
偏振：振动方向对播于方传向的不对称性。
对纵波而言，包含传播方向与振动方向所构成的平面， 哪一个都一样，没有一个显示出与另一个有什么区别或 不同。称之为：波的振动方向对传播方向具有对称性。
但对横波而言，由传播方向与振动方向所构成的平 面，与包含传播方向而不包含振动方向的其它平面 有区别。这种区别与不同称之为：波的振动方向对 传播方向不具有对称性。这种不对称性称之为偏振。
涂有金鸡纳霜或碧硒（电 气石）等材料的簿膜
透明玻璃片
二）偏振片及其起偏检偏 1）何谓偏振片
涂有金鸡纳霜或碧硒（电 气石）等材料的簿膜
自然光
透明玻璃片
具有竖直偏振方向 的偏振膜。吸收了 水平方向的光振动
偏振化方向
偏振光
2）偏振片的用途
A）作起偏振器
B）作检偏振器 自然光 Is
Is
IsI/s2/2
偏振光
【例12-2】 如例12-2图(a)所示，在两块偏振化方向相互
垂直的正交偏振片P1和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的光强与转角之间的关系。
P1
P3
P1
A1
P2
I0
I1
I2
I
A2
P3
A3
A 2A 1cos, A 3A 2cos(2) 1 A 3 A 1 c o sc o s (2 ) A 1 c o ss in 2 A 1 s in 2
自然光以两互相垂直的互为独立的 （无确 定的相位关系）振幅相等的光振动表示 , 并各 具有一半的振动能量 .
注意
二互相垂直方向是任选的 . 各光矢量间无固定的相位关系 .
自然光---在垂直于传播方向的平面内，光矢量 对称，光矢量振动沿各个方向的概率相等。
X
在垂直于传播方向的任
意两正交方向光矢量的
平均值相等。
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
二线偏振光、自然光、部分偏振光
电磁波是 E、 横 H的 波振 ，动方向与
播方向垂直。
Y
v
E
H
o
X
Z
光波是电磁波，实验表明：引起人的视觉或引
起感光材料的光化学效应主要是光波中的电矢 量E所致，因此，电矢量 E也称为光矢量。
1）线偏振光 ：光矢量E只限于垂直于传播方向的某 一确定平面内的光（又称为平面偏振光）。
X
E
Z
u
Y
表示：
或
平行于纸面振动
X
u
Z
Y
E
表示：
垂直于纸面振动
振动面—光矢量(振动方向)与传播方向所构成的平面
自然光 ：一般光源发出的光中，包含着各个方 向的光矢量在所有可能的方向上的振幅都相等（轴 对称）这样的光叫自然光 .
I3
1 4
I1
sin2
2
I1
1 2
I0
I
1 8
I0
sin2
2
12-3 反射和折射光的偏振 布儒斯特定律 Polarization of reflection and refraction.Brewster’s law
一）反射和折射光中的偏振现象
n1
i
n2
r
1、反射光中垂直振动 强于平行的振动；
2、折射光中平行的振 动强于垂直振动；
1.光强改变
E// E0 E
2.仍然为线偏振光,但振动方向 改变 α角度.
例：一束自然光，光强度为I0，让其出射两个偏振片， 两个偏振片之间的夹角为450，求从第二个偏振片出射 的偏振光强度。
解： 自然光 I0
P1
P2
I0/2
1
4 I0
I(1 2I0)co2s1 2I0co24s5
12I0(
2)2 2
解： 1）（ 自然光通 后 过 I， 1一 I20， 偏 变 振 成 片 偏振光 再通过另偏振片后马 ，吕 由斯定律有
I2
I0 8
1 cos2
I1
I0 2
4
6 0
( 2 ) 根据题意，插入 片的 ，偏 其振 偏振化方 后向与
两片的偏振化方 角向 为 3的 0 夹
II01 2co 2(3s)0 co 2(3s)09 3 I02
E
表示：
Y
结论：自然光的横波性被发光的随机 性所破坏或掩盖。
3）部分偏振光 光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直 的方向上最弱的偏振光。
3）部分偏振光
光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直的方 向上最弱的偏振光。
表示：
X
E
于纸面的光振动的平均值 >平行于纸面的光振动的平 均值。
Y
//于纸面的光振动的平均值 >垂直于纸面的光振动的平 均值。