第 九 章 物理光学3(偏振)
物理光学知识点总结
电磁波模型
• 1.空间周期性、时间周期性 • 2.定态光波 • 3.相位、振幅、相速度、电矢矢量量（光矢矢量量）、波矢矢、波
面面、波前、波前函数（波函数）、光程差与相位差、 复振幅、光通量量、光强 • 4.波前函数的表达式：余弦式、复振幅式 • 不不同表达式对于相位超前或滞后的描述不不同 • 5.平面面波、球面面波 • 6.傍轴条件、远场条件 • 7.光的偏振态：5种
• 1.根据波列列传播的路路径求出光程，可得到波前（即接收屏 幕）上的波前函数的相位
• 2.根据光程差确定干干涉相⻓长或干干涉相消的条件，这一一方方法 适用用于光源位置确定的情况
• 3.根据相位差确定干干涉相⻓长或干干涉相消的条件，这一一方方法 适用用于平面面波的情况
• 4.对于有反射的情形，要考虑是否存在半波损失 • 5.针对具体的干干涉装置，有不不同的相位差或光程差表达式
叠加原理理的基本物理理结果
• 1.两列列定态相干干光波的叠加
∫ •
I=1 τ
τ 0
A2dt
=
A12
2.相干干叠加的干干涉项
+
A22 + 2 A1A2 cos Δϕ
2A1 A2 cos Δϕ
• 3.非非相干干叠加
• 正交电矢矢量量的叠加
• 两列列不不同频率单色色光的叠加：光学拍
• 非非单色色光的叠加：波包，群速度
近轴条件下成像的基本关系
• 1.符号约定 • 2.物距、像距、焦距、焦平面面、光焦度 • 3.单个ns折ʹʹ +射ns =球nʹ面r−面n的= Φ物象关sfʹʹ 系+ sf（= 1高高斯公式） • 4.薄透镜的sf物ʹʹ + 象sf =关1 系（xx高ʹ 高=斯ffyʹ公ʹ 式ns、ʹ 牛牛顿公式yʹ） sʹ • 5.横向放大大率 折射面面、透镜 y = − nʹs 反射镜 y = − s • 6.共轭光线：同一一条物方方像方方光线
物理光学的偏振现象
物理光学的偏振现象物理光学是研究光的本质和光与物质相互作用的学科。
在物理光学中，偏振现象是一个重要的研究内容。
本文将介绍物理光学中的偏振现象，包括偏光、偏振光、偏振片和偏振现象的应用等方面。
一、偏振与偏光偏振是指光波沿特定方向传播的现象。
在自然光中，光波的电场矢量沿各个方向振动，其方向和振动平面是随机分布的。
但是，当光波通过某些介质或受到特定条件下的干扰时，光波的电场矢量会被限制在特定的方向上振动，这种光波就被称为偏振光。
偏光是指只有一个固定方向的偏振光。
这种光波的电场矢量沿着一个平面上的特定方向振动，可以通过适当的器材（如偏振片）来选择、调整和分析偏光光束。
二、偏振方向和偏振片光的偏振方向是指光波的电场矢量振动的方向。
偏振片是一种特殊的光学元件，可以使得只有特定方向的光通过，而其它方向的光则被滤除或吸收。
偏振片的工作原理是基于偏振光波的振动方向与偏振片的晶格结构之间的关系。
当光波的振动方向与偏振片的晶格结构方向一致时，光可以通过偏振片；而当两者的方向垂直时，光会受到阻挡。
偏振片广泛应用于各个领域，包括摄影、光学仪器、液晶显示器等。
它们能够改变光的偏振状态，用来分析和控制光波的特性，也被用来制造偏振滤光器和偏振镜等光学器件。
三、偏振现象的应用偏振现象在很多领域都有重要的应用。
以下列举了几个常见的例子：1. 偏振光显微镜：偏振光显微镜利用光的偏振现象，可以观察物质的结构和组成。
通过对样品中偏振光的传播和旋转状态进行观察和分析，可以获取有关样品的更多信息。
2. 光通信：偏振光在光纤通信中起到至关重要的作用。
利用光纤的传输特性和偏振控制技术，可以实现高速、高容量的光通信系统。
3. 护目镜：偏振片广泛应用于护目镜、太阳镜等眼镜制品中。
它们能够过滤掉来自某些方向的强光，减少眼睛的疲劳和眩光。
4. 3D电影和3D显示技术：偏振技术在3D电影和3D显示中起到重要的作用。
通过分别使用两个偏振光方向的光源和偏振眼镜，可以实现立体的视觉效果。
新人教版九年级上册物理原版高清电子课本(全册)
新人教版九年级上册物理原版高清电子课本(全册)课本简介新人教版九年级上册物理原版高清电子课本是根据我国教育部颁布的九年级物理教学大纲编写的，旨在帮助学生掌握物理学的基本概念、原理和规律，培养学生的科学素养和实验技能。
本册课本内容涵盖了力学、热学、光学、电学等多个物理学领域，适用于九年级上学期的物理课程教学。
课本目录1. 第一章测量初步1.1 长度的测量1.2 质量的测量1.3 时间的测量2. 第二章简单的运动2.1 绪言2.2 直线运动2.3 曲线运动2.4 相对运动3. 第三章力与运动3.1 力3.2 重力3.3 摩擦力3.4 二力平衡3.5 牛顿运动定律4. 第四章压强与浮力4.1 压强4.2 流体压强与流速的关系4.3 浮力4.4 阿基米德原理5. 第五章热量与能量5.1 热量5.2 比热容5.3 热量传递5.4 能量6. 第六章电与磁6.1 静电现象6.2 电流与电路6.3 欧姆定律6.4 磁现象7. 第七章现代通信技术7.1 绪言7.2 电话通信7.3 无线通信7.4 网络通信教学目标1. 掌握基本的物理量和测量方法，了解时间、长度、质量的测量原理及方法。
2. 理解直线运动、曲线运动和相对运动的概念，掌握运动的基本规律。
3. 认识力与运动的关系，掌握重力、摩擦力、二力平衡和牛顿运动定律的基本内容。
4. 理解压强、浮力的概念，掌握阿基米德原理及其应用。
5. 掌握热量、比热容的概念，了解热量传递的原理。
6. 认识电与磁的基本现象，了解电流、电路、欧姆定律的相关知识。
7. 了解现代通信技术的基本原理，掌握电话通信、无线通信和网络通信的基本知识。
教学建议1. 注重实验教学，让学生通过实验现象直观地理解物理规律。
2. 运用多媒体教学手段，展示微观粒子、动态过程等难以用肉眼观察的内容。
3. 注重培养学生的物理思维，引导学生运用物理学方法分析现实问题。
4. 加强课堂互动，鼓励学生提问、讨论，提高学生的参与度和积极性。
高二物理光学知识点
高二物理光学知识点光学是物理学的一个重要分支，主要研究光的性质以及光与物质的相互作用。
在高二物理学习中，我们将接触到一些基本的光学知识点，如光的反射、折射、干涉等。
下面，我们来逐个了解这些知识。
1. 光的反射光的反射是指光线遇到一个界面时，由于介质的不同，光线改变方向的现象。
根据反射定律，入射角等于反射角。
这意味着光线在入射界面上与法线之间的夹角等于光线在反射界面上与法线之间的夹角。
2. 光的折射光的折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的光密度不同而引起的改变方向现象。
根据折射定律，光线在入射界面上与法线形成的夹角与光线在折射界面上与法线形成的夹角的正弦比等于两种介质的折射率的比值。
3. 光的干涉光的干涉是指两束或多束光线相互叠加时产生的互相增强或互相抵消的现象。
干涉分为两种类型：构造干涉和破坏干涉。
构造干涉是指两束或多束光线相互加强，形成明亮的干涉条纹。
破坏干涉是指两束或多束光线相互抵消，形成暗淡的干涉条纹。
4. 光的衍射光的衍射是指光通过一个小孔或细缝时，光的传播方向发生改变并发生弯曲的现象。
这是由于光的波动性质所产生的。
衍射现象是实验观察到的，反映了光的波动性。
5. 光的偏振光的偏振是指光波振动方向固定的现象。
光可以是无偏振光、线偏振光或者圆偏振光。
线偏振光是指光波振动只在一个方向上，如一束通过偏振器的自然光；圆偏振光是指光波在传播过程中绕光轴的旋转。
以上提到的光学知识点只是高二物理中最基础的部分，在实际的学习中还会接触到更多的内容，如光的色散、光的成像、光的波粒二象性等。
通过对这些知识的学习，可以帮助我们更好地理解光的行为，并应用于实际问题的解决中。
总之，光学是一门非常有趣的学科，通过学习光学知识点，我们可以进一步了解光的特性以及其与物质的相互作用，为我们认识世界提供了更深入的视角。
希望大家能够享受学习光学，并能够将所学知识应用到实际生活当中。
物理光学偏振现象的解释与应用
物理光学偏振现象的解释与应用偏振现象是光学领域中的重要现象之一，它涉及到光波的振动方向和振幅。
本文将对偏振现象进行解释，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、偏振现象的解释光是由电场和磁场相互作用而产生的，偏振现象指的是光波中的电场沿特定方向振动。
光波传播时的偏振方式可以分为线偏振、圆偏振和无偏振。
1. 线偏振线偏振指的是光波中电场振动方向固定在一个平面内，且与光传播方向垂直。
线偏振光可以通过偏振片进行筛选，只允许特定方向的电场振动通过。
2. 圆偏振圆偏振是指光波中的电场振动方向在平面内作圆周运动。
圆偏振光可以通过四分之一波片来产生，具有特定的相位差。
3. 无偏振无偏振指的是光波中的电场振动方向在所有平面上均匀分布，没有特定方向的偏振。
二、偏振现象的应用偏振现象在日常生活和科技领域中有许多重要应用，下面我们来探讨其中的几个应用。
1. 光学器件偏振现象在光学器件中被广泛应用。
例如，偏振片可以用来制作太阳镜和眼镜片，以减少反射和散射光线，提高视觉质量。
偏振片还广泛应用于显示器和LCD屏幕中，通过控制透过光的偏振方向实现图像的显示。
2. 光信号传输在光通信中，偏振光被用来传输信息。
由于线偏振可以通过偏振片的筛选来实现光的调制和解调，因此可以实现高速、高容量的光通信。
这在现代通信技术中起到至关重要的作用。
3. 偏振显微镜偏振显微镜是一种强大的工具，可以观察和研究物质的结构和特性。
由于不同晶体和材料对偏振光的响应不同，偏振显微镜可以通过分析光的偏振状态来揭示物质的性质和结构。
4. 无损检测偏振现象在无损检测中也得到了广泛应用。
利用偏振光的特性，可以检测材料的应力状态、缺陷和变形。
从而实现对材料的质量控制和工程结构的安全监测。
5. 光学传感器偏振光可以通过与物质相互作用来改变其偏振状态，因此可以应用于光学传感器中。
通过测量光的偏振状态的变化，可以检测和测量物理量，如温度、压力、湿度等。
这为传感技术的发展提供了一种新的方法。
物理光学知识点总结
物理光学知识点总结1. 光的基本概念- 光是一种电磁波，具有波动性和粒子性（光子）。
- 可见光谱是人眼能够感知的光的范围，大约在380纳米至750纳米之间。
2. 光的传播- 光在均匀介质中沿直线传播。
- 光速在不同介质中不同，真空中的光速约为299,792,458米/秒。
- 光的传播遵循光的折射定律和反射定律。
3. 反射定律- 入射光线、反射光线和法线都在同一平面内。
- 入射角等于反射角，即θi = θr。
4. 折射定律（Snell定律）- n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)，其中n1和n2是两种介质的折射率，θ1和θ2分别是入射角和折射角。
5. 光的干涉- 干涉是两个或多个光波相遇时，光强增强或减弱的现象。
- 干涉条件是两束光的频率相同，且相位差恒定。
- 常见的干涉现象有双缝干涉和薄膜干涉。
6. 光的衍射- 衍射是光波遇到障碍物或通过狭缝时发生弯曲和展开的现象。
- 单缝衍射、圆孔衍射和光栅衍射是常见的衍射现象。
7. 光的偏振- 偏振光是电磁波振动方向受到限制的光。
- 线性偏振、圆偏振和椭圆偏振是偏振光的三种类型。
- 偏振片可以用来控制光的偏振状态。
8. 光的散射- 散射是光在传播过程中遇到粒子时发生方向改变的现象。
- 散射的强度与粒子大小、光波长和入射光强度有关。
- 常见的散射现象有大气散射，导致天空呈现蓝色。
9. 光的颜色和色散- 颜色是光的另一种表现形式，与光的波长有关。
- 色散是光通过介质时不同波长的光因折射率不同而分离的现象。
- 棱镜可以将白光分解成不同颜色的光谱。
10. 光的量子性- 光电效应表明光具有粒子性，光子的能量与其频率成正比。
- 波恩提出的波函数描述了光子的概率分布。
- 量子光学是研究光的量子性质的学科。
11. 光的相干性和光源- 相干光具有固定的相位关系，激光是一种高度相干的光源。
- 光源可以是自然的，如太阳，也可以是人造的，如激光器和灯泡。
12. 光学仪器- 望远镜、显微镜、光纤和光学传感器都是利用光学原理工作的仪器。
4.物理光学-偏振
物理光学——偏振一.填空题1.1 偏振度最大的光是（完全偏振光 ）。
1.2 同一束入射光（ 折射 ）时分成（ 两束 ）的现象称为双折射。
1.3 在双折射晶体内不遵循( 折射定律 )的光称为e 光；O 光的波面为( 球面 )，e 光的波面为( 椭球面 )。
1.4 在光学各向异性晶体内部有一确定的方向，沿这一方向寻常光和非常光的（ 速度 ）相等，这一方向称为晶体的光轴，只具有一个光轴方向的晶体称为（ 单轴 ）晶体。
1.5 当光线沿光轴方向入射到双折射晶体上时，不发生（ 双折射 ）现象，沿光轴方向寻常光和非寻常光的折射率（ 相同 ）；传播速度（ 相同 ）。
1.6 当自然光以布儒斯特角入射到非晶体界面时，反射光为（ 平面偏振光 ），透射光为（ 部分偏振光 ）。
1.7 马吕斯定律的数学表达式为α=20cos I I 。
式中，I 为通过检偏器的透射光的强度，I 0为入射（ 线偏振光 ）的强度；α为入射光矢量的（振动方向）和检偏器（ 偏振化 ）方向之间的夹角。
1.8 两个偏振片堆叠在一起且偏振化方向相互垂直，若一束强度为I 0的线偏振光入射，其光矢量振动方向与第一偏振片偏振化方向夹角为/4π，则穿过第一偏振片后的光强为（ 021I ），穿过两个偏振片后的光强为（ 0 ）。
1.9 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度的最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光和线偏振光的光强比值为（ 1：2 ）。
1.10 一束自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片方向成450角，已知通过这两个偏振片后的光强为I ，则入射至第二个偏振片的线偏振光强度为（ 2I ）。
1.11 一束自然光以布儒斯特角入射到平面玻璃上，就偏振状态来说：反射光为（线偏振光 ）；反射光矢量的振动方向（ 垂直于入射面或为S 振动 ）；透射光为（部分偏振光）。
1.12 当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时，若反射光为完全偏振光，则折射光为（部分偏振光 ），且反射光线和折射光线之间的夹角为（ 2/π ）。
光学3(光的衍射)讲义
菲涅耳简介
法国物理学家，主要成就有：
(1)用定量形式建立了惠更斯--菲涅耳原 理，完善了光的衍射理论；
(2)1821年与阿拉果一起研究了偏振光的 干涉，确定了光是横波；
Augustin-Jean resnel ( 1788 ― 1827 )
(3)1823年发现了光的圆偏振和椭圆偏振 现象，用波动说解释了偏振面的旋转；
例 用波长为λ的单色光照射狭缝，得到单缝的夫琅禾费衍射 图样，第3级暗纹位于屏上的P处，问：
求 (1)若将狭缝宽度缩小一半，那么P处是明纹还是暗纹？
a
(k 1,2, )
a sin a t an a xk （2k 1）
f
2
xk
(2k
1) f
2a
(k 1,2, )
单缝衍射明纹角宽度和线宽度 角宽度 相邻两暗纹中心对应的衍射角之差
线宽度 观察屏上相邻两暗纹中心的间距
观测屏
透镜
x2
1
x1
x
1 o
0
x1
x0
衍射屏 f
中央明纹 角宽度 0 21 2 λ a
E
L1
L2
S
a A
f
D
L1、L2 透镜 A：单缝
E：屏幕
缝宽a
缝屏距D（ L2的焦距 f ）
中央 明纹
二、菲涅尔半波带法
o
*
B
f
AC
x
P·x
0
f
菲涅耳根据通过单缝的光波的对称性，提出了半波带理论， 用代数加法或矢量图解代替积分，可简单解释衍射现象。
A, B P 的光程差 AC asin
( a 为缝 AB的宽度 )
一面元都是子波源。 P 点的光振动 是所有面元光振动的叠加：
(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量（电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。
类似于机械波的干涉，光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:12I I I =++(1—1）与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法（一)、光程差法两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length ）。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则,n c v νλνλ==，两式相除得n vcλλ=，定义介质的折射率为： c n v=得 n nλλ=可见，一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短，为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- （1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
物理光学A光的偏振与晶体光学基础
7-3 双折射的电磁理论
晶体的各向异性和介电张量
• 晶体的各向异性 • 晶体对不同方向偏振的光表现出不同的响应
• 晶体结构各向异性极化各向异性对光响应的各向异 性
• 右图：方解石的分子结构CaCO3
Ca++
O-2
O-1
C+
O-3
7-3
• 晶体的介电张量[]={ij}，i,j=x,y,z • 一般地， ij0
7-3
• 与k0对应的两组D、E、S 的方向
E2
D2
S2 k
E1
D1
S1
7-3
单轴晶的双折射
• 单轴晶：nx=ny=no，nz=ne，none • 设k0在yz平面内，与z轴夹角
• k0x=0, k0y=sin, k0z=cos
• 代入菲聂耳方程，得到
• n12=no2
(7-16a)
•
n
2
2=
n
• 2、由二向色性产生线偏光
• 二向色性—对不同振动方向的偏振光吸收系数不同 • 具有二向色性的材料：电气石、人造H偏振片、K偏
振片 • 二向色性的机制：材料中的电子在特定方向上运动
自由度大于其它方向，当入射光沿此特定方向振动 时，带动电子运动，光能被选择性吸收 • 波长变化，二向色性也变化
二向色性 偏振片
• 光轴：晶体中的一个方向，光沿此方向传播，没有双折 射发生。
• 单轴晶体、双轴晶体 • o主平面：光轴+o光线；e主平面：光轴+e光线
o光的 主平面
· · · ·
e光的 主平面
o光
e光
光轴
光轴
主平面
物理光学中的偏振现象
物理光学中的偏振现象物理光学是研究光的传播、产生、检测和应用的一个重要分支学科。
在物理光学的研究中，偏振现象是一个十分重要且常见的现象。
偏振现象是指光波中振动方向的特性，它对光的传播和相互作用产生了重要影响。
本文将从偏振现象的基本概念、偏振光的特点、偏振光的产生以及偏振光的应用等方面进行探讨。
### 偏振现象的基本概念光是一种电磁波，它的振动方向可以是任意方向。
当光波的振动方向在一个特定平面内振动时，我们称之为偏振光。
而当光波的振动方向在空间中沿着一条直线振动时，我们称之为线偏振光。
偏振现象是光波的振动方向受到限制而表现出来的特殊现象。
### 偏振光的特点偏振光具有许多独特的特点，其中最重要的特点包括：1. **振动方向唯一性**：偏振光的振动方向是唯一确定的，沿着一条直线传播。
2. **光强随振动方向变化**：偏振光的光强随着振动方向的变化而变化，当振动方向与偏振光的偏振方向一致时，光强最大；当振动方向与偏振光的偏振方向垂直时，光强为零。
3. **偏振方向的旋转**：偏振光的偏振方向可以通过偏振片等光学元件进行旋转调节。
### 偏振光的产生偏振光可以通过多种方式产生，常见的偏振光产生方法包括：1. **自然光的偏振**：自然光经过反射、折射等过程后会发生偏振现象，产生偏振光。
2. **偏振片**：偏振片是一种能够选择性透过特定方向振动光的光学元件，通过偏振片可以产生线偏振光。
3. **波片**：波片是一种具有特定相位差的光学元件，通过波片可以实现对光的偏振控制。
### 偏振光的应用偏振光在现代科学技术中有着广泛的应用，其中一些重要的应用包括：1. **偏振光显微镜**：偏振光显微镜利用偏振光的特性观察样品的结构和性质，广泛应用于生物学、材料科学等领域。
2. **偏振光通信**：偏振光通信利用偏振光的传输特性进行信息传输，具有高速、安全等优点。
3. **偏振光传感**：偏振光传感技术利用偏振光对物质的特异性相互作用进行检测和测量，应用于环境监测、生物医学等领域。
物理光学讲课课件
目录
• 引言 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 光的吸收、色散和散射 • 现代光学技术及应用
01
引言
光学的发展历程
早期光学
从反射和折射定律的发现到光的波动理 论的提出。
几何光学
建立光的直线传播、反射和折射定律， 以及透镜成像等理论。
物理光学
从光的干涉、衍射和偏振等现象的研究 ，到光的电磁理论的确立。
非线性光学简介
非线性光学现象
阐述非线性光学中的基本 现象，如二次谐波产生、 和频与差频产生、光整流 、光克尔效应等。
非线性光学材料
介绍常见的非线性光学材 料，如晶体、半导体、有 机材料和光纤等，并分析 其特性。
非线性光学器件
概述非线性光学器件的原 理和应用，如光开关、光 限幅器、光逻辑门等。
量子光学简介
衍射条纹。
04
光的偏振
偏振现象和分类
偏振现象
光波在传播过程中，光矢量（即 电场强度矢量E）的振动方向对于 光的传播方向失去对称性的现象 。
分类
根据光矢量末端在垂直于传播方 向的平面上描绘出的轨迹形状， 可分为线偏振光、圆偏振光和椭 圆偏振光。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过偏振片后的透射光强与入射光强及偏振片透振方向之间的关 系，即$I = I_0 cos^2 theta$，其中$I_0$为入射光强，$theta$为透振方向与 入射光振动方向之间的夹角。
光电转换
将光能转换成电能或其他形式的能 量，应用于太阳能电池、光电探测 器等器件中。
02
光的干涉
干涉现象和条件
01
干涉现象
两列或多列波在空间某些区域 振动加强，在另一些区域振动 减弱，形成稳定的强弱分布的
八年级物理光学所有知识点
八年级物理光学所有知识点光学是物理学的一个分支，主要研究光在各种物质中的传播、反射、折射、干涉和衍射等现象。
下面是八年级物理光学所有知识点的整理。
一、光线和光束1.光线是表示光传播方向的线性图像。
它是射线模型中的基本概念。
2.光束是由多条光线组成，方向相同或有一定的范围。
3. 光线与光束的特点：(1) 光线沿直线传播；(2) 光束由多条光线组成；(3) 光线可用箭头表示，箭头方向表示光的传播方向；(4) 光线一般要标注入射点和反射点位置。
二、反射和折射1.反射是光线在到达物体表面后，按一定规律发生的反向传播现象。
反射遵循反射定律，即入射角等于反射角。
2.折射是指光线入射在一个介质表面上，由于介质折射率的不同，光线向另外一方向传播时的现象。
根据斯涅尔定律，折射角与入射角的正弦值之比为两种介质的折射率比。
三、光的干涉1.光的干涉是指两个或多个光波的相互作用现象。
2.干涉分为构成干涉和破坏干涉两种。
3.构成干涉是指两个或多个波彼此叠加时，互相增强而得到较大振幅的现象。
4.破坏干涉是指两个或多个波彼此叠加时，互相抵消而得到较小或完全没有振幅的现象。
四、光的衍射1.光的衍射是指光通过一个孔或绕过一个障碍物后，沿各个方向传播现象。
2.当屏幕上出现许多亮暗相间的条纹时，就表现出了光的衍射。
五、偏振1.偏振是指光波的振动方向在一个平面上的现象。
2.自然光是在各个方向上振动的，而偏振光只在一个方向上振动。
3.偏振可以通过偏振器来实现，偏振器让一个方向的振动通过，把另一个方向的振动阻挡住。
六、色散1.色散是指光通过不同介质，因为折射率不同而发生的颜色分布现象。
2.常见的色散现象包括三原色，即红、绿、蓝，和光的衍射现象，例如彩虹。
以上为八年级物理光学所有知识点的整理，希望同学们能够掌握这些知识，学好物理。
大学物理光学知识点总结(干涉衍射偏振(二)2024
大学物理光学知识点总结(干涉衍射偏振（二）引言概述:大学物理光学是研究光的基本性质和现象的学科，其中包括了干涉、衍射和偏振等重要的知识点。
在本文中，我们将对大学物理光学中的干涉、衍射和偏振知识进行总结，帮助读者更好地理解和掌握这些重要的光学概念。
正文内容:一、干涉1. 连续光波干涉的基本原理2. 杨氏双缝实验的干涉原理3. 干涉截带和干涉条纹的特性4. 干涉现象的应用——薄膜干涉5. 干涉横纹和纵纹的解释二、衍射1. 菲涅尔衍射和菲涅尔衍射积分公式2. 衍射与光波的波阵面3. 点光源和光屏上的衍射图样4. 衍射条纹的特性和衍射极限5. 衍射现象的应用——衍射光栅三、偏振1. 偏振光的概念和分类2. 偏振光的振动方式3. 偏振光的传播规律——马吕斯定律和布儒斯特定律4. 偏振器的原理和种类5. 偏振现象的应用——偏振光在光学仪器中的应用四、干涉衍射的综合应用1. 单缝衍射和双缝干涉的关系2. 由单缝衍射引出的光学仪器——楞次圆板3. 多缝衍射和光栅的关系4. 干涉衍射在人类视觉中的应用5. 干涉衍射在激光技术中的应用五、物理光学的未来发展与应用前景1. 光学计算与光学信息处理2. 纳米材料与纳米光学技术3. 超材料与超透镜技术4. 光学成像与三维显示技术5. 生物医学光学与光谱学总结:本文总结了大学物理光学中的干涉、衍射和偏振等知识点。
我们通过对干涉的原理、衍射的特性和偏振的应用等内容的详细讲解，帮助读者更好地理解和掌握这些知识。
同时，我们还介绍了干涉衍射的综合应用以及物理光学未来的发展与应用前景。
希望本文能对读者进一步学习和研究光学提供一定的帮助。
物理光学复习
由光栅方程：＝d (sin sin i) (m m)，可以得到：
N
1、m级谱线的位置 sin = m
d
2、谱线的半角宽度 Nd cos
3、谱线的角色散 d m , 线色散 dl f d
d d cos
d d
注意：求2、3，首先要求1
光栅的色分辨本领：A mN
光栅的自由光谱范围： / m
自由光谱范围： ＝12 2
SR 2h 2h
分辨率：A
0.97mS
0.97
2h λ
S
m
第三部分 光的衍射
惠更斯 原理
基尔霍夫 衍射公式
近场：菲涅 耳衍射
远场：夫琅 和费衍射
菲涅尔 波带片
典型孔径的 夫氏衍射
多缝夫琅和 费衍射
衍射光栅
➢ 衍射的本质：子波干涉。干涉和衍射的实现条件，干涉和衍射 的区别与联系。
物理光学复习课
核心理论
光的本质属性是粒子性和波动性， 物理光学认为光是一种电磁波
数学基础
麦克斯韦方程组、物质 方程、惠-菲-基原理
典型特征
干涉、衍射、偏振
光波与物质 联系的特征
界面折射与反射 晶体光学
第一部分 光的电磁理论基础
麦克斯 韦方程
波动方程
反射定律和 菲涅耳公式
光的吸收、色散和散射
平面电磁波的性质
振幅、能量、相位 和偏振态的改变
线性吸收、正常和反常色散、 散射的波长依赖以及偏振特性
光的叠加 驻波、椭圆偏 振光的产生
波动 方程
平面波(基本解)、球面波(理想点光源)、柱面波(理想线光源)
相速度：v 1 = c r r 折射率：n c v r r
在空间域中（时间轴为某
大学物理光学光的偏振习题
4、一束自然光从空气投射到玻璃表面上 (空气折射率n＝
1)，当折射角 30 时，反射光是线偏振光，求玻璃的折
射率n＝? 说明出射光光矢量的振动方向。
解：当 30时，反射光为线偏振光，这时
i0
π 2
n0 sin i0 n sin
n
sin i0
sin
sin ( 300
2 sin 300
2
n0
ne d
光的偏振测试题
1、有三个偏振片平行放置，第一块与第三块的偏振化 方向相互垂直，第二块和第一块的偏振化方向相互平行，
然后第二块偏振片以恒定角速度 绕光 传播方向旋转，
如图所示。设入射自然光的光强为 。试I0 写出此自然光 通过三个偏振片后的出射光光强 、 I1和I2 。I3
I0
I1
I2
入射线偏振光对二分之一波片来说，由于其光振动方 向与波片光轴成450角，所以两相互垂直的光振动分振 幅相等而且同相。通过二分之一波片后，此二分振动 相差为 ，所以其合振动仍然是直线的，即透过的光 仍是线偏振光，不过振动方向与入射线偏振光的振动 方向垂直。
题3解： (1) 入射光的光强
I0 I p In
时才会有全反射。由折射定律：
n2
sin ic
n1
sin
π 2
n2 sin 2 1 n1 sin ic sin ic
设布儒斯特角为i0 , 由布儒斯特定律：
tgi0
n2 n1
Hale Waihona Puke 1 sin icic
i0
tg1(
1 sin ic
) tg1
1
si n 450
54.70
n1 空气 n2> n1
光的偏振 课件
五. 偏振度
I max I min P I max I min
P = 1 P = 0
0 < P < 1
线偏振光（平面偏振光） 椭圆偏振光
完全偏振光 自然光 部分偏振光
五种偏振态（光）
圆偏振光
自然光
部分偏振光
偏振光在科学研究和工程技术以及日常生活中都有用，特别是在量子通信等 领域的前沿研究中多有运用。因此，偏振光的产生和检验是很重要的。
·· ·
入射 电磁波
线偏振光
电气石晶片 (多种金属氧 y 化物的混合物) x
z z 线栅起偏器
•偏振化方向：
允许通过的光振动方向。
27
• 偏振片的起偏
非偏振光I0
线偏振光 I1
偏振片对沿透射方向振 动的光完全无吸收时
I1 1 I0 2
偏振化方向 (透振方向)
若入射光为自然光、圆偏振 光，则旋转偏振片到任意方 向均可得到线偏振光
光=波动？？？ 光=粒子？？？
二十世纪初解决了相关矛盾， 提出了光的波粒二象性假说， 并很快得到实验证实和承认。 这一认识既不同于牛顿的微粒理论； 亦不同于惠更斯的弹性波理论。 这一认识导致物质的波粒二象性 假说的提出和实验证实，从而人 类得以全面认识物质运动的本性， 导致了量子力学的诞生，并进而 导致正确描述包括光现象在内的 电磁现象的理论“量子电动力学” 的建立！
4
约在十七、十八两个世纪内形成。 0 1、几何光学 a
以光的直线传播特性为基础研究
光
学
~ 1 2、波动光学(物理光学) a 约在十九世纪内形成。
光学仪器的成像理论
以Maxwell 的电磁波理论为基础 的 Huygens-Fresnel 理论
第_九_章_物理光学3(偏振)
四、双折射现象
以下几种情况，均是以负晶体(如方解石)为例。
光轴平行于晶体表面并平行于入射面
o, e 光在方向上
虽没分开，但速
度上是分开的， 仍是两束光。 ∴还是有双折射。
49
四、双折射现象
光轴平行于晶体表面和入射面
50
四、双折射现象
光轴平行于晶体表面但垂直于入射面
·
· · i ·
· ·
46
四、双折射现象
一些晶体在室温时的主折射率(＝589nm)
晶体材 o 光主折 e 光主折射 双折射 射率 ( no) 率 ( ne ) 率(ne- no) 料 0.0013 1．3091 1．3104 冰 0.0092 1．5442 1．5534 石英 1．4864 - 0.1720 方解石 1．6584 - 0.031 1．638 电气石 1．669
i0 r0 90
29 （证毕！）
Polarization of light by a stack of glass plates.
n1
n2
ii00
r0 i 0
problems问题： 1) The intensity of reflected light is low. 2) refracted light is still partial polarized light Solve: by using a stack of glass plates
38
四、双折射现象
双折射晶体内有特殊方向，光沿此方向传播时 不发生双折射现象，该方向称为晶体的光轴。 单轴晶体：方解石、石英、红宝石、冰。 双轴晶体：云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺。 方解石晶体为平行六面体，其光轴是通过全由 钝角102º 组成的两个顶点的体对角线的方向。
物理光学干涉衍射与偏振问题
物理光学干涉衍射与偏振问题干涉衍射和偏振是物理光学领域中的两个重要问题。
本文将从理论和实验两个方面讨论干涉衍射和偏振现象，并探讨其在实际应用中的重要性。
一、干涉衍射的定义和原理干涉衍射是光波传播过程中遇到透光物体或光波相互作用产生的现象。
干涉是指光波的两个或多个部分发生相互作用，产生干涉条纹，从而改变光波的波动性质。
衍射是指当光波通过一个孔或经过物体边缘时发生弯曲扩散。
干涉衍射的原理可以用以下两个现象解释：叠加原理和相位差。
叠加原理即各个光波达到的点的光强是各个光波的叠加结果。
相位差则指的是波的起始点到达某一点的过程中，各个波长所形成的相位差。
当干涉条件满足时，波峰和波谷相遇，光波会相互增强，形成明暗相间的干涉条纹。
二、干涉衍射的应用干涉衍射在现实生活中有着广泛的应用。
其中包括：1. 激光干涉仪：利用干涉条纹的特性，通过激光仪器进行精密测量。
2. 干涉光栅：利用入射光波经光栅衍射产生的干涉现象，进行波长分析和频率分析。
3. 光学显微镜：利用干涉衍射现象来增强显微镜的分辨率。
4. 光波导技术：通过控制光的干涉来实现光信号的传输和分析。
三、偏振光的定义和原理偏振是指光波的振动方向不是在所有方向上都均匀分布的现象。
偏振光可以通过偏振器来产生，偏振器是一个光学器件，可以选择性地传递或阻挡特定方向上的光波。
偏振光的原理可以通过振动方向和波长方向的关系来解释。
光的振动方向与光波的传播方向垂直时，称为正交振动。
而偏振器只能允许振动方向与光波传播方向相同的光通过，因此只有满足偏振器方向的光可以通过，其他光会被阻挡。
四、偏振光的应用偏振光在许多领域中有着广泛的应用。
以下是几个示例：1. 光学显微镜：通过使用偏振光，可以增强显微镜的图像对比度。
2. 液晶显示器：液晶分子只能让特定方向上的光通过，所以液晶显示器可以通过改变电场来控制光的偏振方向。
3. 拍摄滤镜：摄影中使用的偏振滤镜可以减少反射和增加对比度。
4. 3D电影：通过使用偏振镜片，可以实现立体影像的效果。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、双折射现象
在晶体中，折射o光与入射光总在同一入射面 内，则o光主平面与入射面总是重合的。而e光 未必在入射面内，即e光主平面未必与入射面重 合，这意味着e光与o光主平面不重合。 当 光 轴 在 入 射 面 内 ， o 光、e光主平面均与入射面 重合，o光偏振方向垂直于 入射面，e光偏振方向平行 于入射面，o光与e光的偏振 方向严格互相垂直。
➢某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这 叫晶体的二向色性。
➢电气石对o光有 强烈吸收，对e光 吸收很弱，用它可 产生线偏振光。
光轴 电气石
e光
····
光轴
53
四、双折射现象
5. 格兰─汤姆孙棱镜
利用二向色性获得的偏振光不够纯，强度也
不大。偏振棱镜可得高质量的线偏振光。
吸收涂层
··光·•轴·方·解石·i
图示
(a)部分偏振光 (b)部分偏振光的分解 部分偏振光及其分解
分量占优 分量占优
6
图示： 自然光
•••
• •• •
线偏振光：
• • ••
部分偏振光： • • •
• • • ••
7
4. 圆偏振光、 椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
右旋椭圆 某时刻右旋圆偏振光E随z的变化 偏振光
该偏振片称检偏器
25
入射光
2.检验
入射光
出射光
A
线偏振
入射光 自然光 入射光 部分偏振
观察出射光强 的变化
光强变化 Imax Imin 0 消光
I 不变
0 Imax Imin
26
三、由反射引起的光的偏振 Polarization of reflection .
1) Polarization phenomenon of reflection and refraction
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
17
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
18
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
19
起偏、检偏
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
两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零
1．5442
1．6584
1．669
e 光主折射 双折射 率 ( ne ) 率(ne- no) 1．3104 0.0013
1．5534 0.0092
1．4864 - 0.1720
1．638 - 0.031
47
四、双折射现象
3. e 光在晶体内的传播方向，无法用折射定律 来确定，可以根据惠更斯原理用复合波面的作 图法来求得。 自然光入射到晶体上时，波阵面上的每一点 都可以看作为子波源，向晶体内发出球面子波 和椭球面子波。作所有各点所发子波的包络 面，既得晶体中 o 光波面和 e 光波面，从入射 点引向相应子波波面与光波面的切点的连线方 向就是所求晶体中o 光、 e 光的传播方向。
the reflected and refracted
n1
i0
beams are at right angles
Prove 证明：
From the law of reflection：
n2
r0
sin i0 n2 (1) sin r0 n1
From Brewster’s law：
tgi0
sin i0 cos i0
48
四、双折射现象
以下几种情况，均是以负晶体(如方解石)为例。 ➢光轴平行于晶体表面并平行于入射面
o, e 光在方向上 虽没分开，但速 度上是分开的， 仍是两束光。
∴还是有双折射。
49
四、双折射现象
➢光轴平行于晶体表面和入射面
50
四、双折射现象
➢光轴平行于晶体表面但垂直于入射面
·
·
· ·
i
· · · ·
n1
i
n2
r
a、反射光中垂直振动 强于平行的振动；
b、折射光中平行的振 动强于垂直振动；
c、反射光折射光偏振 化的程度随入射角
i 的不同而不同。
27
2)Brewster’s law 布儒斯特定律（1812年）
i 当入tg入射i射0面角的振nn等1动2 于而一无n特平21定时行角，于反入i0射射时光面，只的使有振之动垂满。直足于：
n2 n1
n21 (2)
Contrast (1) with (2): sin r0 cos i0
i0 r0 90 （证毕！2）9
Polarization of light by a stack of glass plates.
problems问题：
n1
ii00
1) The intensity of reflected light is low.
1. 一束入射光在各向异性介质中折射为两束光 的现象称为双折射现象。
方解石（CaCO3） 双折射现象
37
四、双折射现象
在双折射晶体内的两束折射光，一束遵循折射 定律，称之为寻常光(Ordinary Light)，记为o光 ，另一束不遵循折射定律，称之为非常光 (Extraordinary Light)，记为e光。 实验表明， o光和e光均为线偏振光。
38
四、双折射现象
双折射晶体内有特殊方向，光沿此方向传播时 不发生双折射现象，该方向称为晶体的光轴。 单轴晶体：方解石、石英、红宝石、冰。 双轴晶体：云母、蓝宝石、橄榄石、硫磺。 方解石晶体为平行六面体，其光轴是通过全由 钝角102º组成的两个顶点的体对角线的方向。
39
四、双折射现象
光线主平面(Principal Plane)：与光轴所确定的 平面。 o光的偏振方向垂直于o光的主平面，也垂直于 光轴。 e光的偏振 方向平行于e 光的主平面。
I3
I2 cos2
1 2
I
0
cos4
经过第四偏振片后，光强为：
I4
I3 cos 2
1 2
I0
cos
6
1 2 I0(
3 )6 2
0.21I0
透射光强是入射光强的 21% 。
24
课堂思考：偏振光的检验。如何用实验方
法区分线偏振光、部分偏振光、自然光？
1. 装置
偏振片
入射光
出射光
观察出射光 强的变化
41
四、双折射现象
双折射晶体的作用类似于两个透振方向互相垂 直的起偏器。 自然光 入射 ， 光强为I，在晶 体内部，o光和e 光光强相等。
Io
Ie
I 2
42
四、双折射现象 2. 惠更斯波面
光在各项异性介质中传播时，产生双折射的根 本原因是o光、e光在晶体中的折射率不同，或者 说二者的传播速度不同。 在单轴晶体中，光的传播速度是和光振动方向 与光轴的夹角有关的。
0
solve：
I
(1 2
I0 ) cos2
1 2
I0
cos2
45
1 2 I0(
2 )2 2
1 4 I0
23
例题2：入射光I0为自然光，四片偏振片分别顺时针转300， 求透射光强。
解：自然光经过第一偏振片后，光强为：
I1
1 2
I0
经过第二偏振片后，光强为：
I2
I1
cos2
1 2
I0
cos2
经过第三偏振片后，光强为：
43
四、双折射现象
o光：振动方向总是与光轴垂直，其速度记为 vo，则vo大小与o光的传播方向无关，其波面为简 单球面。
c no vo
称为o光的主折射率。
44
四、双折射现象
e光：振动方向与含有光轴的e光主平面平行。 当振动方向与光轴平行时，其速度记为ve，
c ne ve 称为e光的主折射率。 ➢当e光振动方向与光轴垂直 时，其速度就是vo。 ➢其他情况下，速度介于vo 和ve之间，所以e光波 面是一个以通过点光源的光轴为转轴的旋转椭球 面，在转轴方向与o光的球形波面相切。
45
四、双折射现象
正晶体： vo >ve 即 no >ne 如石英，椭球面在球 形波面内。 负晶体： vo <ve 即 no <ne 如方解石，椭球面在 球形波面外。
46
四、双折射现象
一些晶体在室温时的主折射率(＝589nm)
晶体材 料 冰
石英 方解石 电气石
o 光主折 射率 ( no) 1．3091
note：this particular angle
n1
i0
of incidence is called the polarizing angle.
n2
r0
refracted light is still partial polarized light
28
note： At the polarizing angle,
20
马吕斯定律
I0
P I
E0 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 Imax I0
，I 0
2
——消光
21
Example：A unpolarized light, intensity I0, falls on two polarizing sheets. The angle between two pola-