大学物理偏振
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大学物理下 光的偏振
I
R1 R2
寻常光线(o光) ordinary ray -----遵守折射定律 非常光线(e光) extraordinary ray -----不遵守折射定律
o
e
o光和e光都是线偏振光。
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
二、晶体的光轴与光线的主平面 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。
玻璃片堆
(接近线偏振光)
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
14.5 光的双折射
一、双折射现象 寻常光和非常光
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
对于各向异性晶体，一束 光射入晶体后，可以观察到有 S 两束折射光的现象。
·
·
·· ·· ··
垂直板面的 光振动较强
平行板面的 光振动较强
14.2 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
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
光强为零
起偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直
二. 马吕斯定律 如果入射线偏振光的光强为I0，透过检偏器后， 透射光的光强 I 为
R1 R2
寻常光线(o光) ordinary ray -----遵守折射定律 非常光线(e光) extraordinary ray -----不遵守折射定律
o
e
o光和e光都是线偏振光。
当方解石晶体旋转时 o光不动，e光围绕o光旋转
二、晶体的光轴与光线的主平面 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。
玻璃片堆
(接近线偏振光)
最后获得两束振动面互相垂直的线偏振光
14.5 光的双折射
一、双折射现象 寻常光和非常光
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
纸面
双 折 射
方解石 晶体
光 光
对于各向异性晶体，一束 光射入晶体后，可以观察到有 S 两束折射光的现象。
·
·
·· ·· ··
垂直板面的 光振动较强
平行板面的 光振动较强
14.2 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
自然光 线偏振光
. . . .
.
检偏器
光强为零
起偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直
二. 马吕斯定律 如果入射线偏振光的光强为I0，透过检偏器后， 透射光的光强 I 为
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。
大学物理-光的偏振省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
硝基苯 k 1.44 1018 m2 / V2 ，若l =3cm,
d=0.8cm,λ=600nm旳黄光，则产生 k=
时旳电压 V 2 104 V 。
克尔盒旳应用 : ... 克尔盒旳缺陷 : ...
2. 泡克尔斯效应(1893年)
P1 K
K P2
·电光晶体 ·
+。。-
泡克尔斯盒
• 不加电场→ P2 不透光 • 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片旳起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
I0
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
E0
I
I
1 2
I0
P
E=E0cos
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
，I
2
Imax I0
0 ——消光
四. 磁致旋光
磁致旋光物质
B
d
旋转旳角度 V d B
V─费德尔常量，V ~ 104 105 m1 T1
• 对自然旋光物质，振动面旳左旋或右旋是由
旋光物质本身决定旳，与光旳传播方向无关。
左旋
入射光
反射镜
反射光
左旋
反射镜
• 对磁致旋光物质，光沿B 与逆B 方向传 播，振动面旋向相反。
起偏振角
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
大学物理光的偏振
播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。
no
c vo
常量
非常光线（e光
光）振动方向和光轴夹角在晶体
中发生变化，传播速度和折射
率也随之改变，因而不遵守折
射定律。
光轴 O光波阵面
ve
vo
ne
c ve
ne 为主折射率
e光波阵面
*二、惠更斯原理对双折射现象的解释
1.正晶体和负晶体
正晶体:
光轴
no ne(vo ve)
片P2后产生附加相位差。
通过第二片偏振片后O光和e光是相干光，合成光强为
IA 2 2A o 2 2A e 2 2 2 A 0 2A e2c o s(2)
1
3 6
I0
29
例3. 用方解石晶体（负晶体）切成一个截面为正三角形的
棱镜，光轴方向如图，若自然光以入射角 i 入射并产生双折 射。试定性地分别画出 o 光和 e 光的光路及振动方向。
2 1
(2k 1) π
2
Ax Ay 合成正椭圆偏振光
Ax Ay 合成圆偏振光
k 合成线偏振光
19-2 起偏和检偏 马吕斯定律
4
1.二向色性和偏振片
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。
起偏器 检偏器
二向色性
2.透振方向（偏振化方向）：
IyA y 2线 偏 振 光 A i2y
1 平面偏振光 Ix I y 完全2偏I振0光
振动面
1
一、自然光 偏振光
在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都 相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。
2
光波是横波
no
c vo
常量
非常光线（e光
光）振动方向和光轴夹角在晶体
中发生变化，传播速度和折射
率也随之改变，因而不遵守折
射定律。
光轴 O光波阵面
ve
vo
ne
c ve
ne 为主折射率
e光波阵面
*二、惠更斯原理对双折射现象的解释
1.正晶体和负晶体
正晶体:
光轴
no ne(vo ve)
片P2后产生附加相位差。
通过第二片偏振片后O光和e光是相干光，合成光强为
IA 2 2A o 2 2A e 2 2 2 A 0 2A e2c o s(2)
1
3 6
I0
29
例3. 用方解石晶体（负晶体）切成一个截面为正三角形的
棱镜，光轴方向如图，若自然光以入射角 i 入射并产生双折 射。试定性地分别画出 o 光和 e 光的光路及振动方向。
2 1
(2k 1) π
2
Ax Ay 合成正椭圆偏振光
Ax Ay 合成圆偏振光
k 合成线偏振光
19-2 起偏和检偏 马吕斯定律
4
1.二向色性和偏振片
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。
起偏器 检偏器
二向色性
2.透振方向（偏振化方向）：
IyA y 2线 偏 振 光 A i2y
1 平面偏振光 Ix I y 完全2偏I振0光
振动面
1
一、自然光 偏振光
在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都 相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。
2
光波是横波
大学物理第15章光的偏振
由反射获得偏振光 布儒斯特定律 由折射获得偏振光
大学物理第15章光的偏振
一. 由反射获得偏振光
i
•• ••
n1
n2
•
•
➢ 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。
玻璃的折射率为 3 = 1.73 。
因 io+r =90o，所以折射角r =30o。
又 tg60 =
3
=
n2 n1
= n玻
(2) 某透明媒质对空气全反射的临界角为45o , 则
布线儒偏斯 振特 光角 。： 且当n1>且n仅2或当n1<tgni2o都=可nn以12 。时，反射光才是
全反射：入射角i i临都是
• •
全反射。由于
io
• •
n1
sin i临
=
n2 n1
1
r•
n2
•
故只有n1>n2才会发生全反射。
大学物理第15章角由空气射向一平板玻 璃， 发现反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角 为 30。o
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
Imax = 2 I1 I2 , Imin = 2 I1
Imax = 5 = 1 2I2 , I2 = 2
Imin
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
大学物理第15章光的偏振
§15.3 反射和折射时光的偏振
大学物理第15章光的偏振
一. 起偏和检偏
➢ 获得线偏振光的过程称为起偏，所使用的器件称为 起偏器。 ➢ 检验某光束是否为线偏振光的过程称为检偏，所使 用的器件称为检偏器。
大学物理第15章光的偏振
一. 由反射获得偏振光
i
•• ••
n1
n2
•
•
➢ 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。
玻璃的折射率为 3 = 1.73 。
因 io+r =90o，所以折射角r =30o。
又 tg60 =
3
=
n2 n1
= n玻
(2) 某透明媒质对空气全反射的临界角为45o , 则
布线儒偏斯 振特 光角 。： 且当n1>且n仅2或当n1<tgni2o都=可nn以12 。时，反射光才是
全反射：入射角i i临都是
• •
全反射。由于
io
• •
n1
sin i临
=
n2 n1
1
r•
n2
•
故只有n1>n2才会发生全反射。
大学物理第15章角由空气射向一平板玻 璃， 发现反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角 为 30。o
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
Imax = 2 I1 I2 , Imin = 2 I1
Imax = 5 = 1 2I2 , I2 = 2
Imin
I1 I1
即入射光中自然光和线偏振光的光强之比为1:2。
大学物理第15章光的偏振
§15.3 反射和折射时光的偏振
大学物理第15章光的偏振
一. 起偏和检偏
➢ 获得线偏振光的过程称为起偏，所使用的器件称为 起偏器。 ➢ 检验某光束是否为线偏振光的过程称为检偏，所使 用的器件称为检偏器。
大学物理第6章-光的偏振
起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law)
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。
大学物理-第七节光的偏振
另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射 过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来 自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直 方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
2、观看立体电影
在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼 睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银 幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得 到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片， 两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏 振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化 方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过 两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。
M
I0 • • • o • • •
I0 2
一束光强为I0的自然光透过检偏器，透射光强为I0 /2
讨论
•当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有变化。
•起偏器与检偏器偏振化方向平行时：α=0 或α=π，I=I0，
透射光强度最大；
•起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：α=π/2 或α=3π/2，
I=0，透射光强度最小；
•α为其它角度时，透射光的强度介于0～I0之间。
•马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，对于自然光并不成立。 若是自然光I0，通过偏振片后，I＝I0/2，偏振片在这里实际上 起着起偏器的作用。
•当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向 的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的消光现象。
三、双折射 偏振棱镜
折射定律
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
大学物理光的偏振
（A）
玻璃门表面的 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， 使玻璃门内的 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的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。
大学物理偏振
大学物理偏振在大学物理的广袤知识海洋中，偏振现象是一个引人入胜且具有重要实际应用的领域。
当我们谈到光的偏振，可能会觉得这是一个有些抽象和难以捉摸的概念，但其实它就在我们的日常生活中无处不在，从太阳镜的工作原理到 3D 电影的神奇效果，都离不开偏振的身影。
偏振，简单来说，就是指光振动方向的特性。
光是一种电磁波，它的电场和磁场振动方向相互垂直，并且与光的传播方向垂直。
在普通的自然光中，光的振动方向是随机的，各个方向都有。
然而，当光通过某些特殊的材料或装置后，它的振动方向会被限制在某个特定的方向上，这就产生了偏振光。
想象一下，你站在一条繁忙的街道上，周围的光线来自各个方向，这就是自然光。
但是，如果你戴上一副偏振太阳镜，情况就会发生变化。
太阳镜中的偏振片只允许特定方向振动的光通过，从而有效地减少了来自水面、路面等反射的强光，让你看得更清晰、更舒适。
这是因为反射光往往具有较强的偏振特性，偏振太阳镜就像一个“过滤器”，把这些不想要的偏振光挡在了外面。
在科学研究和工业生产中，偏振也有着广泛的应用。
例如，在化学分析中，偏振光可以用来检测某些分子的结构和性质。
通过测量物质对偏振光的旋转角度，可以推断出分子的构型和化学键的信息。
在通信领域，偏振复用技术可以在一根光纤中同时传输多个偏振态的光信号，大大提高了通信的容量和效率。
那么，如何产生偏振光呢？常见的方法有反射和折射、双折射、散射以及偏振片等。
当光在两种介质的界面上反射时，反射光往往会成为部分偏振光。
而通过特殊的晶体，如方解石，由于其双折射性质，可以将一束入射光分解为两束偏振方向相互垂直的偏振光。
散射也可以产生偏振光，比如蓝天中的散射光就有一定程度的偏振。
偏振片则是一种人工制造的材料，它内部的分子排列具有一定的方向性，能够选择性地透过特定偏振方向的光。
接下来，让我们深入了解一下偏振的一些重要概念和特性。
首先是偏振态，常见的偏振态有线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向固定在一个直线上，圆偏振光和椭圆偏振光的振动方向则随着时间不断变化，但它们的电场矢量端点的轨迹分别是圆和椭圆。
【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
大学物理偏振
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
10
四、偏振度（degree of polarization） 偏振度：
P
Ip It
Ip 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
52
方解石的光轴
53
4、主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面 叫该束光的主平面。
o光的 主平面
· · · ·
e光的 主平面 光轴
e光
光轴
o光
54
二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体 z 光轴 晶体的各 Ca 光矢量 E 平行于光轴时， 向异性： 介电常数为 z CaCO
自然光斜入射
sin i c no voΔt sin o vo
sin i c ne sin e ve
· · · · c Δ t i · · · ·
re
r0
vot vet 点波源
veΔt
o
· 晶体 · · · o
e e
光轴
在这种特殊的情况下，对e 光也可以用 折射定律。
58
28
一、双折射的概念
1、双折射： 一束光入 i n1 射到各向异性介质时， n2 折射光分成两束的现象。 (各向异 r
性介质)
o
自然光
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
n1 sin i n2 sin ro sin i e光 ： 一般不遵从折射定律 const . sin re
表示法：
· ·
平行板面的 光振动较强
· ·· ·· ·
垂直板面的 光振动较强
10
四、偏振度（degree of polarization） 偏振度：
P
Ip It
Ip 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
52
方解石的光轴
53
4、主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面 叫该束光的主平面。
o光的 主平面
· · · ·
e光的 主平面 光轴
e光
光轴
o光
54
二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体 z 光轴 晶体的各 Ca 光矢量 E 平行于光轴时， 向异性： 介电常数为 z CaCO
自然光斜入射
sin i c no voΔt sin o vo
sin i c ne sin e ve
· · · · c Δ t i · · · ·
re
r0
vot vet 点波源
veΔt
o
· 晶体 · · · o
e e
光轴
在这种特殊的情况下，对e 光也可以用 折射定律。
58
28
一、双折射的概念
1、双折射： 一束光入 i n1 射到各向异性介质时， n2 折射光分成两束的现象。 (各向异 r
性介质)
o
自然光
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
n1 sin i n2 sin ro sin i e光 ： 一般不遵从折射定律 const . sin re
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20光的偏振
I I0 cos
2
例、已知自然光通过两个偏振化方向相交60°的偏振
片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一 偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方 向均夹30°角，则透射光强为多少？
解：
Io
I
Io 2
I1
1 I 4
I1 I cos2 I cos2 60
折射光线的偏振态. . i
空气
. i
i0
n
无反射光
.i0
i0
二. 由折射获得偏振光
玻璃片堆法:
玻璃片堆
从玻璃片堆透射出来的折射光几乎为线偏振光, 其 振动面平行于入射面. ib n1 r n1 n2 n2
n2 tanib n1
n1 tanr n2
在任一面上的入射角均为布 儒斯特角。
[例]:如图, 已知 i0 = arctg n, i ≠i0 , 试画出反射光线和
1
P2
解： 光强经P1后小于0.5I0，说明 偏振片有吸收。
0.32I 0 透过率为 0.64 I0 0.5I 0
0.32I0
I =？
由马吕斯定律，通过P2后的出射光强为
I I1 cos2 0.64 0.32I0 cos2 30 0.15I0
考虑偏振片的吸收，马吕斯定律：
ib
ib 90
sin ib sin ib sin ib n2 tan ib cos ib cos( 90 ) sin n1
布儒斯特角 (起偏角)：
n2 称布儒斯特定律. ib arctan n1
n2 ib arctan n1
n1 =1.00 (空气)， 空气 → 玻璃 ib 5618 互余 n2 =1.50 (玻璃)， 玻璃 → 空气 ib 3342
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。
大学物理光的偏振
1、双折射中的速度特征
o光在各个方向上的传播速度相同： e光在各方向上的传播速度不相同：
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光，表示为
例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
*
§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。
有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动 光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即 纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。
光的偏振现象则清楚地显示了光的横波性。
• 光的偏振也是肯定光是电磁波的根据之一。
• 由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。
*
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。
晶体中有两种主平面，即o光和e光的主平面。
o光的振动方向垂直于自己的主平面； e光的振动方向平行于自己的主平面。
*
4、主截面
如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。
01
若入射面为主截面，则o光、е光的主平面重合，此时ο、 е光的振动方向互相垂直。
当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。
如果将光束正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。
2、寻常光（o光）和非寻常光（e光）
在两折射光束中 有一束光遵守普通的折射定律，称为寻常光(o光)。
不管入射光束方位如何，o光总在入射面内。
o光在各个方向上的传播速度相同： e光在各方向上的传播速度不相同：
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光，表示为
例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
*
§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。
有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动 光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。
沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即 纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。
光的偏振现象则清楚地显示了光的横波性。
• 光的偏振也是肯定光是电磁波的根据之一。
• 由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。
*
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。
晶体中有两种主平面，即o光和e光的主平面。
o光的振动方向垂直于自己的主平面； e光的振动方向平行于自己的主平面。
*
4、主截面
如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。
01
若入射面为主截面，则o光、е光的主平面重合，此时ο、 е光的振动方向互相垂直。
当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。
如果将光束正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。
2、寻常光（o光）和非寻常光（e光）
在两折射光束中 有一束光遵守普通的折射定律，称为寻常光(o光)。
不管入射光束方位如何，o光总在入射面内。
大学物理偏振光实验报告
大学物理偏振光实验报告一、实验目的1、观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解。
2、掌握偏振片的起偏和检偏原理，学会用马吕斯定律测量偏振光的强度。
3、了解 1/4 波片的作用，测量线偏振光通过 1/4 波片后的偏振状态。
二、实验原理1、偏振光的基本概念自然光：在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量的振幅都相等。
线偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。
部分偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量在某一方向上的振动较强，而在与之垂直的方向上振动较弱。
2、偏振片起偏：偏振片只允许某一方向的光振动通过，而吸收与之垂直方向的光振动，从而将自然光变成线偏振光。
检偏：通过旋转检偏器，可以观察到透过光的强度发生变化。
3、马吕斯定律当一束强度为 I₀的线偏振光通过检偏器后，其强度 I 为：I ＝I₀cos²θ，其中θ 为线偏振光的振动方向与检偏器透光轴方向的夹角。
4、 1/4 波片作用：当线偏振光垂直入射到 1/4 波片上时，出射光可能成为椭圆偏振光或圆偏振光。
若入射光振动方向与波片光轴夹角为 45°，则出射光为圆偏振光；若夹角不为 45°，则出射光为椭圆偏振光。
三、实验仪器1、光源（钠光灯）2、两个偏振片3、 1/4 波片4、光具座5、光电探测器四、实验内容及步骤1、观察自然光和偏振光打开钠光灯，让光直接照射到光屏上，观察光的强度和特点，此时为自然光。
在光路中插入一个偏振片，旋转偏振片，观察光屏上光强的变化，此时得到线偏振光。
2、验证马吕斯定律将两个偏振片安装在光具座上，使它们的透光轴相互平行，此时透过第二个偏振片的光强最大。
旋转第二个偏振片，每隔 10°记录一次透过光的强度，计算出 I/I₀的值，并与cos²θ 进行比较。
3、观察线偏振光通过 1/4 波片后的偏振状态让线偏振光垂直入射到 1/4 波片上，旋转 1/4 波片，观察透过光的强度和偏振状态的变化。
大学物理光的偏振课件
步骤3
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。
感谢您的观看
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。
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
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疗效果。
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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。
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3
横波还是纵波？如何设计实验判断?
只有横波才有，纵波没有。
电E磁波y是横波如何设计实验判断? B E c
H
z
x
4
金属丝
吸收电场E 线栅起偏器
放过电场E
光也是电磁波，是横波
实 用 的 光 学 线 栅 起 偏 器 ： 偏 振 片 ， 1928 年 19 岁 的美国大学生 ND发明硫酸碘奎宁蒸镀 的晶片上。现在常用聚乙烯链沾碘分子
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
纸面
双
折 光光
射
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 光光
射
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
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
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
纸面
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
自然光的表示法： · · ·
9
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：
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。
18
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
光矢量垂直于光轴时，
O
介电常数为 x , y
x= y z,
v 1 1
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，
介电常数就不同，光的传播速度也就不同。
55
o光：························vot
e光：
光轴
no
c vo
no ，ne 称为 晶体的主折射率
vot
sin o
c vo
no
sini c
sin e ve ne
····i ···· cΔt
vvoeΔΔtt
r0
·r·e
oe
光轴
··晶体
oe
在这种特殊的情况下，对e 光也可以用 折射定律。
58
3、光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射
·· ··
晶体
光 轴
··· ···
o eo e
··
光
· ·
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，
相位差不等于 0， y
相位差 /2或3 /2
/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。
·
8
二、完全非偏振光自然光（natural light）
纸面
双 折
光 光
射
方解石 晶体
结束 返回
3、晶体的光轴（optical axis of crystal） 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）的光轴：由
钝顶角引出的与三个棱边成等角的方向就是 光轴。
光轴是一个特殊的方向，凡平行于此方向的 直线均为光轴。 单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石。 双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云毋。
52
方解石的光轴
53
4、主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面
叫该束光的主平面。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
54
二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体
晶体的各
z 光轴
Ca
光矢量 E平行于光轴时，
向异性：
CaCO3
C
介电常数为 z
轴 ·· 方解石
oe
这正是前面演示的情形。
59
回忆
o 相互垂直的两个同频率简谐振动的合成过程
x =A1cos( t+ 1) ， y =A2cos( t+ 2)
消去t 得：
x2 A12
y2 A22
2
x A1
y A2
cos
sin 2
位相差: 2 1
60
= 0
位相差 取各种值的情况
= /4
= /2
= 3/4
=
= 5/4
= 3/2 = 7/4
=0, ： 轨迹为直线 = /2, 3/2： 轨迹为正椭圆或园 = 其它值： 轨迹为椭圆
年轻真好！！！！
5
§5.1 光的偏振状态 光矢量垂直于传播方向 一、完全偏振光
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
Ex E cos
E y E sin
线偏振光表示法：···· · 光振动垂直板面
光轴 线偏振光
12
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）
I0
P I
I
1 2
I0
E0 P
I0
E
2 0
,
I
E
2
E
2 0
cos
2
E = E0cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
Imax
e光 ： 一般不遵从折射定律 sini const .
si n re
e光折射线也不一定在入射面内。
29
e
··· o ···
方解石
e 以入射方向为 o 轴旋转方解石
方解石
偏
振 片
双折射的两
束光振动方
向相互垂直
30
当方解石晶体旋转时，o 光的像不动，
e光的像围绕 o 光的像旋转。
e光的像
纸面
24
§5.4 双折射（birefringence）现象 双折射会映射出双像
28
一、双折射的概念
自然光
1、双折射： 一束光入 射到各向异性介质时，
折射光分成两束的现象。
n1 n2
(各向异 性介质)
i ro
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
o光 ： 遵从折射定律 n1 sini n2 sinro
20
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21
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
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
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
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。
15
16
17
§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
光振动平行板面
6
2、圆偏振光（circularly polarized light） 椭圆偏振光（elliptically polarized light）
右旋圆 偏振光
y
观测
y
E
x
0
右旋椭圆 偏振光
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
7
圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
纸面
双 折
光光
射
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
光光
射
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
光 光
射
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
光 光
射
方解石 晶体
横波还是纵波？如何设计实验判断?
只有横波才有，纵波没有。
电E磁波y是横波如何设计实验判断? B E c
H
z
x
4
金属丝
吸收电场E 线栅起偏器
放过电场E
光也是电磁波，是横波
实 用 的 光 学 线 栅 起 偏 器 ： 偏 振 片 ， 1928 年 19 岁 的美国大学生 ND发明硫酸碘奎宁蒸镀 的晶片上。现在常用聚乙烯链沾碘分子
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
纸面
双
折 光光
射
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 光光
射
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
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
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
纸面
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
自然光的表示法： · · ·
9
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：
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。
18
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
光矢量垂直于光轴时，
O
介电常数为 x , y
x= y z,
v 1 1
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同，
介电常数就不同，光的传播速度也就不同。
55
o光：························vot
e光：
光轴
no
c vo
no ，ne 称为 晶体的主折射率
vot
sin o
c vo
no
sini c
sin e ve ne
····i ···· cΔt
vvoeΔΔtt
r0
·r·e
oe
光轴
··晶体
oe
在这种特殊的情况下，对e 光也可以用 折射定律。
58
3、光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射
·· ··
晶体
光 轴
··· ···
o eo e
··
光
· ·
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，
相位差不等于 0， y
相位差 /2或3 /2
/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。
·
8
二、完全非偏振光自然光（natural light）
纸面
双 折
光 光
射
方解石 晶体
结束 返回
3、晶体的光轴（optical axis of crystal） 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）的光轴：由
钝顶角引出的与三个棱边成等角的方向就是 光轴。
光轴是一个特殊的方向，凡平行于此方向的 直线均为光轴。 单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石。 双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云毋。
52
方解石的光轴
53
4、主平面（principal plane） 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面
叫该束光的主平面。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
54
二、晶体的主折射率，正晶体、负晶体
晶体的各
z 光轴
Ca
光矢量 E平行于光轴时，
向异性：
CaCO3
C
介电常数为 z
轴 ·· 方解石
oe
这正是前面演示的情形。
59
回忆
o 相互垂直的两个同频率简谐振动的合成过程
x =A1cos( t+ 1) ， y =A2cos( t+ 2)
消去t 得：
x2 A12
y2 A22
2
x A1
y A2
cos
sin 2
位相差: 2 1
60
= 0
位相差 取各种值的情况
= /4
= /2
= 3/4
=
= 5/4
= 3/2 = 7/4
=0, ： 轨迹为直线 = /2, 3/2： 轨迹为正椭圆或园 = 其它值： 轨迹为椭圆
年轻真好！！！！
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§5.1 光的偏振状态 光矢量垂直于传播方向 一、完全偏振光
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
Ex E cos
E y E sin
线偏振光表示法：···· · 光振动垂直板面
光轴 线偏振光
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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）
I0
P I
I
1 2
I0
E0 P
I0
E
2 0
,
I
E
2
E
2 0
cos
2
E = E0cos
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
Imax
e光 ： 一般不遵从折射定律 sini const .
si n re
e光折射线也不一定在入射面内。
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e
··· o ···
方解石
e 以入射方向为 o 轴旋转方解石
方解石
偏
振 片
双折射的两
束光振动方
向相互垂直
30
当方解石晶体旋转时，o 光的像不动，
e光的像围绕 o 光的像旋转。
e光的像
纸面
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§5.4 双折射（birefringence）现象 双折射会映射出双像
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一、双折射的概念
自然光
1、双折射： 一束光入 射到各向异性介质时，
折射光分成两束的现象。
n1 n2
(各向异 性介质)
i ro
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
o光 ： 遵从折射定律 n1 sini n2 sinro
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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21
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
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
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
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。
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§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
光振动平行板面
6
2、圆偏振光（circularly polarized light） 椭圆偏振光（elliptically polarized light）
右旋圆 偏振光
y
观测
y
E
x
0
右旋椭圆 偏振光
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
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圆和椭圆偏振光可看成是两束频率相同、
纸面
双 折
光光
射
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
光光
射
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
光 光
射
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
光 光
射
方解石 晶体