偏振光简述
偏振光物理专业名词解释
偏振光物理专业名词解释
偏振光是指光的振动方向有一定的偏向性的光。
在线性偏振光中，光的振动方向偏向一个特定的方向，而在圆偏振光中，光的振动方向会在一个圆周上旋转。
偏振光有许多应用，包括液晶显示器、光纤通信和光学显微镜。
在这些应用中，偏振光的特性被用来控制光的传播方向和强度。
偏振光的振动方向可以通过使用偏振片来控制。
偏振片是一种可以改变光的振动方向的物体。
常见的偏振片包括偏振滤光片和偏振分束器。
偏振光的振动方向也可以通过反射或折射来改变。
例如，当偏振光经过一块水晶时，其中的某些分量会被反射，而另一些分量会被折射。
这种现象被称为偏振折射。
偏振光还可以通过旋转来改变振动方向。
这种现象被称为偏振旋转。
例如，偏振旋转片是一种常用的偏振光控制装置，它可以旋转光的振动方向。
总之，偏振光是指光的振动方向有一定的偏向性的光，它在许多领域有广泛的应用，并且可通过使用偏振片、反射或折射、以及旋转来控制光的振动方向。
在偏振光学中，还有许多其他术语值得注意。
例如：
•偏振状态：描述偏振光的振动方向的状态。
•偏振平面：偏振光的振动方向所在的平面。
•偏振角：描述偏振光的振动方向与某个参考方向之间的夹角。
•偏振转换：改变偏振光的振动方向的过程。
•偏振解调器：用于把偏振光解调成非偏振光的装置。
这些术语都是在研究偏振光时经常使用的，了解它们对于理解偏振光学是很有帮助的。
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。
偏振光的基本概念和在光学中的重要地位
偏振光的基本概念和在光学中的重要地位1.引言1.1 概述概述：偏振光是一种特殊的光波，它具有特定的振动方向。
与普通光相比，偏振光的振动方向固定，并且在空间中呈现出明确的偏振状态。
这种特殊的光波在光学领域中起着至关重要的作用，并广泛应用于光学实验和光学器件中。
本文将介绍偏振光的基本概念以及它在光学中的重要地位。
首先，我们将讨论偏振光的定义和性质，包括它的振动方向、偏振态和相位差等方面的特征。
我们还将深入探讨偏振光的产生机制，包括介质的作用和光的传播方向等因素对偏振态的影响。
接下来，本文将详细介绍偏振光在光学实验中的应用。
偏振光的唯一振动方向使得它可以用于测量光的传播方向、检测材料的光学性质以及研究光与物质相互作用等方面。
我们将重点介绍使用偏振光进行光学实验的方法和技术，并探讨它们在科学研究和实际应用中的意义。
此外，本文还将探讨偏振光在光学器件中的重要应用。
偏振光的特性可以被用来设计和制造各种光学器件，如偏振片、偏振分束器和偏振旋转器等。
这些器件可以调节和操控光的偏振状态，从而实现更加精密和复杂的光学功能。
我们将介绍它们的工作原理以及在通信、显像和光学传感等方面的应用。
最后，本文将对以上内容进行总结，并对未来偏振光研究的发展方向进行展望。
偏振光作为一种重要的光学现象，其潜在应用和研究价值无处不在。
通过深入理解和探索偏振光的基本概念和在光学中的重要地位，我们可以进一步推动光学技术的发展，为人类社会的各个领域带来更多创新和突破。
1.2 文章结构文章结构部分的内容如下：本文主要分为引言、正文和结论三部分。
引言部分包括概述、文章结构和目的。
在概述中，我们将简要介绍偏振光的基本概念和其在光学中的重要地位。
文章的结构将按照引言、正文和结论的顺序进行组织，这样可以使读者更好地了解文章的整体内容和逻辑结构。
文章的目的是通过深入探讨偏振光的基本概念和在光学中的重要地位，来增强读者对光学领域的理解和认识。
正文部分主要包括偏振光的基本概念和偏振光在光学中的重要地位。
偏振光
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。
浅谈偏振光的原理与应用
浅谈偏振光的原理与应用1. 偏振光的基本概念偏振光是指在某一方向上振动的光波，它的振动方向与传播方向垂直。
光的偏振性质对于许多光学应用至关重要，因为它可以用来改变或控制光的性质。
在这篇文章中，我们将介绍偏振光的原理和它的一些常见应用。
2. 偏振光的产生偏振光可以通过各种方法产生，其中最常见的方法是使用偏振片。
偏振片是由一连串平行的分子链构成的，这些链只允许特定方向上的光通过。
当光线垂直于偏振片的分子链时，光被完全阻挡，当光线平行于分子链时，光可以通过偏振片。
另一种产生偏振光的方法是使用偏振滤波器。
偏振滤波器通过选择特定方向上的光来改变光的偏振状态。
例如，线偏振滤波器只允许振动在特定方向的光通过，而将垂直方向的光滤除。
3. 偏振光的传播偏振光在传播过程中会发生许多有趣的现象。
其中最重要的现象之一是偏振光的方向可以旋转。
这种现象被称为光学旋光现象。
光学旋光通常是由光通过具有旋光性质的材料而引起的。
该材料对于不同方向上的偏振光有不同的光学活性，从而导致光的旋转。
偏振光还可以通过其他介质进行传播，如液晶。
液晶是一种具有特殊分子结构的材料，通过控制液晶中分子的排列方向，可以改变光的偏振状态。
这使得液晶在显示器等技术中得到广泛应用。
4. 偏振光的应用偏振光在许多领域中都有广泛的应用。
以下是其中几个典型应用的介绍：4.1 偏振光显微镜偏振光显微镜是一种利用偏振光原理的显微镜。
它可以通过检测样品中的偏振光来观察样品的特殊结构或材料的偏振性质。
这种显微镜在材料科学、生物学和地质学等领域中被广泛使用。
4.2 偏振光滤波器偏振光滤波器是一种光学器件，它可以选择性地通过或屏蔽特定方向上的偏振光。
这种滤波器可以用于光学仪器的设计，以控制光的偏振性质。
在摄影、照明和制造等领域中，偏振光滤波器也有着广泛的应用。
4.3 偏振光传感器偏振光传感器是一种可以测量光的偏振状态的器件。
它可以用于环境检测、光通信和生物医学等领域。
通过测量光的偏振状态，这种传感器可以提供有关样品或环境中的物质特性的信息。
偏振光
• 射面和下面的平行时，则可从上面玻璃见到反射光。但如 上下玻璃的入射面互相垂直，由于垂直第一块入射面的偏 振成为平行第二块入射面的偏振，不能被反射，观察者虽 随第二块转90°角,亦看不到反射光，得黑视场。这里下 面一块称起偏镜，上面一块称检偏镜。只要能产生偏振光 的一对器件，都可以达到起偏与检偏作用。这偏光镜虽简 单，但入射光与出射光不在一条直线上，使用不便。如利 用一堆玻璃片,使入射角也是iP。由于经多片玻璃反射，透 射光接近偏振光，而且与入射光在同一个方向上，很方便。 所用的玻璃堆片每片的质量要好，表面平，光洁度好，以 减少杂散光。
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
• ②索累补偿器 • 是由两个光轴平行的石英楔板和一个光轴垂直于 两楔板光轴的石英平行平面板组成的复合棱镜。 上楔板可由微动螺旋使其本身作平行的移动。当 上楔板这样移动时，两楔板的总厚度可连续改变。 当两楔板的总厚度等于下面石英平行平面板的厚 度时，穿过补偿器的o光和e光之间位相差为零。 由改变两楔板总厚度与石英平行平面板厚度之差 即可得到较宽截面上有相同位相差的光束。
分类
• 线偏振光
• 部分偏振光 • 椭圆偏振光 • 圆偏振光
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， 这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。
• 得到方式：在透明媒质界面上的折射和反射 • 让自然光以偏化角入射在二种不同透明媒质的界 面时，可得完全偏振的反射光与部分偏振的透射 光。以空气与玻璃为例，根据菲涅耳公式（见光 在分界面上的折射和反射），此偏化角(布儒斯特 角)为iP=arctgn。如n=1.5,iP=57°。最简单产生 与检查偏振光的偏振镜是用安置两块玻璃。最好 用黑色玻璃，或用一般玻璃，反面磨毛涂黑，以 吸收透射光及阻挡从玻璃后面射来的光。自然光 先以iP角射向下面一块玻璃，产生偏振垂直入射 面的反射光射向第二块玻璃。当上面的玻璃的入
偏振光的产生和检测
偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。
与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。
偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。
此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。
一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。
由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。
2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。
偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。
当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。
当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。
椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。
二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。
当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。
通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。
2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。
当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。
通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。
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。
偏振光
- 右旋光 + 左旋光
右旋椭圆偏振光（ 顺时针转，负晶体，y 振动超前） 旋椭圆偏振光（ 顺时针转， 晶体， 振动超前）
∆ϕ = kπ
2α
δ =0
π 4 π 2 3π π 4
k = 1,2,L
为直线
π
∆ ϕ ≠ kπ
为椭圆
∆ϕ = (2k + 1)
π
5π π 4
π
2
3π π
7π π
2
5
2π
为正椭圆
A
C
A1 A2 e = A1 sin α cos α = sin 2α 2
α
θ
θ
α
B
I ⊥ = A + A − 2 A2e A2o cos ∆ϕ
2 2e
2 1
2 2o
A 2 2 2 2பைடு நூலகம்∆ϕ (1 − cos ∆ϕ ) sin 2α = A1 sin 2α sin = 2 2
2. A, B 两偏振片的偏振化方向平行放置
Z e光 光 o光 光 Z o光 光 e光 光
用方解石切割成正三角形截面的棱镜,自然光以 例题 用方解石切割成正三角形截面的棱镜 自然光以 i 角入射,定性画出 定性画出o光 光的振动方向 传播方向. 光的振动方向,传播方向 角入射 定性画出 光、e光的振动方向 传播方向 负晶体——垂直 光轴方向 v e> vo 解：方解石——负晶体 方解石 负晶体 垂直
理解：一个右旋正椭圆光相当于一个 理解：一个右旋正椭圆光相当于一个 一、三象限的线偏振光 右旋正椭圆光相当于 经过一个负晶体的1/4 波片（长轴与光轴夹角小于π/4）。而 波片（长轴与光轴夹角小于π ）。 ）。而 经过一个负晶体的 两个光轴平行的同类1/4波片相当于一个半波片 波片相当于一个半波片” “ 两个光轴平行的同类 波片相当于一个半波片”。
光的偏振与偏振光
光的偏振与偏振光光的偏振是指光波的振动方向。
光波是一种横波，振动方向垂直于波的传播方向。
偏振光则是指光波中仅具有特定方向振动的光。
1. 偏振光的产生光的自然光是无偏振状态的光，其中的光波振动方向呈无规律分布。
要产生偏振光，需要经过特定的装置来选择性地将振动方向进行约束。
2. 偏振器偏振器是一种能够选择性透过特定偏振方向的光的装置。
常见的偏振器包括偏振片和偏振镜。
偏振片是由有机或无机材料制成的，当光线垂直于偏振片的主轴方向传播时，光的强度最大；而光线平行于主轴方向传播时，光的强度最小。
偏振镜则是利用反射来实现偏振效果。
3. 偏振光的应用由于偏振光具有特定的振动方向，因此在许多领域中得到了广泛应用。
- 偏振光在光学显微镜中的应用：偏振光显微镜通过选择性地透过特定方向振动的光，可以增强对样品的细节观察，提高图像的对比度。
- 偏振光在液晶显示技术中的应用：液晶显示器利用偏振光与液晶分子的相互作用来控制光的传递和阻止，从而实现像素的控制和图像显示。
- 偏振光在光通信中的应用：光通信利用光作为信号的传输媒介，通过控制光的偏振状态来实现信息的编码和解码。
- 偏振光在光偏振显微成像中的应用：光偏振显微成像技术通过记录和分析物体对偏振光的旋转和偏振状态的变化，可以获得物体的不同性质和结构信息。
4. 光的偏振现象光的偏振现象具有许多有趣的性质和现象，其中包括：马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振现象在天体观测中的应用等。
总结：光的偏振与偏振光是光学领域中重要的概念和现象。
通过适当的装置和技术，我们可以选择性地产生和操控偏振光，从而应用于多个领域，如显微镜观察、液晶显示、光通信和光偏振显微成像等。
光偏振的研究和应用不仅扩展了我们对光的认识，也推动了科学技术的发展。
偏振光的介绍及其应用
本堂课小结
一、光的偏振态 自然光、线偏振光、 自然光、线偏振光、部分偏振光 二、线偏振光的获得 偏振片法、反射和折射法、 偏振片法、反射和折射法、双折射法 三、基本物理定律（光强变化） 基本物理定律（光强变化） tgi b = n 2 / n 1 1. 布儒斯特定律 布儒斯特定律: 2. 马吕斯定律 马吕斯定律:
下面我们介绍几种日常生活中应用偏振光的实例： 下面我们介绍几种日常生活中应用偏振光的实例： 1、汽车车灯 、
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯的眩 目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。如驾驶室 的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它们的偏振化方向 都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机从前窗只能看到自已的 车灯发出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间行驶时，即 不要熄灯，也不要减速，可以保证安全行车。
在垂直于光传播方向的平面内， 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量的振动状态有各种不 同的方式，称为光的偏振态。 同的方式，称为光的偏振态。
1、线偏振光 、 自然光; 自然光 偏振光 2、部分偏振光 、
1、线偏振光 （平面偏振光） 、 平面偏振光）
E
u
• • • •
2、自然光 、 X 自然光的特点: 自然光的特点 （1） 在垂直光线的平面内，光矢量沿各 ） 在垂直光线的平面内，
O光（寻常光）——遵守折射定律 寻常光） 遵守折射定律 e光（非常光）——不遵守折射定律 非常光） 不遵守折射定律
3、用反射和折射法获得偏振光 、
布儒斯特角
•
•
•i 1
••
••
线偏振光
ib
n2
•i 2 = 90 0
i2
光的偏振
一.偏振: E的振动方向对传播方向的不对称性。 1.线偏振光 2.自然光 3.部分偏振光 4.椭圆偏振光 圆偏振光
4、椭圆偏振光，圆偏振光
椭圆偏振光(elliptic polarization light) ：两个振动方 向垂直，频率相同，位相差 恒定的偏振光的迭加。 其光矢绕波线方向旋转，光矢的端点在垂直于传播 方向的平面内按椭圆旋转。 圆偏振光(circular polarization light)：两个振动方向 垂直，频率相同，振幅相同，位相差为 的偏振光 2 的迭加。其光矢绕传播方向按圆旋转。
由题意有
x x (1 x) 2( 0) 2 2
2 x 0.667 3
得
3x 1 2
物理竞赛书:P176 7.2.4 P187 7.2.29 例：如图，当波长为入的单色光垂直照射狭缝S时， 屏上干涉条纹的最大光强为I0，最小光强为0，现于 S缝后放一理想偏振片P，其透振方向与双缝中心连 线平行；再在S1和S2后各插一完全相同的半波片， 其一的光轴与双缝连线平行，另一的光轴与双缝连
物理竞赛书: P199 7.3.13
例:用旋转的检偏镜对某一单色光进行检偏,在旋转一
圈的过程中，发现从检偏镜出射的光强并无变化。 先让这一束光通过一块 波晶片，再通过旋转的检 4 偏镜检偏，则测得最大出射光强是最小出射光强的2 倍，问：入射的是什么偏振态的光，其中自然光光
强占总光强的百分之几？
关于马吕斯定律的练习
I I 0 cos
2
教材：下册书P140例1 习题: P167 11-6 P170 11-35 11-36 基训:P123 例1 例2 习题:A卷:一 6. 7. 三 4 B卷:一 7. 二 4 三 5.
15.1 偏振光概述
透振方向：允许通过光矢量振动的方向。
透振方向
入射光//透 振方向
·
通！ 不通！
入射光⊥透 振方向 优点：造价低廉；面积大，通光孔径大；轻便。
缺点：带有选择性吸收，使透射的偏振光带有颜色。
形象说明偏振片的原理
透振方向
3.3.马吕斯定律
六角形长对角 线方向为光轴 二向色性：某些各向异性晶体对不同 方向光振动具有选择吸收的性质 天然晶体中，电气石（六角形 片状）具有最强的二向色性 吸收很少 E∥光轴： 通过较多
线偏振 光出射
E
自然光 入射
E⊥光轴： 吸收较多 通过很少
1mm厚的电气石晶体可把垂直于光轴振动的光矢量全部吸收！
3.2.人造偏振片
45
0
例题：两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没
有光线透过。当其中一偏振片慢慢转动180 时透射光强度发 生的变化为: （A）光强单调增加； （B）光强先增加，后又减小至零； （C）光强先增加，后减小，再增加； （D）光强先增加，然后减小，再增加再减小至零。
P1
[ B ]
P
2
例题
通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由对 应透射光强最大的位置转过60º 时，其光强减为一 半，试求这束部分偏振光中的自然光和线偏振光 的强度之比以及光束的偏振度。 解：部分偏振光相当于自然光和线偏振光的叠加。 设自然光的强度为In， 线偏振光的强度为Ip，则部 分偏振光的强度为In＋Ip。 当偏振片处于使透射光强最大的位置时，其中的 线偏振光通过偏振片后的强度仍为Ip，而自然光透 过的强度为In /2。则透过的总光强为：
23
线偏光通过旋转的检偏器，有消光现象 检 偏
偏振光概述
qP
tg 1( n2 ) n1
反射光为线偏振光。振动 方向垂直于入射面。
• • • • •q1 n1 n2
q
,
1
•
q2
• •
•
•
透射光为部分线偏振光。
13
3）实例（Examples）：
qP
用玻璃片堆获得偏振光
14
ZnS(n2)
偏振分光镜
。
45
n3
制作
原理
n3
膜层厚度
冰晶石
(n1)
层数
15
19
实验演示
20
偏振光概述
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、
位相关系不确定的光矢量表示。
自然光 Natural light
1
2、偏振光（Polarized light）：
17
三. 马吕斯定律(Malus’ law)和 消光比(Extinction ratio)
起偏器（ Polarizer ）：用来产生偏振光的偏振器件。 检偏器（ Analyser ）：用来检验偏振光的偏振器件。
如果一入射线偏振光的电矢量 振动方向和检偏器的透光轴成 q 角，则通过检偏器之后的光 强 I 为：
A2 p A1 p
2sin q2 cosq1
sin(q1 q2 ) cos(q1 q2 )
式（2）（4）知： ts、t p恒为正，不发生位相变化。
12
2）布儒斯特定律( Brewster’s Law )
自然光投射到两种不同介质的分界面上时，若入射
偏振光
例 一束自然光入射到相互重叠的四块偏振片上，每块偏振片的 偏振化方向相对前面一块偏振片沿顺时针（迎着透射光看）转 过30º 角。问入射光中有百分之多少透过这组偏振片？
解：设入射光的光强为 I 0 ，透过第一、二、三、四块 片振偏后的光强分别为 I1, I 2 , I 3 , I 4。 则
I0 I1 , 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 . E E II I
x y x y
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 .
v
E
2、偏振光（线偏振光）
光振动只沿某一固定方向的光 . 符号表示 符号表示
E
振动面
v
3、部分偏振光
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 . 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 部分偏振光的分解
符号表示
二 偏振片 起偏与检偏
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 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时， 它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 .
I10 I 20 经过起偏器后光强分别为 和 . 2 2 I I 2 2 10 20 经过检偏器后 I1 cos 30 I 2 cos 60 2 2 I10 cos2 60 1 I1 I 2 2 I 20 cos 30 3
解 设两束单色自然光的强度分别为 I10 和 I 20 .
偏振光
注意
二互相垂直方向是任选的 . 符号表示
各光矢量间无固定的相位关系 .
偏振光的研究 偏振光（线偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .
E
振动面
符号表示
v
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
偏振光的研究 二 偏振片 起偏与检偏 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 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 . 偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时， 它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 .
电矢量E
0 至 椭圆偏振光 4
Ex 0 E y 0 , (m 1 ) 2 Ex 0 E y 0 自然光
圆偏振光
随时间改变
Ex 0 E y 0 部分偏振光
实际上，部分偏振光包含线偏振光与自然光。
偏振光的研究
一
自然光 偏振光
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 . 自然光以两互相垂直的互 v 为独立的 （无确定的相位关 系）振幅相等的光振动表示 , E 并各具有一半的振动能量 .
偏振光的研究
光轴
检偏器
4
波片
E Ex i Ey j eiwt [ Ex 0eikz i Ey 0ei ( kz ) j]
i j 式中，，分别为x,y方向之单位矢；为两分量之相位差。
x x
y E
y E
z(k) z(k)
偏振光的研究
偏振光的研究
偏振光
I 0 / 2 \ 900
一 自然光 非偏振光
一般光源发出的光， 自然光 ：一般光源发出的光，包含各 个方向的光矢量在所有可 能的方向上的振幅都相等 . v 注意 二互相垂直 互相垂直 方向是任选的 .
E
各光矢量间无固定的 相位关系 .
符号表示
偏振光（线偏振光） 偏振光（线偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .
E
符号表示
3. 光的偏振 (Polarization of light)
★
光的干涉、 光的干涉、衍射证明光的波动性
★光的偏振现象证明光是横波。 光的偏振现象证明光是横波。
光矢量的振动方向总和传播方向 垂直，这一基本特性称为光的偏振。 垂直，这一基本特性称为光的偏振。 ———光是横波 光是横波 光的各种偏振态：在垂直于传播方向的平面内 ★光的各种偏振态：在垂直于传播方向的平面内 光矢量的各种振动状态表明着光的各种 光矢量的各种振动状态表明着光的各种 偏振态。 偏振态。
起 偏
I0
偏
1 I0 2 偏振化方向
马吕斯定律（ 三 马吕斯定律（1880 年） I0 N M
起偏器 N M
E
检偏器
I
E0
E = E0 cosα
E0
E α
I E = 2 I 0 E0
I = I 0 cos α
2
2
马吕斯定律
平行放置， （2002）两块理想偏振片 1和P2平行放置，光强为 ）两块理想偏振片P 的自然光正入射到P 。 出射的光束光强为—— I0的自然光正入射到 1。从P1出射的光束光强为 ——。若此光束再经 2后完全消光，则P1和P2透光 。若此光束再经P 后完全消光， 轴之间夹角————。 轴之间夹角 。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
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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。
按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光、部分偏振光几种。
如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，因为振动的方向在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。
如果光波
电矢量随时间作有规则地改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播
方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。
如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。
自然光
光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。
通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。
完全偏振光
（a）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。
（b）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。
（c）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。
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
分布的，是非偏振光。
但是，光滑的非金属表面在一定角度下（称为布儒斯特角，与物质的折射率有关）反射形成的眩光是偏振光。
偏离了这个角度，就会有部分非偏振光混杂在偏振光里。
我们称这种光线为部分偏振光。
部分偏振光是有程度的。
偏离的角度越大，偏振光的成分越少，最终成为非偏振光。
七、应用
1、观看立体电影
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。
2、测量相关物理量
偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关。
测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化。
3、天空中的偏振光
传播于地球大气层的太阳光会因为被大气分子瑞利散射而使得散射光产生偏振，从天空中的散射光可以观察到这现象。
散射光在清晰的天空中会显得更明亮、更具色彩。
在天空中，与太阳照射的光束呈直角方向的位置，最容易观察到这偏振现象（偏振方向与太阳光方向、直角方向相垂直）。
这种具有部分偏振的散射光，假若使用起偏器，可以使得照片里的天空变得较黑，增加衬度；这样，可以改良照片的品质
出现在天空中的偏振光常被用来导航定向。
从九世纪至十一世纪间，维京人时常航行于北大西洋。
那时期，欧洲人尚未知道怎样使用磁罗盘，维京人主要是使用太阳与星星来导航定向，可是，在阴天，这方法无效。
学者猜测他们可能知道怎样使用一种称为「太阳石」的简单仪器，但这争议性理论尚未被证实。
1950年代，运输飞机航行在地磁极附近时，由于无法使用磁罗盘，假若无法看到太阳或星星时
（例如，在阴天或黄昏），时常会使用「天空罗盘」来导航。
这仪器是一种很精致的偏光仪，可以用来观测天空中的偏振光。
十九世纪后期，查理斯·惠斯通发明了偏振钟。
这也是一种偏光仪，可以用来计时。
根据惠斯通，偏振钟比日晷的优点更多。
4、椭圆偏振测量术
椭圆偏振测量术是一种用途极广的技术，可用来测量均匀表面的光学性质；简略描述其程序，就是在均匀表面做镜面反射后，测量光波的偏振态的改变；通常这函数的参数为入射角与波长。
由于椭圆偏振测量术倚赖反射机制，样品不需要具有透明性质，探测仪器也不需要从样品背部测量透射光的辐照度，这技术还可以应用于吸光度极高的物质，并且不具有破坏性，只需要很少量的样品就可以做测量。
椭圆偏振测量术也可以用来测量薄膜的复折射率与厚度。
应用椭圆偏振技术，照射光束于薄膜样品，然后分析反射光的偏振改变，即可估算复数折射率或介电函数张量，以此获得基本的物理参数，这包括表面粗糙度、晶体质量、化学成分或导电性。
它常被用来鉴定单层或多层堆叠的薄膜厚度，可量测厚度由数Å到几微米，甚至小至一个单原子层，并且准确性极高。
八、总结
随着人们对光的偏振现象的不断加深了解，其广泛用途也不断突显，广宇偏振现象的研究越来越广泛。
牛顿环的偏振态研究，单模光纤偏振态的测试，椭圆偏振技术的研究，分光偏振技术的研究等等其应用已经深入到各个领域。
当然偏振态的变化也会给我们的生活工作带来不便，例如现在正在研究的一种新型液晶退偏振器就是为了消除入射光的偏振态变化对相干系统的负面影响。
它是利用液晶随着液晶分子取向的偏转，光沿z轴传播的折射率n发生变化的特性，可通过改变外加电压可以任意控制液晶各点的偏振态从而能够实现任意偏振输出。
由于偏振现象的普遍存在，各方面的研究也将不断深入，我相信偏振现象的研究将会有更辉煌的发展。