偏振光
大学物理——光的偏振
二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 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。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 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。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
什么是偏振光
什么是偏振光
偏振光是在特定方向上振动的光波。
光是一种电磁波，它的振动方向可以在空间中任意方向上。
然而，当光波通过一些特定的介质或经过特定的处理后，光波的振动方向可以被限制在特定的方向上，这种现象就称为偏振。
偏振光通常是由于以下原因之一产生的：
1. 自然偏振：某些光源本身就会产生偏振光，例如一些特定的晶体或者某些物质的发光现象，导致光波在一个特定方向上振动。
2. 经过偏振器件：偏振器件是一种光学器件，可以选择性地通过或阻挡特定方向上的光波。
常见的偏振器件包括偏振片、偏振棱镜等。
当光波通过偏振器件时，只有与偏振器件的偏振方向平行的光波才能通过，垂直于偏振方向的光波则被阻挡。
3. 反射、折射和散射：光波在反射、折射或散射时，可能会发生偏振现象。
例如，当光波与表面呈特定角度入射时，在反射过程中会发生部分偏振，这种现象被称为布儒斯特角偏振。
偏振光在许多应用中都很重要，例如在液晶显示器、3D电影、偏振镜等技术中都有广泛的应用。
1/ 1。
完全偏振光
完全偏振光：
1、线偏振光。
光矢量端点的轨迹为直线，即光矢量只沿着一个确定的方向振动，其大小随相位变化、方向不变，称为线偏振光。
2、椭圆偏振光。
光矢量端点的轨迹为一椭圆，即光矢量不断旋转，其大小、方向随时间有规律的变化。
3、圆偏振光。
光矢量端点的轨迹为一圆，即光矢量不断旋转，其大小不变，但方向随时间有规律地变化。
思维扩展
部分偏振光：在垂直于光传播方向的平面上，含有各种振动方向的光矢量，但光振动在某一方向更显著，不难看出，部分偏振光是自然光和完全偏振光的叠加。
光的偏振现象及应用
光的偏振现象及应用光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
在自然光中，光的振动方向是随机的，即呈无偏振态。
然而，经过特殊材料的作用或特定物理现象的影响，光波的振动方向可以变得有规律，这就是光的偏振现象。
本文将就光的偏振现象的产生原理、分类和应用进行探讨。
一、光的偏振现象的产生原理光的偏振现象产生的原理是光波在传播过程中与介质或其他物理现象相互作用，使光波的电场矢量振动方向发生变化。
常见的光的偏振现象产生原理包括：1. 材料吸收偏振：当光波穿过介质时，材料分子对具有特定振动方向的电场矢量进行吸收，使得光波的偏振方向发生变化。
2. 反射偏振：当光波从介质界面上反射时，与介质界面垂直的方向上的光波电场分量被吸收或折射，而平行于界面的电场分量则被反射，使得反射光线偏振。
3. 散射偏振：当光波与物体表面或介质中的微粒相互作用时，光波的电场矢量会在特定方向上被散射，使得散射光线产生偏振。
二、光的偏振现象的分类根据光波的电场矢量振动方向的变化规律，光的偏振现象可分为线偏振、圆偏振和椭偏振三类：1. 线偏振：光波的电场矢量只在一个平面上振动，其偏振方向可以是水平、垂直或倾斜的。
线偏振光可以通过偏振片进行筛选，同方向振动的光波透过，垂直方向振动的光波被阻挡。
2. 圆偏振：光波的电场矢量绕光束的传播方向旋转，形成一个圆形轨迹。
圆偏振光可以通过偏振镜或光栅进行生成和分析。
3. 椭偏振：光波的电场矢量在平面上进行椭圆轨迹振动，既有水平分量又有垂直分量。
椭偏振光可以通过波片进行产生和研究。
三、光的偏振现象的应用由于光的偏振具有独特的性质，因此在许多领域有着广泛的应用。
以下列举了几个光的偏振应用的示例：1. 光学通信：光的偏振在光纤通信中起着重要的作用。
通过使用光的偏振调制技术，可以增加信息传输的容量和抗干扰能力。
2. 光电显示器：液晶显示器（LCD）利用电流控制液晶分子的方向，进而调节光的偏振状态，实现图像显示。
3. 3D影像技术：偏振成像技术被广泛用于制作3D影像，通过光的偏振状态的差异来再现真实场景的立体效果。
偏振光简述
偏振光简述一、引言偏振光（polarized light），光学名词。
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。
二、定义振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。
光波是电磁波，因此，光波的传播方向就是电磁波的传播方向。
光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。
具有偏振性的光则称为偏振光。
三、检测光的偏振现象可以借助于实验装置进行检测，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），透过偏振片的光偏振光原理虽然变成了偏振光，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，同时过滤掉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。
第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。
四、分类偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。
偏振光实验原理
偏振光实验原理偏振光是指在某一方向上振动的光波，它的特点是在一个平面内的电矢量振动方向固定不变。
偏振光实验是通过一系列的光学仪器和装置，来观察和研究偏振光的性质和规律。
下面我们将介绍偏振光实验的原理及其相关知识。
1. 偏振光的产生。
偏振光的产生主要有三种方法，自然光经过偏振片产生偏振光、布儒斯特角反射产生偏振光和马吕斯定律产生偏振光。
其中，自然光经过偏振片产生偏振光是最常见的方法。
偏振片是一种能够选择性地吸收或者透过特定方向振动光波的光学元件，它可以将自然光中的非偏振光转化为偏振光。
2. 偏振光的性质。
偏振光具有许多特殊的性质，其中最重要的是其振动方向的固定性。
偏振光的振动方向可以通过偏振片来调节和改变，这为我们研究光的性质提供了重要的手段。
此外，偏振光还具有干涉、衍射等特性，这些特性在光学实验中有着重要的应用。
3. 偏振光实验装置。
偏振光实验通常需要借助一系列的光学仪器和装置，如偏振片、偏振光源、偏振光检测器、干涉仪等。
通过这些装置的组合和调节，我们可以实现对偏振光的产生、传播和检测，从而深入研究偏振光的性质和规律。
4. 偏振光实验原理。
偏振光实验的原理主要是基于光波的振动性质和光的干涉衍射现象。
通过适当的装置和调节，我们可以实现对偏振光的控制和观测，从而揭示偏振光的规律和特性。
这些原理不仅在理论研究中有着重要的意义，也在实际应用中具有广泛的价值。
5. 偏振光实验的应用。
偏振光实验在科学研究和工程技术中有着广泛的应用。
例如，在光学通信中，偏振光可以用来实现光信号的调制和解调；在材料表征和检测中，偏振光可以用来分析材料的光学性质；在医学影像和生物成像中，偏振光可以用来实现组织结构和功能的显微观察。
因此，偏振光实验不仅对于理论光学研究具有重要意义，也对于实际应用具有重要价值。
总结。
通过对偏振光实验原理的介绍，我们可以看到偏振光作为光学中重要的研究对象，具有许多独特的性质和应用。
了解偏振光的产生、性质、实验原理和应用，有助于我们更深入地理解光的本质和规律，也有助于我们更好地利用偏振光在科学研究和工程技术中的作用。
偏振光的概念
偏振光的概念偏振光是一种具有特定振动方向的光波。
普通的自然光是无偏振光，也就是光波中的电场矢量在所有方向上都随机分布。
而偏振光则是只在某一特定方向上振动的光波。
要理解偏振光，首先需要了解光是一种电磁波。
电磁波是由电场和磁场相互作用而传播的波动现象。
光波中的电场矢量垂直于传播方向，并在垂直于传播方向的平面内振动。
电场矢量的方向决定了光波的偏振方向。
根据电场矢量的振动方向，偏振光可以分为水平偏振、垂直偏振、斜线偏振和圆偏振等几种。
水平偏振光是指电场矢量在水平方向上振动，垂直偏振光是指电场矢量在垂直方向上振动，斜线偏振光是指电场矢量在斜线方向上振动，而圆偏振光则是指电场矢量在由圆周路径组成的方向上振动。
偏振光的产生可以通过多种方法实现。
其中一种常见的方法是通过偏振片来选择光的偏振方向。
偏振片是一种光学器件，可以选择特定方向的光进行传递，而将其他方向的光进行吸收。
通过透过偏振片的光就可以获得特定方向上的偏振光。
偏振光在许多领域中都有广泛的应用。
其中一项重要应用是在光学显微镜中。
普通的自然光在样品上反射和散射产生的图像往往模糊不清，而使用偏振光则可以去除表面反射的光，提高图像的清晰度和对比度，从而更好地观察样品的细节和结构。
另一个重要的应用是在液晶显示技术中。
液晶是一种具有镜面反射能力的材料，可以通过控制电场来改变其光学性质。
利用偏振光的传递特性，可以设计出特定的液晶显示器构造，使其只能透过特定方向上的偏振光。
当液晶分子排列方式改变时，来自背光源的偏振光的偏振方向也会改变，从而产生对应的图像。
此外，偏振光还在摄影、光通信、激光器等领域有着广泛的应用。
在摄影中，偏振滤镜可以通过选择特定的偏振方向来增强色彩鲜艳度和对比度。
在光通信中，使用偏振光可以增加信号传输的容量和距离。
在激光器中，偏振光可以通过改变激光器内部的光场的偏振状态来调节激光输出的强度和方向性。
总之，偏振光是具有特定振动方向的光波。
通过选择特定方向上的偏振光，可以在许多领域中实现不同的应用。
偏振光简单解释
偏振光简单解释
摘要：
1.偏振光的定义
2.偏振光的产生
3.偏振光的应用
4.偏振光与自然光的区别
正文：
偏振光是一种特殊的光，它的振动方向在某一个特定平面上。
与自然光不同，自然光的振动方向在各个方向上都有。
偏振光的产生通常需要通过一些特殊的材料或设备，例如偏振片或反射镜。
当光线通过这些材料或设备时，只有振动方向与特定平面相符的光线才能通过，其他方向的光线则被吸收或反射。
这就是偏振光的产生原理。
偏振光在许多领域都有广泛的应用。
例如，在光学实验中，偏振光可以用来研究光的性质，如光的传播、反射和折射等。
在工程领域，偏振光也可以用来制造光学仪器，如偏振显微镜和激光器等。
此外，偏振光还被广泛应用于光学通信和光学显示等领域。
偏振光与自然光有明显的区别。
自然光是所有振动方向都存在的光，而偏振光只有特定振动方向的光。
此外，偏振光的强度也比自然光要弱，因为只有特定方向的光线才能通过。
因此，在观察偏振光时，需要使用特殊的设备，如偏振镜或偏振片，才能观察到它的存在。
总的来说，偏振光是一种特殊的光，它的振动方向在某一个特定平面上。
与自然光不同，偏振光的产生需要通过一些特殊的材料或设备。
偏振光在许多领域都有广泛的应用，包括光学实验、工程制造和光学通信等。
光的偏振现象及其应用
光的偏振现象及其应用1. 光的偏振现象1.1 偏振的概念偏振是光波的一种特性，描述了光波中电场矢量在空间中的特定方向。
与非偏振光相比，偏振光中电场矢量的方向在空间中保持一致，而非偏振光中电场矢量的方向在空间中随机分布。
1.2 偏振的产生偏振光的产生主要有两种方式：自然偏振和人工偏振。
•自然偏振：自然光在传播过程中，由于经过物质的散射、反射等作用，使得光波中的电场矢量方向逐渐趋于一致，从而产生偏振现象。
•人工偏振：通过偏振器可以将自然光或非偏振光转化为偏振光。
偏振器只允许电场矢量在特定方向上的光通过，其他方向的光被阻挡。
1.3 偏振的表示方法偏振可以用偏振态来表示，偏振态包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
•线偏振：电场矢量在空间中只有一个方向，呈直线状。
•圆偏振：电场矢量在空间中呈圆周分布，且大小恒定。
•椭圆偏振：电场矢量在空间中呈椭圆分布，长轴和短轴分别表示电场矢量在不同方向上的大小。
2. 光的偏振现象的实验验证2.1 马吕斯定律马吕斯定律是描述偏振光通过偏振器时，光强与偏振器偏振方向的关系。
当偏振器的偏振方向与偏振光的偏振方向平行时，光强达到最大；当偏振器的偏振方向与偏振光的偏振方向垂直时，光强减小为零。
2.2 起偏器和检偏器起偏器是一种使自然光或非偏振光变为偏振光的装置，它可以通过对光波的特定方向进行选择来实现。
检偏器是一种检测偏振态的装置，通过测量光强变化来判断光波的偏振方向。
2.3 偏振光的干涉当两束偏振光波重叠时，由于电场矢量的相互叠加，会产生干涉现象。
偏振光的干涉可以用来研究光波的偏振态和相位关系。
3. 光的偏振现象的应用3.1 光学仪器光的偏振现象在光学仪器中有着广泛的应用。
例如，偏振显微镜可以用来观察物质的偏振性质；偏振镜可以用来消除反射光和非偏振光源中的杂散光，提高图像质量。
3.2 液晶显示技术液晶显示技术（LCD）中，光的偏振现象被用来控制显示屏幕的亮度和色彩。
通过调节液晶分子的排列，可以改变光的偏振状态，从而实现图像的显示。
工业设计概论 偏振光
工业设计概论偏振光
偏振光是一种特殊的光波现象，它具有明确定向性和振动方向的特点。
在工业设计中，偏振光的应用既有理论研究的重要性，也有实际产品设计中的实用性。
偏振光在工业设计中的理论研究具有重要的意义。
通过研究偏振光的特性和行为，可以深入了解光的传播规律和光学性质，为设计师提供理论指导。
例如，在光学仪器的设计中，合理利用偏振光的特性可以提高仪器的性能和精度，实现更精确的测量和观测。
偏振光在产品设计中的实际应用也具有重要意义。
利用偏振光的特性，设计师可以创造出独特的视觉效果和用户体验。
例如，利用偏振光的反射和透射特性，可以设计出反光镜和偏光太阳镜等产品，提高用户在户外活动中的视野清晰度和舒适度。
除此之外，偏振光还可以在工业设计中发挥环保和节能的作用。
例如，利用偏振光的折射和吸收特性，可以设计出节能玻璃和光学器件，减少能源消耗和环境污染。
同时，偏振光在光通信和显示技术中的应用也日益重要，为信息传输和显示效果提供了新的可能性。
总的来说，偏振光作为一种特殊的光学现象，在工业设计中具有重要的理论意义和实际应用价值。
设计师们应该深入理解偏振光的特性和行为，灵活运用在产品设计中，创造出更具创新性和竞争力的作品。
同时，加强偏振光技术的研究和应用，推动工业设计领域的
发展和进步，为人类创造更美好的生活环境和未来。
得到偏振光的方法
得到偏振光的方法偏振光是指在其中一特定振动方向上振动的光。
光波是一种电磁波，在传播过程中，光线中的电场和磁场的振动方向会决定光的偏振状态。
获取偏振光的方法多种多样，下面将介绍几种常见的方法。
1.偏光片法偏光片是一种能够选择光中振动方向的光学元件。
常见的偏光片有偏光片、偏振片和波片等。
使用偏光片法可以通过选择适当的偏光片，将自然光转化为具有特定偏振方向的偏振光。
一般而言，使用两个偏光片可以实现任意偏振光的制备。
通过调整两个偏光片的相对角度，可以控制输出的偏振方向和光强。
2.布儒斯特棱镜法布儒斯特棱镜是一种透明的玻璃棱镜，通过改变入射角和折射率的差异，可以将自然光分解为水平和垂直方向上振动的两束偏振光。
这种方法可以实现宽频率范围内的偏振分解。
3.倍频晶体法倍频晶体是一种具有非线性光学效应的晶体材料。
当入射强光作用于倍频晶体时，可产生倍频效应，即将入射光的频率翻倍。
由于倍频晶体的非线性效应与偏振状态有关，因此可以利用倍频晶体将自然光中的偏振信息转换为可见或紫外光来获取偏振光。
4.吸收偏振法使用吸收偏振法可以通过选择适当的吸收材料，将特定偏振方向的光吸收掉。
此方法适用于需要分离其中一特定偏振方向的应用中。
5.电光效应法电光效应是指在一些材料中，当外加电场作用下，其光学性质会发生变化的现象。
通过利用电光效应，可以通过改变电场的方向和强度，来改变入射光的偏振状态，从而得到特定偏振方向的光。
这种方法常应用于显示器和调制器等设备。
6.液晶偏振器法液晶偏振器是一种基于液晶显示原理的光学元件，可以通过液晶分子的排列来选择特定偏振方向的光。
液晶偏振器广泛应用于电视、手机等电子产品中。
7.干涉法干涉法是一种利用光的波动性质来分析、研究光学现象的方法。
通过干涉法可以实现对偏振光的测量和分析。
常见的干涉法包括菲涅尔双镜法和马赫-曾德尔干涉仪等。
总结起来，通过使用偏光片、布儒斯特棱镜、倍频晶体、吸收材料、电光效应、液晶偏振器和干涉法等方法，都可以获取特定偏振方向的偏振光。
光的偏振
13.1 偏振光的描述 13.2各向异性介质中的光波传播特性 13.3 偏振器件 13.4偏振光的干涉
1
13.1 偏振光的描述
一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light） 1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、
no ne arcsin n0 ne tg
36
2.洛匈棱镜（Rochon prism）
材料：石英（正晶体）
ne no
37
二、波片（ Wave plate,相位延迟器 ）
它的作用是：
使两个振动方向相互垂直的光产生位相(phase)延迟。
制作：用单轴透明晶体做成的平行平板，光轴与表 面平行。
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)。
16
17
2. 寻常光（Ordinary light, o光）和非寻常光 （ Extraordinary light ,e光）
两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻 常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称 为非寻常光（e光）。
向上强度不等，使某一方向上的振动 比其它方向上的振动占优势。
偏振度：
P I P I max I min I总 I max I min
自然光
部分偏振光
Natural light Partial polarized light
8
二、 偏振光的产生（Production of polarized light）
光的偏振现象
光的偏振现象
光的偏振现象是光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象。
只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。
在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。
凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
偏振光包括如下几种：
①线偏振光，在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。
②部分偏振光，光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。
自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。
③椭圆偏振光，在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。
迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。
椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果(见波片)。
④圆偏振光，旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。
人们利用光的偏振现象发明了立体电影，照相技术中用于消除不必要的反射光或散射光。
光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。
偏振光调制
偏振光调制（原创版）目录1.偏振光的基本概念2.偏振光调制的原理3.偏振光调制的应用4.偏振光调制的发展前景正文1.偏振光的基本概念偏振光是一种特殊的光波，它的电场振动方向在某一个特定平面上。
与自然光不同，自然光的电场振动方向在各个方向上都有。
偏振光的产生可以通过偏振片、反射镜等光学元件实现。
在光学领域，偏振光具有很多独特的性质和应用，如偏振光在光学显示、光通信和光学测量等方面的应用。
2.偏振光调制的原理偏振光调制是指通过改变偏振光的某些性质，从而实现对光的强度、颜色或相位等参数的调节。
偏振光调制的原理主要是通过改变偏振光的传播方向、改变偏振光的振幅、改变偏振光的相位等方法来实现。
例如，通过改变偏振片的方向，可以改变偏振光的传播方向；通过改变偏振片的厚度，可以改变偏振光的振幅；通过在偏振光路径中加入相位延迟板，可以改变偏振光的相位。
3.偏振光调制的应用偏振光调制在光学领域有广泛的应用，主要包括以下几个方面：（1）光学显示：偏振光调制可以用于制作立体电影、投影仪等光学显示设备。
通过调节偏振光的参数，可以实现对图像的亮度、对比度等特性的调节，从而提高显示效果。
（2）光通信：偏振光调制在光通信中可以用于实现光信号的调制和解调。
通过改变偏振光的参数，可以实现对光信号的强度、相位等特性的调节，从而提高光通信的稳定性和传输速率。
（3）光学测量：偏振光调制在光学测量中可以用于测量物体的物理参数，如厚度、折射率等。
通过改变偏振光的参数，可以实现对测量结果的精确调节，从而提高测量的准确性。
4.偏振光调制的发展前景随着光学技术的发展，偏振光调制在光学领域中的应用将会越来越广泛。
光的偏振类型及特点
光的偏振类型及特点
光的偏振有三种类型：线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
1.线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在光的偏振同一平面内。
2.圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。
在我们的观察时间段中平均后，圆偏振光看上去是与自然光一样的。
但是圆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。
3.椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。
迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。
椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果。
偏振光的作用
偏振光的作用
偏振光是指在一个平面内振动方向相同的光，与普通光相比，偏振光具有一些特殊的光学性质和应用。
以下是偏振光的一些作用：
1. 透射和反射：偏振光在透过或反射于表面时会发生改变。
例如，当偏振光垂直于表面时，反射光将会完全偏振，而当偏振光与表面成45度角时，反射光将会变成部分偏振。
2. 光学器件：偏振光可以用于制造各种光学器件，例如偏振片、偏振器和光栅。
这些器件可以用于调节光的偏振状态，控制光的传播方向和强度，以及进行光学信号处理等。
3. 生物医学：偏振光在生物医学中也有广泛应用，例如在光学显微镜中，偏振光可以用于显现生物组织的结构和功能，以及检测细胞的偏振状态和形态变化等。
4. 光通信：偏振光也可以用于光通信中，例如在光纤通信中，偏振分复用技术可以将多个偏振光信号同时传输在同一条光纤上，提高传输效率和容量。
这些都是偏振光的一些作用，偏振光在科学和工程领域中有着广泛的应用。
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
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几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
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一、几种典型的偏振光自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波的总和，各方向振动同时存在或迅速无规则的相互替代。
偏振的数学表示将x，y方向两分量振动中的时间项消去,得到含有振幅和相位差的表达式如下:二、偏振的获得利用透射最大光强值I M和最小光强值I m定义偏振度：偏振度可以描述光的偏振态，但不能完全区分光的偏振状态，比如，自然光与圆偏振光、椭圆偏振与部分偏振光等。
自然光各方向光强相等，p=0；线偏振光最小光强为0，p=1。
A.反射和折射产生偏振当入射角为布儒斯特角时，反射光成为线偏振光。
布儒斯特角是使p光反射率为0的入射角，其计算公式为：tan i B=n2 n1用玻片组可以提高透射光的偏振度。
B.二向色性各向异性的晶体对不同方向的偏振光有不同吸收系数的性质。
天然的偏振片：电气石。
C．散射产生偏振D．晶体的双折射三、马吕斯定律当一束线偏振光通过一张偏振片，若光的电场方向与偏振片透振方向夹角为α，则透射光强为：消光比：两偏振器件透光轴互相垂直时的最小透射光强与透光轴互相平行时的最大透射光强之比。
消光比可以用来衡量偏振器件的质量，消光比越小，产生的偏振度越高。
10-3数量级。
四、晶体简介如果按照光学性质，可以将晶体分为三类：单轴晶体：三角晶系、四角晶系、六角晶系。
如方解石、红宝石、石英、冰等。
双轴晶体：包括正交晶系、单斜晶系和三斜晶系。
如蓝宝石、云母、正方铅矿、硬石膏等。
立方晶系：有三个相互正交的等效的结晶学方向，这就是结晶学上的。
光学性质是各向相同的，与非晶体相同。
五、双折射1、基本概念当一束单色光在晶体的界面折射时，可以产生两束折射光线，这种现象叫双折射。
o光和e光：自然光入射于晶体表面，折射后的两束光都是平面偏振光，其中一束光的折射与在各向同性介质中相同，遵循折射定律，因而称为寻常光（ordinary ray，o光）；而另一束光则不遵循折射定律，称为非常光(extraordinary ray，e光）光轴(optical axis of crystal)：在双折射晶体中有一个特殊的方向，光沿此方向入射时不发生双折射，这个方向就被称作晶体的光轴，是o光和e光传播速度相同的方向。
注意：光轴是个方向，而不是经过晶体的某一条特定的直线。
主截面(principal section)：光轴和晶体表面法线组成的面称为晶体的主截面。
光线的入射方向与晶体表面的法线构成的平面称为入射面。
主平面(principal plane)：光线在晶体中的传播方向与光轴组成的平面称为主平面。
在单轴晶体内，由o光线和光轴组成的面称为o光主平面；由e光线和光轴组成的面称为e光主平面。
当光轴处于入射面之中，o光主平面、e光主平面重合，且均与主截面重合。
o光振动垂直o 光主平面，e 光振动在e 光主平面内。
o光和e光的偏振方向：假设入射光为自然光，从双折射晶体中透射出来的两束光是线偏振光，且偏振方向不相同。
o光的光矢量与o主平面垂直，因而总是与光轴垂直的。
e光的光矢量在e主平面内，因而与光轴的夹角就随着传播方向的不同而改变。
o光和e光的相对光强：自然光入射双折射晶体的情况下，o光和e光的偏振方向不同，但振幅是相同的；当偏振光入射时，o光和e光的振幅不一定相同，随着晶体方向的改变，它们的振幅也发生相应变化。
当晶体中o光和e光的折射率不相同时，e光的折射率还与传播方向有关，此时在晶体中o光和e光的强度应分别为：相对光强为：α为e光传播方向和光轴的夹角。
单轴晶体中的波面：在单轴晶体中o光沿各个方向的传播速度都相同为v o，波面是球面；e光沿各个方向的传播速度都不同，沿光轴方向的传播速度与o光一样为v o，垂直光轴的方向的传播速度是v e，对于其他方向，光速度介于v o和v e之间，波面是围绕光轴方向的回转椭球面。
主折射率：我们把与光速和对应的折射率称为单轴晶体的两个主折射率，即:正晶体与负晶体：2、惠更斯作图法基本思想：界面上的一个点次波源将产生两个次波面进入晶体，一个是o光次波面呈球面状，另一个是e光次波面呈旋转椭球面状；相应地有两个包络面分别为o光和e光的宏观波面。
（具体步骤见课本173页及PPT）晶体双折射的四种重要情形：（1）光束正入射，光轴与晶体表面垂直。
o光和e光的波面是重合的，即不仅o光、e光方向相同，速度也是相同的，这时并没有发生双折射。
（2）光束正入射，光轴平行表面。
o光波面和e光波面均平行于晶体表面，注意：在经历晶片厚度d后，o光和e光两者光程不同，从而使出射的两个偏振正交光之间添加了一相位差：（3）光束正入射，光轴任意取向。
光束正入射，光轴任意取向时，e光波面平行于晶体表面，但此时体内e光传播方向却是倾斜的，与波面法线方向并不一致。
（4）光线斜入射，入射面与光轴垂直。
此时o光、e光的波面，球面和椭球面在入射面上的投影都是圆。
由于o光、e光的速度不同，两圆的半径不同，因而发生双折射，o光、e 光不仅方向不同，速度也不同。
六、晶体偏振器（1）尼科尔棱镜（Nicol Prism）利用方解石晶体沿垂直于主截面及两端的平面切开，沿切面胶合。
在尼科尔棱镜的黏合面，o光全反射，e光透射，两者传播方向分离。
通常将全反射o光束到达的侧面涂黑以吸收o光而免除实验时的杂散光，而从入射光透射的方向获得一束线偏振光，其振动方向平行于主平面或主截面，最终尼科尔棱镜实现了偏振器的功能。
（2）罗雄棱镜（Rochon prism）由两块冰洲石直角三角棱镜黏合而成，第一块棱镜光轴垂直棱镜入射表面，第二块棱镜光轴平行表面，当自然光正入射于第一块棱镜时不发生双折射，光束横平面上各方向的振动均以相同速度传播，到达界面进入第二块棱镜便出现双折射。
（3）沃拉斯顿棱镜(Wollaston prism) 用两块方解石直角三棱镜制成。
两棱镜的光轴相互垂直，斜面相对组合在一起，o和e光在第一、二棱镜中互换。
七、波晶片波晶片又称为位相延迟片，通常是由水晶中切割下来的一厚度均匀且光轴平行入射表面的薄片。
四分之一波晶片提供的有效相位差为，其厚度最小值为，其中；二分之一波晶片提供的有效相位差为 ，其厚度最小值为 ；全波晶片提供的相位差总是 ，其厚度最小值为 。
波晶片的选材： 石英（单轴晶体）：没有天然解理面，需人工抛光。
云母（双轴晶体）：天然解理面，双轴在解理面上。
人造偏振片：特殊拉制的塑料片。
八、晶体补偿器晶体补偿器采用厚度线性变化的楔形晶体薄棱镜，获得连续可变的附加相位差。
是楔形水晶棱镜在原点处的厚度。
（巴比涅补偿器、索累补偿器）九、琼斯矩阵1、琼斯矢量所有偏振光都可以表示为沿x 和y 轴的两个偏振光分量的叠加，写成矩阵形式并去掉公共相位因子，有引入振幅比a 和位相差δ，可以得到：一些偏振态的琼斯矢量:2πδ±=oe ⋅∆=n d m 4.λo e n n nk d -=∆∆⋅+=n ,4)12(λπδ=e 0nd m ∆=2λ0=oe δnd m ∆=λxd x d x d n n y xe αλπδ-≈-=00)()()(2),(其中0d2、琼斯矩阵透光轴与x轴成θ角的线偏振器，表示成矩阵形式：圆偏振器:1／4波片x振动超前y振动π／2，相位差为-π／21／4波片y振动超前x振动π／2，相位差为π／2(这是我们比较习惯的情况)右旋圆偏振器:左旋圆偏振器:十、偏振光的干涉原理:设从起偏器透过的单色线偏振光垂直入射到厚度为d 的平面平行晶片上。
从晶片出射的两束光，由于波速不同，产生一定的位相差，偏振方向是互相垂直，因此两束光并不相干。
当它们入射到检偏器时，只有平行于检偏器偏振轴的分量才能通过。
经过检偏器后，两个波的振动方向相同，即偏振方向一致，位相差恒定，两束光具有了相干性，它们可以发生干涉。
一个波晶片置于两个线偏振器 , 之间，这就构成了一个典型的偏振光干涉装置，如图所示，第一个偏振器的作用是产生偏振光，称为起偏器，第二个偏振器的作用是检验和分析，称为检偏器（或分析器）。
现象:1、单色光入射（Ⅰ）波晶片厚度均匀情况，输出强度 均匀，转动P 2、或P 1、或C ，强度变化。
（Ⅱ) 波晶片厚度不均匀，出现干涉花样，转动P 2、或P 1、或C ，花样强度变化，当P2 转过90度，亮暗区域交替变化一次。
2、白光入射：（Ⅰ）波晶片厚度均匀情况，出现彩色条纹，转动P2、或P1、或C ，条纹强度变化。
（Ⅱ) 波晶片厚度不均匀，转动P2、或P1、或C ，出现彩色花样，当P2 转过90度，两种互补色交替变化一次。
偏振光干涉的光强:''')(2δδδδ++=oe oe A两偏振片偏振方向正交，时， 干涉光强为 两偏振片偏振方向平行，时， 干涉光强为2(1cos )2A I δ'=+P两种情况的干涉光强互补:21P P ⊥)'cos 1(22δ-=⊥A I 21//P P十一、显色偏振无论是波晶片还是楔形晶片，如果入射光不是单色光，而是多波长或宽光谱或白光，则输出场都会呈现彩色图像，而且会随 转动而变化，这一现象被称为显色偏振，它提供了一种技术途径对输出光场频率分布作调制，更进一步可以利用显色偏振进行某些特定波长光波的选择性输出。
偏振滤光器中最为著名的是利奥滤光器，白光通过该滤光器时将有一些波长作相长干涉，另一些波长则作相消干涉。
十二、旋光现象当一线偏振光沿晶体光轴方向传播时.出射光依然是线偏振光，但偏振方向发生了旋转,这一现象称为旋光性。
旋光方向：迎着光线，若为向右顺时针旋转的，称作右旋；若为向左逆时针旋转的，称作左旋；旋光性的旋转角 正比于旋光体的长度: ,其中α称为旋光率。
磁致旋光:法拉第效应：玻璃在强磁场的作用下具有旋光性，加在玻璃棒上的磁场引起了平行于磁场方向传播的线偏振光偏振面的旋转的现象；法拉第磁致旋光效应：在外加磁场B 作用下，某些原本各向同性的介质却变成旋光性物质的现象。
光在磁场的作用下通过介质时，光波偏振面转角ψ正比于磁场B 和介质长度l ：，其中V 称为费尔德常数，它表征物质的磁光特性，通常由实验测定。
十三、电光效应电光效应：在外来电场作用下，某些原本各向同性的物质变成为各向异性，表现出光学双折射现象；或者某些原本为单轴晶体的物质变成为双轴晶体，这类现象统称为电光效应。
泡克耳斯效应（线性电光效应）：有些单轴晶体在外加电场作用下可以转变为双轴晶体的感生双折射现象；克尔效应（平方电光效应）：介质的折射率随外加电场变化，由二次项引起折射率变化的效应称为克尔效应，即；假设克尔盒中电场区的长度为l ，引入克尔常数，则克尔效应所导致的两种偏振方向光的附加相位差为22=2lbE Κl Επδπλ=。
d αψ=VBl =ψ2bE n =∆λbK =。