大学物理：3光的偏振
大学物理光的偏振 PPT
I0 8
sin 2
2
§24-3 反射与折射时光得偏振
实验表明:当自然光在两种各向同性得介质分界面上反 射与折射时,反射光与折射光得偏振态将发生变化:
ii r
i0 i0
n1
r
n2
一般情况下,反射光与折射光都就是部分偏振光。(湖光)
当 i 为特定角 i0 时，反射光为线偏振光，且光矢量垂直 于入射面（折射光仍为部分偏振光），该特定角满足
(A)
玻璃门表面得 反光很强
(B)
用偏光镜减弱 反射偏振光
(C)
用偏光镜消除 反射偏振光,使 玻璃门内得人 物清晰可见
例1:一束自然光从空气射向一块平板玻璃,设入射角等于布儒 斯特角,则在界面2得反射光为( ) B
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量得振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量得振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
自然光I0
线偏振光I=I0/2
线偏振光得获得
自然光I0
线偏振光 I=I0/2
自然光通过偏振片可以获得线偏振光。
线偏振光 I’< I
偏振片用于获得线偏振光时称为起偏器。
线偏振光得检验
转动用于检验得偏振片观察透射光。当其偏振化方向与 入射得线偏振光振动方向垂直时,透射光强为零,即出现消光现 象。如果有消光,则表明入射光为线偏振光;否则,不就是线偏 振光。
所有光矢量得强度在任意两个垂直得方向
上得分量之与相等。即,自然光可用两个垂直
得振幅相等 (Ix 系)来表示。
Iy
1 2
I自然光 )
得光振动(无相位关
普通光源发出得光都就是非偏振光。
光矢量投影
各原子发出得波列就是随机得(振动方向、初相、频率), 由于我们得观察时间一般比原子每次得发光时间(10-8)长得 多。因此在观测时间内,实际接收到得就是大量得波列,各方 向都有,呈轴对称性。
大学物理光的偏振与反射
大学物理光的偏振与反射光是一种波动现象，具有振动方向的特性，称为偏振。
光的偏振与反射是大学物理中一个重要的概念。
本文将就光的偏振与反射的原理和应用进行探讨。
一、光的偏振原理1.1 光波的横波性质光是一种电磁波，具有横波性质。
横波的振动方向垂直于波的传播方向。
这使得光具有受到偏振的可能性。
1.2 光的振动方向光波的振动方向可以在任意平面内。
我们可以将光波的振动方向与平面垂直的方向定义为s方向，与平面平行的方向定义为p方向。
在光的偏振中，通常关注s和p方向的振动。
1.3 偏振器偏振器是一种能够选择性地传递或阻挡某个方向偏振光的器件。
常见的偏振器有偏振片和偏振板。
二、光的反射与偏振2.1 反射光的偏振当光在介质表面发生反射时，反射光的振动方向将与入射光发生改变。
反射光中的振动方向决定了光的偏振状态。
2.2 垂直入射光的偏振当光垂直入射时，反射光在平面上产生偏振。
这种偏振状态称为s 偏振，它的振动方向与入射光垂直。
2.3 斜入射光的偏振当光斜入射时，反射光在平面上产生两种偏振：s偏振和p偏振。
s 偏振的振动方向与入射光垂直，p偏振的振动方向与入射光平行。
三、光的偏振应用3.1 偏振片的应用偏振片广泛应用于光学仪器和光电子设备中，如液晶显示器和偏振镜等。
通过调节偏振片的角度，可以改变光的偏振状态，实现液晶显示器的图像显示和光强的控制。
3.2 光的偏振与3D技术光的偏振在3D技术中也起到重要作用。
通过使用偏振器将左右眼所看到的图像分别偏振处理，然后戴上对应的偏振眼镜，左右眼只接收到对应偏振方向的图像，从而产生立体感。
3.3 光的偏振与天文观测光的偏振在天文观测中有着广泛的应用。
通过检测天体的偏振光，可以获取关于恒星、行星和星系等天体的重要信息，如它们的物质构成、磁场性质等，有助于天文学家深入研究宇宙的奥秘。
总结：光的偏振与反射是大学物理光学中的重要概念。
光的偏振是由光波的横波性质和振动方向决定的，可以通过偏振器选择性地传递或阻挡某个方向的偏振光。
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
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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
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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。
大学物理第六章 波动光学(3)
178第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振一．基本要求1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用；3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象；5．了解偏振光的应用。
二．内容提要和学习指导（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得：①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。
偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。
布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。
当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射（或/2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。
一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。
其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。
另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。
o 光和e 光均是线偏振光。
o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。
光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。
在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。
利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。
2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α20cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。
②利用反射和折射偏振。
③利用偏振棱镜。
（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。
(完整版)大学物理--光的偏振(完全)
偏振化方向：允许通过的光振动方向。常用箭
头“ ”表示。 Io
偏振片
1 I 2 Io
• •• •
自然光
线偏振光
图
假如光是纵波，光强经过偏振片后强度会变吗？ 6
偏振片既可用作起偏器,又可用作检偏器。 若以光传播方向为轴,慢慢旋转检偏片,观察透过 偏振片的光, 光强无变化的是自然光 光强有变化,但最小值不为零的是部分偏振光;
I1
Imax 5 1 2I2 , I2 2
I min
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
11
§15.3 反射和折射时光的偏振
1. 反射和折射时光的偏振 布儒斯特定律
•
•i •
•• ••
n1
n2
•
图
•
一般情况下,反射光和折射光都是部分偏振光： 在反射光中, 垂直振动多于平行振动; 在折射光中, 平行振动多于垂直振动。 这里所说的“垂直”和“平行”是对 入射面而言的。
方法二利用布儒斯特现象获得线偏振光 12
1812年，布儒斯特由实验证明：当入射角io满足
tgio
n2 n1
•
•
•
• io •
• •
n1
r•
n2
图
•
时, 反射光成为只有垂直振动的线偏振光。这就是 布儒斯特定律。角io称为布儒斯特角。
式中n1为入射媒质的折射率, n2为折射媒质的折射率。
13
(1)当以布儒斯特角入射时，反射光线折射光线，
当且仅当 tgio
n2 n1
时，反射光才是线偏振光。且
n1>n2或n1<n2都可以。
•
•
•
而全反射：入射角i i临
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
大学物理中的光的偏振光的振动方向与偏振现象
大学物理中的光的偏振光的振动方向与偏振现象在大学物理中，光是一个重要的研究对象。
它的性质和现象被广泛研究和应用。
其中，光的偏振现象是一个引人注目的课题，它与光的振动方向密切相关。
本文将对大学物理中的光的偏振光的振动方向与偏振现象展开论述。
一、光的偏振光的振动方向光是一种电磁波，具有电场和磁场的振动。
在传播过程中，光的电场和磁场垂直于传播方向，在空间中形成一个电矢量和磁矢量的交叉振动。
这种交叉振动的方向就是光的偏振方向，也称为光的振动方向。
光的振动方向可以在不同平面上进行，我们称之为线偏振光。
常见的线偏振光有水平偏振光、垂直偏振光、左旋偏振光和右旋偏振光。
水平偏振光和垂直偏振光的振动方向分别沿着水平和垂直的方向，左旋偏振光和右旋偏振光的振动方向则绕着传播方向旋转。
二、光的偏振现象光的偏振现象指的是光在与物体接触或经过物质介质时，会发生振动方向的改变。
这一现象主要与介质的性质以及光的入射角度有关。
1. 介质的探测性质介质对光的振动方向的选择性吸收作用称为偏振。
不同的介质对不同方向的振动光有不同的吸收度，导致振动方向被选择性地吸收和消除。
光通过经过介质后，原本包含各个方向振动的非偏振光变成了具有特定振动方向的偏振光。
2. 偏振器为了研究和应用偏振光，人们设计了偏振器来选择或产生具有特定振动方向的光。
偏振器是一种能够透过特定方向光的光学装置。
通过偏振器，我们可以选择性地得到特定方向的偏振光。
3. 双折射某些物质在光的传播过程中会改变其折射率，导致光的传播速度和波长的变化。
这种现象被称为双折射。
双折射现象使得经过此类物质的光出现了两个不同的折射光线，其振动方向也会发生变化。
三、光的偏振现象的应用光的偏振现象在生活和科学研究中有着广泛的应用。
1. 偏振光在偏振镜中的应用偏振镜是一种光学器件，能够透过或者阻挡特定方向的偏振光。
偏振镜应用于太阳镜、摄影镜头等领域，能够有效减少光的反射和折射，提高图像的清晰度。
2. 光的偏振在液晶显示技术中的应用液晶显示屏的原理就是利用光的偏振和双折射现象。
大学物理课件：光的偏振
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、不相干的线偏振光。
Ex Ey
I Ix Iy
自然光的表示法： · · ·
三. 部分偏振光
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、不等幅的、不相干的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
平行板面的光振动较强
e
e•
··· o ···
•o
方解石
一. 双折射的概念
自然光 n1
i
1. 双折射
n2
(各向异
re
2.寻常光和非寻常光 性媒质) ro
e光 o光
o光 : 遵从折射定律 n1 sin i n2 sin ro 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)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平行 光轴 于此方向的直线均为光轴。
B
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
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。
n2
r·
n·1 ···i0
线偏振光
i0····S
n2
r0
·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
起偏振角
i = i0 时，反射光只有垂直分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
大学物理 光的偏振
···
·
i0
· · · · · · · ·· · · · ·· · · · ···· · · ·
I′ ≈ 7% I0
玻璃片堆
(接近线偏振光) 接近线偏振光)
20
玻璃片堆检偏 玻璃片堆检偏 入射到界面上， 让待检光以布儒斯特角 i0入射到界面上，以入射 线为轴旋转界面（ 不变） 线为轴旋转界面（保持 i = i0不变）
λ /2
某时刻右旋圆偏振光E随 的变化 某时刻右旋圆偏振光 随z的变化
z
7
§24.2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、起偏和检偏 • 起偏：从自然光获得偏振光。 起偏：从自然光获得偏振光。 • 起偏器: 起偏的光学器件。 起偏器: 起偏的光学器件。 起偏的原理：某些材料在光学性质上的各向异 起偏的原理： 利用介质吸收引起光的偏振。 性,利用介质吸收引起光的偏振。
·
·
·· ·· ··
垂直板面的光振动较强
4
平行板面的光振动较强
四、圆偏振光和椭圆偏振光
横截面 传播方向
垂直于光传播方向的任一截面内， 垂直于光传播方向的任一截面内，光振动矢量为 一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。 一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。
5
端点运动轨迹是一个椭圆。 端点运动轨迹是一个椭圆。 椭圆
n1
•
ib ib
•
•
•
线偏振光
n2
γ
• •
18
(空气) (玻璃) 例如 n1 =1.00(空气)， n2 =1.50(玻璃)，则 −1 1.50 = 56°18 玻璃→ 玻璃→空气 iB = tg 1.00 互余 −1 1.00 = 33°42 空气→ 空气→玻璃 iB = tg 1.50 应用举例 外腔式激光器谐振腔
大学物理 第三章 光的偏振
9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 画出来. 画出来.图中i0 = tg-1 n2/n1 i≠i0
(E) I 0 cos α .
4
(B) 0.
1 2 (D) I 0 sin α. 4
[ C ]
6.如图,P1, P2为偏振化方向间夹角为α的两个偏 如图, , 为偏振化方向间夹角为α 如图 振片.光强为I 的平行自然光垂直入射到P 表面上, 振片.光强为 0的平行自然光垂直入射到 1表面上, 1 I cos α. 则通过P 的光强I= 则通过 2的光强 2
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 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. 双折射,该方向称为晶体的光轴. 例如,方解石晶体(冰洲石) 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. 单轴晶体: 单轴晶体:只有一个光轴的晶体
υ e → ne =
c
υe
根据n 的关系可分为正, 根据 0 ,ne的关系可分为正,负晶体 负晶体 : ve > v0 方解石 : ve < v0 正晶体 英 ne< no,如 ne> no,如石
5. 单轴晶体的主平面 主平面: 主平面:单轴晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面. 光轴构成的平面.
α = 0,I = I max = I 0 三. 检偏
消光 α = ,I = 0 ——消光
2
旋转一周 2 明2 暗 自然光 部分偏振光
π
用偏振器件 分析, 分析,检验 光的偏振态
?
堆叠在一起, 例1. 三个偏振片 P1,P2与P3 堆叠在一起, 的偏振化方向相互垂直, 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强为: 收和反射,则通过三个偏振片后的光强为:
大学物理课件：光3 光的偏振 (1)
44
总结前述：从普通光源中获得线偏振光的方法 1. 利用各向异性物质的二向色性 (偏振片)
物质对振动方向显现出吸收系数的不同 2.利用自然光在两个各向同性介质表面的反射
(布儒斯特仪) 物质对振动方向显现出反射系数的不同 3.下面利用各向异性晶体的双折射(晶体偏振器) 物质对振动方向显现出传播速度的不同
E E 2
2
y0
z0
Ey Ez0 0
11
0,
2
其它值
合成光为线偏振光 合成光为正椭圆偏振光 合成光为斜椭圆偏振光
右旋
左旋
12
二、自然光（natural light）
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。
每个原子发射的光波列为一线偏振光。自然光是 大量原子随机发射的光波列集合，每个光波列的频 率、相位、振动方向、波列长度均不同。
14
三、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。举例：如天空中的散射光和水面的反 射光。
它可以分解如下：
不相干
分解
表示法： · ·
平行板面的 光振动较强
·· ····
垂直板面的
光振动较强
15
四、偏振度（degree of polarization）
偏振度：
P Ip Ip
It In I p
马吕斯
✓ 法国物理学家及军事工程师。出生于 巴黎 ✓ 1808年发现反射光的偏振，确定了偏 振光强度变化的规律 ✓ 1810年被选为巴黎科学院院士，曾获 得过伦敦皇家学会奖章 ✓ 1811年，他发现折射光的偏振
23
马吕斯 (Malus) 定律
大学物理光的偏振
大学物理光的偏振光在传播过程中，电矢量在垂直于传播方向上的两个相互垂直的分量分别称为水平分量H和垂直分量V，偏离这两个垂直分量的光波称为偏振光。
光波的偏振现象在光学中具有重要的应用价值。
自然光：具有垂直于传播方向的上、下两个偏振分量，两分量均在垂直于传播方向的平面内振动。
椭圆偏振光：在垂直于传播方向的平面内，除有一个与传播方向垂直的振动分量外，尚有与传播方向成一定夹角的振动分量。
圆偏振光：在垂直于传播方向的平面内，两个相互垂直的振动分量都与传播方向成一定夹角，且相位差为π/2。
尼科耳棱镜：其作用是将入射光从其他偏振状态转变成透过偏振片后的直线偏振光。
渥拉斯顿棱镜：其作用是将入射的非偏振光分成两束相干光波，其中一束光的振动方向与入射光的振动方向垂直，以透射光的形式出现；另一束光的振动方向与入射光的振动方向平行，以反射光的形式出现。
当两束偏振方向平行的线偏振光经过一个偏振片后，透射光为线偏振光，其偏振方向与入射光的偏振方向一致；当两束偏振方向垂直的线偏振光经过一个偏振片后，透射光为暗条纹。
当两束线偏振光的偏振方向既不平行也不垂直时，透射光将出现明暗相间的条纹，这种条纹称为椭圆偏振光的干涉条纹。
当两束椭圆偏振光的旋转方向相反时，透射光仍将出现明暗相间的条纹，且旋转方向相反。
当两束椭圆偏振光的旋转方向相透射光将出现圆偏振光的干涉条纹。
在物理学中，光的干涉是一个非常重要的概念，它描述了两个或多个光波叠加时产生的明暗条纹和相消干涉的现象。
这个概念最早由英国物理学家托马斯·杨在19世纪初提出，后来被广泛应用到光学、波动力学和其他领域。
光的干涉现象可以被分为两类：时间域干涉和空间域干涉。
时间域干涉指的是两个或多个光波在时间上同步抵达某一点，而空间域干涉则指的是两个或多个光波在空间中不同位置的叠加。
干涉现象的原理在于，当两个或多个光波的波峰或波谷完全重叠时，它们会相互增强，产生明亮的干涉条纹。
而当波峰与波谷相遇时，它们会相互抵消，产生暗的干涉条纹。
大学物理-光的偏振
2、振动面的旋转角与波长有关， 波长给定则与旋光物质的厚度l 有关。
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· · ··
垂直板面的 光振动较强
20-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏和检偏
起偏：使自然光（或非偏振光）变成线偏振光的过程。
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，缓慢转动偏振 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。
透 光 轴 方 向
20-1
光的偏振状态
振动面：通过波的传播方向且包含振动矢量的平面。
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
1.自然光 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。
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 等幅的、不相干的线偏振光。
干涉的明暗条件
色偏振
三、人为双折射现象
某些晶体在受到外界作用时失去各向同性的性质， 也呈现双折射现象。 1、光弹性效应——应力双折射 在机械应力作用下，显示光学各向异性
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2、克尔效应——电致双折射
在强电场作用下，使分子定向排列，获得各向异性
透光轴相互垂直
P1
C
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
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
方解石 晶体
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
大学物理中的光的偏振问题
大学物理中的光的偏振问题光的偏振问题是大学物理中一个重要且深奥的话题。
光的偏振现象在自然界和科技应用中都有着广泛的应用。
本文将从光的偏振现象的基本概念开始介绍，然后探讨光的偏振原理和相关实验，最后讨论光的偏振在生活和科技中的应用。
一、光的偏振概述光是一种电磁波，具有波动性和颗粒性。
光的偏振是指光波传播过程中电场矢量振动方向的固定性。
光波不同于机械波，其电场矢量在垂直于传播方向的平面内振动，我们把这个平面称为偏振方向。
光的偏振可以通过偏振片进行实验观察，常见的偏振片有线性偏振片和圆偏振片。
二、光的偏振原理光的偏振原理可以通过振动模型和波动理论来解释。
在振动模型中，光被认为是垂直于传播方向的电场和磁场的振动。
假设光是垂直于传播方向的电场振动的话，我们可以把光的偏振方向定义为电场矢量的振动方向。
而在波动理论中，光波被认为是由电场和磁场相互作用产生的。
三、光的偏振实验为了观察和测量光的偏振，科学家们开展了一系列实验。
其中最经典的实验是马吕斯实验。
马吕斯实验利用了偏振片和光的干涉现象。
通过调整偏振片与光光路之间的相对角度，可以观察到不同偏振方向的亮度变化。
通过这种实验可以研究光的偏振现象和性质。
四、光的偏振应用光的偏振在生活和科技中有许多应用。
其中应用最广泛的就是偏振光的显示技术。
液晶显示器、3D电影和太阳镜等都是利用了偏振光的特性来实现对光的控制。
此外，在光通信、光纤传感等领域，光的偏振也起着重要的作用。
光的偏振还可以应用于显微镜、天文学和生命科学等领域，为科学研究和技术发展带来了诸多便利。
综上所述，光的偏振是一个涉及物理学基础理论和实验应用的重要课题。
通过理论和实验的研究，我们可以更好地理解光的偏振现象以及其在生活和科技中的应用。
光的偏振问题的深入研究将为我们揭示光传播和相互作用的更多奥秘，并为光学科学的发展提供更多的可能性。
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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THANKS
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。
大学物理——光的偏振
a.布儒斯特定理：当入射角等于某一特定值i0时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光
其中，i0称布儒斯特角或偏振角
b.布儒斯特角与折射角的关系
布儒斯特角满足入射光线与折射光线相互垂直
c.布儒斯特定理的应用
自然光以布儒斯特角入射时，反射是线偏振光，这样我们能通过反射得到线偏振光，当光以布儒斯特角入射到一片透明介质是，在没有吸收的情况下，透射光中电矢量的平行分量全部透射，根据这一性质，我们可以用使自然光以布儒斯特角透过玻璃片堆的办法，获得线偏振光。
★主要以教师讲授为主
教学内容
教学设计
(4).椭圆偏振光
定义：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿椭圆轨道以确定角速度旋转(左或右旋转)的光线，称椭圆偏振光。图19-6所示
特征：光矢量旋转的角速度恒定，且其强度不同，光矢量可以看作为两个互相垂直、同频率、相位差确定的线偏振光的叠加。
当 时为椭圆偏振光
当 ，且振幅相等时为圆偏振光
★课后思考题
1.两块性质完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1，P2间夹角为 /6。光强为I0的自然光垂直入射，经过第一块偏振片后的光强为0.32I0，求经过第二块偏振片后的出射光强（有吸收情况）？
2.光在两种介质的表面折射时，是否都遵守折射定律？
程守洙等主编的《普通物理学》第十九章课后作业选做两题
解：(1)自然光透射偏振片后的光强
线偏振光透射偏振片后的光强
如果两种成分光线透射后的光强相等，则在之后所通过的所有偏振片后的光强都相等，于是
其中，q为线偏振光与偏振片偏振化方向的夹角。欲使最后的出射光线与入射光中的线偏振光偏振方向垂直，则还需要一偏振片，其偏振方向与第一偏振片的出射光夹角为450。
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i = i0 时，反射 光只有S分量：
n·1···i0
n2 r0
线偏振光
i0···S· i0 +r0 = 90
·
i0 — 布儒斯特角（Brewster angle）或 起偏角 由
n1 sini0 n2 sinr0 n2 cos i0
得布儒斯特（Brewster）定律 （1812年）
tg i0
地面成45角、且向同一方向倾斜的偏振片， 可以避免汽车会车时灯光的晃眼。
12
§5.3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振 一、反射和折射时光的偏振
n1····i
i
····
P 分量 S 分量
n2 r ·
自然光反射和折射后成为部分偏振光
反射光垂直入射面的分量（S）比例大，
折射光平行入射面的分量（P）比例大， 入射角i 变 反射、折射光的偏振度也变。
1 I 2 I0
I0
P I
E0
P
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
E = E0cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
Imax
I0
，
2
，I
0
— 消光 10
三、线偏振光的检偏
检偏：用偏振器件检验光的偏振态
设入射光可能是自然光或
P
线偏振光 或由线偏振光与自 待检光
I
然光混合而成的部分偏振光 ?
自然光的表示法： · · ·
6
三、部分偏振光
自然光和完全偏振光的混合，就构成了部分 偏振光。部分偏振光可看成是自然光和线偏振 光的混合，天空中的散射光和水面的反射光 就是这种部分偏振光，它可以分解如下：
不相干
分解
表示法： · ·
平行板面的 光振动较强
·· ····
垂直板面的 光振动较强
7
四、偏振度（degree of polarization）
1、线偏振光（linearly polarized light）
传播方向
E
· 光矢量E
振动面
面对光的传播方向看
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：
y
Ey
E
Ex
x
E x E cos· · 光振动垂直板面 光振动平行板3面
2、圆偏振光（circularly polarized light） 椭圆偏振光（elliptically polarized light）
偏振度：
P Ip Ip
It In I p
It —部分偏振光的总强度 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度 In —部分偏振光中包含的自然光的强度 完全偏振光 （线、圆、椭圆） P = 1
自然光 （ 非偏振光）
P=0
部分偏振光
0<P<1 8
§5.2 线偏振光的获得与检验 一、起偏 ：从自然光获得偏振光
M1
布儒斯特窗
M2
垂直分量损耗大，不能形成激光，但平行分
量能形成激光。
【思考】如何测量不透明介质的折射率？ 15
有反射光干扰的橱窗
在照相机镜头前加偏振 片消除了反射光的干扰16
对布儒斯特定律的定性解释：
折射光波在第二种介质中激起电子做受迫振动，振
动方向沿光矢量方向。振动的原子可看做是电偶极子
辐射次波，这些次波传回第一种介质相干叠加形成反
起偏器（polarizer）：起偏的光学器件 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）
分子型：
（常用） 入射
电磁波
线栅起偏器
电气石晶片
微晶型：非·偏·振·光
光轴 线偏振光
9
线偏振光的起偏
P
··· 非偏振光I0
线偏振光 I
偏振化方向
（通光方向）
二、马吕斯定律（Malus law）
右旋圆 偏振光
y
观测
右旋椭圆 偏振光
E
x
0
y x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光 E 随 z 的变化
线、圆和椭圆偏振光 完全偏振光 4
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
传播方向一致、振动方向相互垂直、相位差
为某个确定值的线偏振光的合成。
y x，y 振幅相同，
相位差 /2或3 /2
相位差不等于 0， y
射波。
线偏振光
n·1···i0 i0····S
n2 r0
P
·
当以布儒斯特角入射时，反射光垂直于折射光。在 入射点处，P分量的振动方向正好沿着反射光线的方 向，因电磁波是横波，所以反射光只有S分量。
17
二、玻璃片堆起偏和检偏
1、起偏：当 i i0 时反射光是线偏振的，可用来起偏。
但单次反射的反射光强太低（只占15％），而且方
若反射光光强不变 入射光是自然光；
若反射光光强变且有消光 入射光是线偏振光；
波动光学
第5章 光的偏振
2005年秋季学期 编
1
目录
§5.1 光的偏振状态 §5.2 线偏振光的获得与检验 §5.3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振 §5.4 双折射现象 §5.5 椭圆偏振光和圆偏振光 §5.6 偏振光的干涉 §5.7 人工双折射 §5.8 旋光现象
2
§5.1 光的偏振状态 光矢量垂直于传播方向 一、完全偏振光
向发生变化，使用不方便。因此更多利用i i0时的折射
光起偏，并采用玻璃片堆增大透射光的偏振度。
······i0
线偏振光
························
玻璃
片堆
【演示】玻璃片堆起偏
接近是线偏振光
18
2、检偏（不包括圆和椭圆偏振光）
让待检验的光以布儒斯特角i0入射到界面上， 保持i = i0不变，以入射线为轴旋转界面：
n2 n1
n21
14
若 n1 =1.00 （空气），n2 =1.50（玻璃），
则：空 气→ 玻 璃
玻 璃→ 空 气
i0 i0
tg 1 tg 1
1.50 1.00 1.00 1.50
5618 3342
互 余
例：外腔式激光管加布儒斯特窗减少反射损失
·· i0
i0 ··
i0 ······ i0 激光输出
/2，， 3 /2
x 和 2
x
线偏振光则可以看成是两束频率相同、
相位相同、振幅相同、
传播方向也相同的左、 右旋圆偏振光的合成。
·
5
二、完全非偏振光自然光（natural light）
不相干
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、不相干的线偏振光。
Ex Ey
I Ix Iy 2Ix
旋转
若 I 不变，是什么光？
若 I 变，有消光，是什么光？
若 I 变，无消光，是什么光？
【演示】线偏振光的起偏和检偏
11
四、偏振片的应用 偏振片的应用很多，例如：
作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的
反射光。 制成偏光眼镜，可观看立体电影。 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与