反射光和折射光的偏振
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 •
反射和折射时的偏振光布儒斯特定律课件
5. 重复实验
改变入射光的偏振方向，重复 上述步骤，以获得多组数据。
实验结果与数据分析
数据整理
将测量数据整理成表格，列出 不同入射偏振方向下的反射和
折射光的偏振状态。
绘制图表
根据数据绘制图表，展示偏振 方向与反射、折射角度之间的 关系。
分析规律
布儒斯特定律的内容和意 义
内容
当入射角为某一定值时，反射光和折射光达到完全偏振状态，此时入射角被称为 布儒斯特角。
意义
布儒斯特定律是光学领域的重要定律之一，对于理解光在界面上的行为以及偏振 光学应用具有重要意义。
布儒斯特定律的应用和限制
应用
布儒斯特定律在光学仪器设计、光学检测、光学计量等领域有广泛应用，如偏振分束器、偏振控制器 等。
光学元件测试
在测试光学元件的表面质量时，可以 利用偏振光布儒斯特定律来检测表面 是否存在反射光异常或折射光异常。
光学通信系 统
信号传输
在光纤通信中，由于光纤的折射率不同，光线在传输过程中会发生折射和反射，利用偏振光布儒斯特定律可以优 化信号传输效果，提高通信质量。
噪声抑制
在通信系统中，由于各种原因会产生噪声干扰，利用偏振光布儒斯特定律可以对噪声进行抑制，提高信号的信噪 比。
• 偏振光布儒斯特定律在光学领域具有广泛的应用前景。例如，在光学通信中，可以利用偏振光实现更高的信息传输速率和 更好的信号质量；在生物医学领域，可以利用偏振光观察生物组织的结构和功能；在遥感领域，可以利用偏振光提高遥感 图像的分辨率和识别能力等。随着光学技术的不断发展，偏振光布儒斯特定律的应用前景将更加广阔。
根据实验数据，分析并总结反 射和折射时偏振光的布儒斯特 定律。
反射和折射时的偏振光布儒斯
·
tgi 1
n1 n2
·· n 2 ·· n 为偏振光。
4
例、一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入 射角等于布儒斯特角i0，则在界面 2 的反射光
（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。
反射和折射时的 偏振光
1
反射与折射的偏振光
当自然光入射到媒质表 面时，反射光和折射光 都是部分偏振光。
布儒斯特定律
i
n1
布儒斯特指出，当入射角 满足：
tg i 0 n2 n1
n2
时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。
2
在满足布儒斯特定律时，反射线与折射线垂直。
证明： 由折射定律：
sin i 0 sin r0 n2 n1
i0
[ B ]
1
分析：
tgi 0 n2 n1
r
, i 0 r 90
r
2
tgr
n1 n2
如何求全反射角？ sin 全反
n1 n2
5
i0
i0
n1 n2
布儒斯特定律：
tg i 0 sin i 0 cos i 0 n2 n1
r0
有
sin r0 cos i 0
得到
i 0 r0
2
3
玻璃堆可产生较强的反射偏振光（光学玻璃反 射光强不到入射光强的10﹪）。
tgi b
i1 i 2
n2 n1
2
i0
i1
i0
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
反射光和折射光的偏振
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% ,反射 偏振光很弱 ，大 部分光将透过玻璃.
空气
n1
i0
i0
1
n2
玻璃
2
第十一章 光学
6
物理学
第五版
11-11
反射光和折射光的偏振
一般利用玻璃片堆的透射光获得线偏振光
i0
第十一章 光学
7
物理学
第五版
11-11
n2 当 tan i0 时， n1
玻璃 空气
i0 i0
n1 n2
反射光为偏振光，且光振动垂直入射面， 称 i0 为布儒斯特角，又称起偏角；折射光为部 分偏振光．
第十一章 光学
2
物理学
第五版
11-11
反射光和折射光的偏振
讨论 (1)反射光和折射光
i0 i0
空气
互相垂直 . sin i n2 0 证明： sin n1
反射光和折射光的偏振
讨论
讨论光线的反射和折射
பைடு நூலகம்i0
i0
i0
i
i
i
第十一章 光学
8
物理学
第五版
11-11
反射光和折射光的偏振
n1 n2
玻璃
i i
空气
入射光为自然光
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 .
第十一章 光学
1
物理学
第五版
11-11
反射光和折射光的偏振
布儒斯特定律： （1812年）
探讨偏振光的反射和折射问题
探讨偏振光的反射和折射问题摘要本文介绍了几种不同种类偏振光的特征以及它们在介质界面的反射与折射现象。
利用菲涅耳公式具体分析反射光和折射光的偏振状态,得出反射光的偏振状态与介质折射率、入射光的偏振态及入射角有关,折射光的偏振态与界面折射无关的结论,这有利于我们分析电磁波在自由空间或有限区域的传播特性,从而掌握整个电磁波的传播规律。
关键词偏振光;反射;折射0 引言1809年马吕斯(E·L·Malus)发现了反射光的偏振现象。
光的电磁理论建立以后,我们才进一步认识到在自由空间传播的光波是一种纯粹的横波,其电矢量和磁矢量都垂直于光的传播方向。
纵波的振动方向与波的传播方向一致,因此纵波具有轴对称性,即从垂直波传播方向的各个方向与观察纵波情况完全相同。
而横波对于传播方向的轴来说不具备对称性。
这种不对称性叫做偏振[2]。
只有横波才具备偏振的性质。
反射光和折射光的偏振现象是光学中的重要内容。
1 偏振光及其分类光的横波性表现为振动的不对称性,称光波的偏振态。
光波的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
1.1 自然光光源发出的光波不是偏振光,因原子分子发出的光波不是无限长的连绵不断的简谐波,而是一些断断续续的波列,每一波列持续时间在10-8s以下,波列间没有固定的相位关系,而且振动方向是无规的,这种光称自然光。
对于自然光Imax=Imin,P=0。
1.2 部分偏振光介于自然光和偏振光之间,可看作两个振动方向相互垂直、振幅不等的线偏振光,没有固定的相位关系。
为了定量区分,定义光的偏振度P=(ImaxImin分别是与最大振幅和最小振幅相应的光强)。
1.3 (直线)平面偏振光如果光振动矢量保持在一个平面内,如光沿y轴方向传播,光振动矢量沿Z轴,并且发生在yoz平面内,这叫(直线)平面偏振光,简称偏振光。
1.4 圆偏振光1)固定空间一点来看,每一点光矢量随时间匀速旋转,矢量长度不变,端点描绘成一个圆,光矢量旋转的频率为v;2)固定一时刻来看,空间各点的光矢量排列在一条螺旋线上;3)随时间推移,波形(螺旋线)向前传播,在传播方向上各点相位越来越落后。
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）
反射光和折射光的偏振课件
斯涅尔定律描述了入射角和折射角之间的关系，而菲涅尔公式则描述了
折射过程中光矢量的变化。
折射光偏振的特性
偏振态的变化
折射光偏振的特性之一是，随着入射角的变化，其偏振态 也会发生变化。当入射角增大时，折射光的偏振程度通常 会增加。
介质的影响
不同介质的折射率不同，因此当光线从一种介质进入另一 种介质时，其偏振状态也会发生变化。这种变化取决于两 种介质的折射率偏振光进行信号传输 ，提高通信速度和安全性 。
光学传感
利用偏振光检测物理量， 如压力、温度、磁场等。
光学存储
利用偏振光进行高密度信 息存储，提高存储容量和 可靠性。
偏振光在医疗领域的应用
医学成像
利用偏振光进行医学影像 获取，提高诊断准确性和 可靠性。
光学治疗
利用偏振光进行肿瘤治疗 、疼痛缓解等，提高治疗 效果。
偏振光的重要性
• 光的偏振是光学研究的重要内容之一，对于深入理解光学现象和光学系统的性能具有重要意义。掌握光的偏振特性有助于 更好地应用光学技术，推动相关领域的发展。
02
反射光的偏振
反射光偏振的原理
反射光偏振原理
当光在界面上发生反射时，其电 矢量在反射面上的分矢量可能会 发生偏振，这种现象称为反射光
太阳镜和眼镜
偏振太阳镜
偏振太阳镜可以消除反射光和眩光，减少眼睛疲劳和不适感，保护眼睛免受紫 外线和蓝光的伤害。
偏振眼镜
在一些特殊的工作环境中，如驾驶、钓鱼等，偏振眼镜可以消除反射光和眩光 ，提高视觉清晰度和舒适度，从而提高工作效率和安全性。
05
偏振光的未来发展
偏振光在科技领域的应用
01
02
03
导致光的偏振。这种变化取决于入射角、折射角以及两种介质的折射率
光的折射和反射的偏振特性
光的折射和反射的偏振特性一、引言光，作为现代科技发展的重要基础，其性质和行为一直是物理学研究的重要领域。
光的折射和反射是光最基本的性质之一，它们在日常生活中和科技应用中都有着广泛的应用。
而光的偏振现象，则是光的一种特殊性质，对于光的折射和反射过程有着重要的影响。
本文将详细介绍光的折射和反射的偏振特性，以帮助读者更深入地理解光的本质和行为。
二、光的折射和反射2.1 光的折射光的折射是指光从一种介质进入另一种介质时，由于介质的光速不同，光线会产生方向上的改变。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在以下关系：[ n_1 (_1) = n_2 (_2) ]其中，( n_1 )和( n_2 )分别是光在第一种和第二种介质中的折射率，( _1 )和( _2 )分别是光在第一种和第二种介质中的入射角和折射角。
2.2 光的反射光的反射是指光从一种介质射到另一种介质的界面上时，一部分光会返回原介质中的现象。
根据反射定律，入射角和反射角之间存在以下关系：[ _1 = _2 ]其中，( _1 )是光在第一种介质中的入射角，( _2 )是光在第二种介质中的反射角。
三、光的偏振3.1 偏振的概念偏振是指光波中电场矢量在空间中的特定方向上的振动。
与非偏振光相比，偏振光具有特定的振动方向，这使得偏振光在某些方面具有独特的性质和应用。
3.2 偏振片的应用偏振片是一种可以使得光波中的电场矢量在特定方向上振动的光学元件。
通过偏振片，可以实现对光的偏振状态的控制和调节。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，偏振片允许光通过；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，偏振片则阻止光通过。
3.3 马吕斯定律马吕斯定律是描述偏振光通过偏振片时，光强与偏振片的偏振方向之间的关系。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，光强达到最大值；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，光强达到最小值。
4.1 折射的偏振特性当偏振光通过介质时，由于介质对不同振动方向的电场矢量具有不同的折射率，因此光在折射过程中会发生变化。
自然光入射时反射及折射光的偏振态与入射角之关系
自然光入射时反射及折射光的偏振态与入射角之关系下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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光学基础知识光的偏振和反射率
光学基础知识光的偏振和反射率光学，作为一门研究光和光现象的科学，是现代科学中重要的一部分。
在光学基础知识中，光的偏振和反射率是两个重要的概念。
本文将对光的偏振和反射率进行详细的介绍和解释。
一、光的偏振光波是由电场和磁场垂直于传播方向而组成的电磁波。
在自然界中，光波的电场可以沿任意方向振动，这样的光波称为非偏振光。
但是，经过某些材料或装置的作用后，光波的电场会被限制在某个特定的方向上振动，这样产生的光波称为偏振光。
光的偏振状态可以通过偏振片来实现。
偏振片是一种特殊的光学元件，它可以使只有振动方向与其相同的光通过，而将其他方向上的光吸收或者转换成其他形式。
偏振片可以分为线偏振片和圆偏振片两种。
线偏振片能够使只有一个特定方向上振动的光通过，而其他方向上振动的光则被阻止。
线偏振片常用于光的偏振实验和应用中。
圆偏振片能够使振动方向按照一定轨迹旋转的光通过。
它常用于光学测量中，用来检测物体的性质和特征。
二、光的反射率反射率是指光线在两种介质的交界面上发生反射的程度。
光线从一种介质的表面射入另一种介质时，会发生折射和反射。
而反射率就是反射光强度与入射光强度之比。
根据光的偏振状态和入射角度的不同，反射率也会有所变化。
在一般情况下，光线在垂直入射时的反射率称为垂直入射光的反射率，而在斜入射时的反射率称为斜入射光的反射率。
光的反射率还与介质的性质有关。
不同的材质对光的吸收和反射的能力也不同，因此它们的反射率也存在差异。
除了光线的入射角度和介质性质，表面的光洁度、抛光程度和是否存在涂层等因素也会影响光的反射率。
通常情况下，高度抛光的表面和有特殊涂层的表面会有更高的反射率。
三、光的偏振和反射率的应用光的偏振和反射率在生活和科学研究中都有重要的应用。
在光学仪器和设备中，偏振片的应用非常广泛。
例如，在3D电影中，观众戴上特制的偏振眼镜后，可以通过偏振片实现左右眼只接收到相应偏振方向的光信号，从而实现立体效果。
光的反射率在材料表面处理和光学涂层的应用中非常重要。
光的偏振与反射现象
光的偏振与反射现象光是一种电磁波，具有振动的特性。
在特定条件下，光具有偏振的现象，同时在反射过程中也会产生特殊的反射现象。
本文将分析光的偏振和反射现象的原理及应用。
一、光的偏振原理光的偏振是指光波的振动方向被限制在一个平面内的现象。
例如，自然光是一个随机振动的光波，其振动方向在各个方向上均匀分布。
而当自然光通过特定光学器件时，如偏振片或晶体，只有与器件特定轴向平行的光波才能透过，其它方向上的光波则被过滤掉，形成了偏振光。
光的偏振现象可以通过光的受振动方向约束而解释。
光波是由电场和磁场振动构成的，且两者垂直于光传播的方向。
在特定的情况下，只有电场振动方向的分量与特定方向平行，相应的光波才会通过。
二、光的反射现象反射是光波在遇到界面时改变方向的过程。
当光从一个介质射入另一个介质时，会发生反射和折射两个现象。
在反射过程中，光波与界面发生相互作用，根据入射角和介质的属性，光波会以相同的角度从界面反射回来。
在光的反射中，当入射光是自然光时，反射后的光具有相同的振动方向，不会改变其偏振状态。
然而，若入射光是偏振光，反射后的光在振动方向上会发生改变。
这种现象被称为反射偏振。
三、光的偏振与反射应用光的偏振与反射现象在许多领域都有重要的应用。
1. 太阳偏振：太阳光中的很多光波都是自然光，但经过大气层的散射和反射后，产生了垂直于地面的主要偏振方向。
这种偏振现象可以通过偏振墨镜或偏振滤光器来观察，同时也可以应用于太阳能电池板的设计和制造中。
2. 光通信：偏振光在光纤中的传输具有更低的损耗和更高的带宽，因此在光通信领域中广泛使用偏振调制技术来提高传输效率和性能。
3. 光学显微镜：偏振光显微镜结合了偏振滤光器和偏振器件，可以对样本进行非常细致的研究和观察，从而得到更丰富的信息。
4. 液晶显示器：液晶显示器是利用液晶体的光学特性来控制光的偏振状态，以显示图像。
通过控制液晶体中的偏振方向，可以实现像素的开关和调节，从而呈现出清晰、亮度可调的画面。
第十三讲 反射光与折射光的偏振
cos i0
sin
cos(π 2
)
i0
2
波动光学
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？
n1
i0 i0
n2
玻璃
空气
1
2
tan i0
n2 n1
i0
2
tan n1
n2
满足起偏角条件
波动光学
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
布儒斯特定律 （1812年）
当
tan i0
n2 n1
时，
i0 i0
空气
n1
n2
玻璃
反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面，折 射光为部分偏振光。
波动光学
讨论
1、反射光和折射光互相垂直
折射定律： sin i0 n2
sin n1
布儒斯特定律：
tan i0
n2 n1
sini0 cos i0
波动光学
第十三讲 反射光与折射光的偏振
波动光学
反射光与折射光的偏振
ii
n1
空气
光反射与折 射时的偏振
n2
玻璃
入射面 入射光线和法线 所成的平面 。
反射光和折射光 均为部分偏振光。 反射光垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动 。 折射光平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动 。
波动光学
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 。
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
10-9反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律
光反射与折射时的偏振
n1 i i
n2
玻璃
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 .
i0
n1 n2
第十章 波动光学
10-9 反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律 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
第十章 波动光学
第十章 波动光学
10-9 反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律
i0 i0
空气
n1
n2
玻璃
布儒斯特定律
当
tan i0
n2 n1
时，
反射光为偏振光，且振动
面垂直入射面，折射光为
部分偏振光.
反射光和折射光互相垂直
tan i0 cosi0
n2 n1 sin
sin i0 cocsoi0s(π
2
)
sin i0 n2
sin n1
i0 π
2
第十章 波动光学
10-9 反射光和折射光的偏振 布儒斯特定律
i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻璃
n2
根据光的可逆性，当入射光以 界面时，此 角即为布儒斯特角
角从 .
n2 介质入射于
tan
光的偏振、反射和折射产生偏振和双折射现象
e光沿不同方 向的传播速率不 相同，其波面是 以光轴为轴的旋 转椭球面.
u
正晶体
vo > ve no < ne
光轴
负晶体
光轴
vo < ve no > ne
v o Dt
·
v e Dt
·
( 平行光轴截面 )
( 平行光轴截面 )
ve
ve
vo
( 垂直光轴截面 )
21/28
vo
( 垂直光轴截面 )
二. 单轴晶体中的波面 ( 惠更斯作图法(ve>vo) )
c ( o 光主折射率) vo
o光沿不同 方向的传播速 率相同，其波 面是球面
20/28
v o Dt
·
·
· o光
o 光的 主平面
光轴
e光
e 光的 主平面
(e 光振动在e 光主平面内)
e 光:
ne =
c ve
( e 光主折射率) 光轴 v o Dt
v e Dt
光轴
· · · · · · · · · · · · · · ·
5/28
形象说明偏振片的原理
通光方向
腰横别扁担进不了城门
6/28
3. 起偏 自然光通过偏振片后成为线偏 振光，线偏振光的振动方向与 偏振片的偏振化方向一致。
• • •
4. 检偏 用来检验某一束光是否偏振光。 方法：转动偏振片，观察透射 光强度的变化。 自然光：透射光强度不发生变化
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偏振光：透射光强度发生变化
1 1 小结： 波片用于改变光的偏振态， 波片用于改变光的旋向 2 4
28/28
·
·
n1 n2
·
什么是光的反射和折射
什么是光的反射和折射光的反射和折射是物理学中的基本概念，涉及到光在不同介质中传播时的现象。
下面将分别对光的反射和折射进行详细的介绍。
一、光的反射光的反射是指光线在传播过程中遇到障碍物被反射出去的现象。
光线传播到两种不同介质的表面上时，会发生反射现象。
例如，光线传播到平面镜、球面镜等光滑的表面上时，会发生反射。
1.反射定律：反射定律是描述光的反射现象的基本规律，包括以下三个方面的内容：（1）入射光线、反射光线和法线在同一平面内；（2）入射光线和反射光线分居在法线的两侧；（3）入射角等于反射角。
2.镜面反射和漫反射：根据反射面的不同，光的反射分为镜面反射和漫反射。
镜面反射是指光线射到光滑表面上的反射，如平面镜、球面镜等。
漫反射是指光线射到粗糙表面上的反射，如光线照到地面上、物体表面等。
二、光的折射光的折射是指光线在传播过程中，从一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象。
光线传播到两种不同介质的界面时，会发生折射。
1.折射定律：折射定律是描述光在介质界面折射现象的基本规律，包括以下三个方面的内容：（1）入射光线、折射光线和法线在同一平面内；（2）入射光线和折射光线分居在法线的两侧；（3）入射角和折射角之间满足正弦定律：n1sin(θ1) = n2sin(θ2)，其中n1和n2分别为入射介质和折射介质的折射率，θ1和θ2分别为入射角和折射角。
2.斯涅尔定律：斯涅尔定律是光的折射现象的另一种表达方式，即入射光线、折射光线和法线三者之间的夹角关系：cos(θ1)/cos(θ2) = n2/n1。
3.正常折射和全反射：当光线从光密介质进入光疏介质时，折射角小于入射角，这种折射现象称为正常折射；当光线从光密介质进入光疏介质时，折射角大于90°，这种现象称为全反射。
通过以上介绍，我们可以了解到光的反射和折射是光在传播过程中遇到不同介质时产生的现象，它们遵循相应的定律和规律。
这些知识点对于中学生来说，是光学学习的基础内容，对于深入理解光的传播和光学设备的工作原理具有重要意义。
光学中的偏振与反射现象
光学中的偏振与反射现象光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象的学科。
其中，偏振与反射现象是光学中重要的研究领域。
偏振现象指的是光波中的电磁场向特定方向振动，而反射现象涉及光在界面上发生反射时的规律。
本文将重点讨论光学中的偏振与反射现象。
一、偏振现象偏振光是指光波在传播方向上振动的方向被限制在某一平面内的光。
光波的偏振状态可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种。
光的线偏振：当光的振动方向只沿着一条直线时，被称为线偏振光。
光线的偏振状态可以用波的振动方向来描述，其方向垂直于光的传播方向。
光的圆偏振：当光的振动方向在传播方向上形成一个紧凑的圆旋转时，被称为圆偏振光。
光的椭偏振：当光的振动方向在传播方向上形成一个椭圆时，被称为椭偏振光。
二、光的反射现象反射是指光波从介质的界面上发生反向传播的现象。
当光线射入介质边界时，根据入射角度和介质的折射率，光波将会以不同的角度反射出去。
反射定律：光线的入射角与反射角之间的关系可以用反射定律表示。
在光的反射过程中，入射光线、法线和反射光线所构成的平面被称为反射平面。
根据反射定律，入射角等于反射角，即入射角θ1等于反射角θ2。
反射的偏振：当入射光线是偏振光时，反射光线的偏振状态与入射光线的偏振状态有关。
一般情况下，平行于反射面的偏振光仍然为线偏振光，而垂直于反射面的偏振光则会发生改变。
三、偏振光的应用偏振现象在实际生活中有着广泛的应用。
其中，偏振光的旋光性质在生物化学领域中有重要的应用。
旋光性质是指物质对特定方向的偏振光产生旋转作用，分为左旋和右旋两种。
根据物质对偏振光旋转的角度不同，可以用偏振光通过物质后旋光角度的变化来测定物质的浓度、质量和结构信息。
另外，偏振光还广泛应用于光学器件和光学测量中。
例如，偏振镜可以选择性地反射或吸收特定方向的偏振光，被广泛用于光学仪器和光学显示器件中。
偏振片则可以通过选择性地透过或屏蔽特定方向的偏振光，实现光线的控制和过滤。
四、反射现象的应用反射现象在日常生活中也有着广泛的应用。
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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
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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
玻璃
2
11
注意：一次起偏垂直入射面的振动仅 很小部分被反射，所以反射偏振光很弱 .
一般应用玻璃
空气
片堆产生偏振 光.
n1 i0 i0
1
n2
玻璃
2
12
三、应用 ①用玻璃片堆获取偏振光
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.
i0
接近完全偏振光
⑵ 散射光的偏振性
自然光
空气分子
zy x
部 分 偏 振 光
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线 偏
照相机安上偏振镜可
振
以产生不同的效果。
光
15
例 4 一束平行的自然光，以600角入射到平玻璃表面上，若反
动方向是
（A）垂直于纸面， （B）平行于纸面， （C）以上两个方向的振动均有， （D）光线2不存在。
n1 i0 n2 0
解：由布儒斯特定律
n1
故
tg
t
0
gi0
n2
tgn1
2
而 i0 0
i0
ctgi0
n1 n2
2
这说明在界面2处的反射角是起偏角，即界面2的反射光的光
振动是垂直于入射面的，从而其透射光亦为垂直于入射面的光
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
折射率为：
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
tan i0
n2 n1
n2
将i0=600代入，得 n=1.73
•••
••• i0
i0
•••i0
1
2
3
4
5
答：（1）（2）（3）中反射光、折射光均为线偏振光。
（4）的折射光为线偏振光，没有反射光。
（5）的反射光为线偏振光，折射光为部分偏振光。
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例 2 如图所示，一自然光自空气射到一块平板玻璃上，设入
射角为起偏角，则在界面2处的反射光透过玻璃后的光线2中振
3
二. 布儒斯特定律（1815年）
自然光
线偏振光
1812年布儒斯特发现， 当入射角满足：
空气
i0
i0
n1
tan i0
n2 n1
时，
玻璃
n2
部分偏振光
(1)反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射面;
(2) 折射光为部分偏振光．
讨论 (1)当入射角为布儒斯特角时，反射光和 折射光互相垂直 .
n1
i0
n2
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空气
光反射与折 射时的偏振
n2
(1) 入射面 入射光线
玻璃
和法线所成的平面 .
(2) 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 .
2
ii
(3) 折射光 部分
n1
空气 偏振光，平行于入射面
n2
玻璃
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 .