高中物理竞赛(光学)光的偏振：偏振光的干涉 人为双折射现象
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2020高中物理竞赛-波动和光学篇C—23光的偏振：由双折射引起的光的偏振(共19张PPT)
二.双折射光的偏振特点
1.概念 光轴：光线在晶体中沿某一方向传播 时不发生双折射现象，这一方向称为晶 体的光轴
只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体 为单轴晶体；有两个光轴(如云母、硫 磺)的晶体为双轴晶体
主截面：光轴和 晶体表面法线组 成的平面
主平面：某一光 线(o光或e光)与光 轴组成的平面
第二十三章 光的偏振
第二十三章 光的偏振
谢谢观看！
一、散射：
1、一束光射到一个粒子 ，会使 其中的电子在电场矢量的作用下 ，向四周发射同频率的电磁波这 种现象叫色散。
2、电子发出的光是偏振光，光的 振动方向，垂直于传播方向（横波
第二十三章 光的偏振
3、电子在各个方向上的强度不等，垂直 于振动方向上最强，沿着电子振动方向 强度为零。
4、如图o处， 电子振动沿着竖 直方向，射线表 示传播方向，各 线上的短线表示 光的振动方向。 线的长短表强弱
当入射面是晶体的主截面时,o光和e光 的主平面重合，此时o光与e光的振动 方向相互垂直
光轴
三.双折射现象的解释
第二十三章 光的偏振
原因:o光在晶体内的速度是各向同性 的,而e光却是各向异性的
o光：子波波面为球形面. e光：子波波面为椭球面
v0 ve
正晶体
v0 ve
负晶体
惠更斯原理解释
第二十三章 光的偏振
AB
C
DE 光轴 o e
AB
C
光轴 o e
第二十三章 光的偏振
AB 光轴 oe
AB
光轴
四.尼科尔棱镜
第二十三章 光的偏振
方解石 680
晶体 加拿大树胶
n 1.55
680
第二十三章 光的偏振
1.概念 光轴：光线在晶体中沿某一方向传播 时不发生双折射现象，这一方向称为晶 体的光轴
只有一个光轴(如方解石、石英)的晶体 为单轴晶体；有两个光轴(如云母、硫 磺)的晶体为双轴晶体
主截面：光轴和 晶体表面法线组 成的平面
主平面：某一光 线(o光或e光)与光 轴组成的平面
第二十三章 光的偏振
第二十三章 光的偏振
谢谢观看！
一、散射：
1、一束光射到一个粒子 ，会使 其中的电子在电场矢量的作用下 ，向四周发射同频率的电磁波这 种现象叫色散。
2、电子发出的光是偏振光，光的 振动方向，垂直于传播方向（横波
第二十三章 光的偏振
3、电子在各个方向上的强度不等，垂直 于振动方向上最强，沿着电子振动方向 强度为零。
4、如图o处， 电子振动沿着竖 直方向，射线表 示传播方向，各 线上的短线表示 光的振动方向。 线的长短表强弱
当入射面是晶体的主截面时,o光和e光 的主平面重合，此时o光与e光的振动 方向相互垂直
光轴
三.双折射现象的解释
第二十三章 光的偏振
原因:o光在晶体内的速度是各向同性 的,而e光却是各向异性的
o光：子波波面为球形面. e光：子波波面为椭球面
v0 ve
正晶体
v0 ve
负晶体
惠更斯原理解释
第二十三章 光的偏振
AB
C
DE 光轴 o e
AB
C
光轴 o e
第二十三章 光的偏振
AB 光轴 oe
AB
光轴
四.尼科尔棱镜
第二十三章 光的偏振
方解石 680
晶体 加拿大树胶
n 1.55
680
第二十三章 光的偏振
2021-2022学年高二物理竞赛课件：光的偏振性和反射和折射光的偏振+
由马吕斯定律：
I1 I 2
I1
I10 2
cos2
30
I2
I 20 2
cos2
60
I10 I 20
cos2 30 cos2 60
1 3
例题：在两块正交偏振片p1,p3 之间插入另一块偏振片p2 ，光
强为I0 的自然光垂直入射于偏振片p1 ，讨论转动p2 透过p3 的
光强I与转角的关系 。
I0
p1
例题：有两个偏振片,一个用作起偏器, 一个用作检偏器．当它们偏振化方向间的夹角
为时，另时一,一束束单单色色自自然然光光穿穿过过它它们们,出, 出射射光3光强0强为为
；当它们偏振化方向间的夹角为
，且
。求两束单色自然光的
强度之比 。 I1
60
I2
I1 I2
解：设两束单色自然光的强度分别为I10 和 I20
k=2
k=1
k=0
k=1
k=2
例题：用白光垂直照射在每厘米有6500条刻痕的平面光栅上， 求第二级光谱的张角。能否看到完整的第三极谱线？
解 400 ~ 760 nm a b 1 cm / 6500
紫光
sin 1
k1
ab
0.52
1 33.3
红光
sin 2
k2 0.98
ab
2 81.1
振动方向 // 纸面 振动方向 纸面
可将自然光分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振 光。这两束线偏振光的光强各等于自然光光强的一半。他们彼此没有固定的相位 差。
振动面：电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面
3、部分偏振光：介于自然光和完全偏振光之间
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。
高二物理竞赛波动光学PPT(课件)5
强变化但无消光现象 正椭圆偏振光经四分之一波片变成线偏振光，旋转检偏器，光
强有变化且有消光现象 ❖ （令长短轴分别平行、垂直于波片的光轴）
﹡17.4.6 偏振光的干涉
1.实现平行线偏振光干涉的实验装置
﹡17.4.6 偏振光的干涉
2.平面偏振光干涉的强度分布
解：自然光通过第一个偏振片后成为线偏振光,其光强为
光； ②仅由一个检偏器，只能把线偏振光区分开来； ③仅由一个检偏器，无法区分自然光和圆偏振光，也无
法区分部分偏振光和椭圆偏振光
﹡17.4.5 偏振光的检验
2.五种偏振光的光通过
4
波片后，偏振态的变化
பைடு நூலகம்
⑴自然光变成自然光
⑵部分偏振光变成部分偏振光 ⑶线偏振光变成 正椭圆偏振光(θ≠0o ,45o,90o)
根据马吕斯定律,透过第二个偏振片的光强为
IIco 2sI0co 26s00I0
2
8
17.4.3. 马吕斯定律
例17-12 用尼科尔棱镜观察部分偏振光，当尼科尔棱镜相对于最 大光强位置转过600 角时，光强减弱为一半。试求组成此部分偏振 光的自然光和线偏振光的强度之比。
解：设自然光光强为I0 偏振光光强为I。 光强最大时，偏振光振动方向与棱镜的偏振化方向相同。
纸面
双 折
光 光
射
方解石 晶体
17.4.2 线偏振光的获得:
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
17.4.2 线偏振光的获得:
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
17.4.2 线偏振光的获得:
强有变化且有消光现象 ❖ （令长短轴分别平行、垂直于波片的光轴）
﹡17.4.6 偏振光的干涉
1.实现平行线偏振光干涉的实验装置
﹡17.4.6 偏振光的干涉
2.平面偏振光干涉的强度分布
解：自然光通过第一个偏振片后成为线偏振光,其光强为
光； ②仅由一个检偏器，只能把线偏振光区分开来； ③仅由一个检偏器，无法区分自然光和圆偏振光，也无
法区分部分偏振光和椭圆偏振光
﹡17.4.5 偏振光的检验
2.五种偏振光的光通过
4
波片后，偏振态的变化
பைடு நூலகம்
⑴自然光变成自然光
⑵部分偏振光变成部分偏振光 ⑶线偏振光变成 正椭圆偏振光(θ≠0o ,45o,90o)
根据马吕斯定律,透过第二个偏振片的光强为
IIco 2sI0co 26s00I0
2
8
17.4.3. 马吕斯定律
例17-12 用尼科尔棱镜观察部分偏振光，当尼科尔棱镜相对于最 大光强位置转过600 角时，光强减弱为一半。试求组成此部分偏振 光的自然光和线偏振光的强度之比。
解：设自然光光强为I0 偏振光光强为I。 光强最大时，偏振光振动方向与棱镜的偏振化方向相同。
纸面
双 折
光 光
射
方解石 晶体
17.4.2 线偏振光的获得:
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
17.4.2 线偏振光的获得:
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
17.4.2 线偏振光的获得:
2020年高中物理竞赛—普通物理学A版-光的偏振(共27张PPT) 课件
•线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解 y
Ex E cos E y E sin
•线偏振光的表示法：
Ey
E
x
Ex
····· 光振动垂直板面
光振动平行板面
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2. 自然光 自然光的光矢量在所有可能的方向上,且振幅E相等.
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。
所以 I 3 I 2
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§15 旋光现象
一. 物质的旋光性 线偏振光通过某些物质，其振动面发生旋转
Δ
旋光物质
对固体的旋光物质:
二. 量糖术 对溶液有
l
l
α — 旋光率
l
── 溶液的旋光率
── 溶液的浓度
可制成“量糖计”
o光:
sin i0 n 1.551 sin 90 no 1.658
i0 69
而i =76º> 69º,全反射.
例题2.
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两尼科耳棱镜的主截面间的夹角由30º转到45º.(1)当入射光是自然光 时,求转动前后透射光的强度之比;(2)当入射光是线偏振光时,求转动 前后透射光的强度之比.
2020高中物理竞赛
普通物理学A版
第十七章
波动光学
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§.12 光的偏振性 马吕斯定律 §13 反射和折射光的偏振 §14 双折射 偏振棱镜 §15 旋光现象
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§.12 光的偏振性 马吕斯定律
一.光的偏振状态
1. 线偏振光
传播方向
E
·
振动面
面对光的传播方向看
光学重点知识总结光的偏振和干涉现象
光学重点知识总结光的偏振和干涉现象光学重点知识总结——光的偏振和干涉现象光的偏振和干涉现象是光学中非常重要的概念和现象，对于光的性质和光在各种材料中的传播具有重要的影响。
本文将对光的偏振和干涉现象进行总结和探讨。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量的振动方向固定的现象。
当光波中的电场矢量在一个平面上振动时，我们称这样的光波为偏振光。
实际上，自然光往往是非偏振光，其中的电场矢量在各个方向上均匀分布。
1. 偏振光的产生偏振光可以通过偏振器产生。
偏振器是一种具有选择性透过能力的光学器件，它可以使电场矢量振动的方向得到约束。
常见的偏振器有偏光片和偏振镜等。
2. 偏振光的传播特性偏振光的传播特性与普通光有所不同。
例如，偏振光在穿过偏振片时会发生透射和反射，其中透射光的振动方向与偏振片的偏振方向一致，而反射光的振动方向则与偏振方向垂直。
二、光的干涉现象干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的明暗相间的条纹现象。
干涉实验证明了光是波动的性质，也揭示了光的波动特性。
1. 干涉的种类干涉可以分为两种类型：单色干涉和多色干涉。
单色干涉是指由单一波长的光波产生的干涉现象，而多色干涉则是由多种不同波长的光波混合而成的干涉现象。
2. 干涉的条件干涉的产生需要满足两个条件：一是干涉光源的相干性，即光源发出的光波具有特定的相位关系；二是光束的叠加，即多束光波叠加产生干涉。
常用的干涉实验装置有杨氏双缝干涉、迈克尔逊干涉仪等。
3. 干涉现象的应用干涉现象在实际中有广泛的应用。
例如在制造薄膜、光纤、光栅等方面，干涉技术都得到了广泛的应用。
干涉现象也为光学仪器的精密测量提供了重要手段。
三、其他相关知识除了光的偏振和干涉现象之外，还有其他一些光学重点知识值得了解。
1. 光的衍射衍射是指光波在通过孔径或物体边缘时发生弯曲和散射的现象。
衍射现象也是光的波动性质的体现，它使得光具有了在垂直传播方向上的扩展能力。
2. 光波的干涉和衍射公式干涉和衍射现象可以用数学公式进行描述。
高二物理竞赛课件：光的反射和双折射产生的偏振
—— 反射光和折射光均为部分偏振光 当反射光与折射光的方向垂直时，反射光为线偏振光
2 布儒斯特定律
—— 当反射光与折射光的夹角为900时 i0 900
—— 反射光为线偏振光，振动方向垂直于入射面
反射光与折射光的夹角 i0 900
应用折射定律 n1 sin i0 n2 sin
n1 sin i0 n2 sin(900 i0 )
tan i0
n2 n1
i0 —— 布儒斯特入射角
布儒斯特定律的应用 —— 激光谐振腔、偏振光的输出 以及偏振光的获得
3 玻璃堆起偏 在布儒斯特角入射时获得的反射偏振光强度较弱 较强的折射光是部分偏振光
—— 把许多相互平行的玻璃片组装在一起形成玻璃堆 —— 最后反射光和出射光均为偏振光
05 / 36
光的反射和双折射产生的 偏振
光 的 反 射 和 第双 七折 讲射 产 生 的
偏 振
01 反射和折射时光的偏振 1 反射和折射光的偏振 2 布儒斯特定律 02 光的双折射
01/ 36
01 反射和折射时光的偏振
1 反射和折射时光的偏振
—— 自然光在各向同性的 两种介质表面反射和折射 光传播方向和偏振态变化
自然光从空气(n1=1.0)射入水中(n2=1.33)， 再入射在玻璃(n3=1.50)表面。 在水面和玻璃表面上的反射光均为线偏振光， 求水面和玻璃之间的夹角。
空气和水面上i 900来自应用折射定律 n1 sin i n2 sin
n1 sin(900 ) n2 sin
tan n1
不遵守折射定律的一束 — e光
—— 在介质中 o光和e光传播速度不一样
3) 出射晶体后__两束光除了振动方向不一样之外 其它性质完全相同 —— 不再分为o光和e光
2 布儒斯特定律
—— 当反射光与折射光的夹角为900时 i0 900
—— 反射光为线偏振光，振动方向垂直于入射面
反射光与折射光的夹角 i0 900
应用折射定律 n1 sin i0 n2 sin
n1 sin i0 n2 sin(900 i0 )
tan i0
n2 n1
i0 —— 布儒斯特入射角
布儒斯特定律的应用 —— 激光谐振腔、偏振光的输出 以及偏振光的获得
3 玻璃堆起偏 在布儒斯特角入射时获得的反射偏振光强度较弱 较强的折射光是部分偏振光
—— 把许多相互平行的玻璃片组装在一起形成玻璃堆 —— 最后反射光和出射光均为偏振光
05 / 36
光的反射和双折射产生的 偏振
光 的 反 射 和 第双 七折 讲射 产 生 的
偏 振
01 反射和折射时光的偏振 1 反射和折射光的偏振 2 布儒斯特定律 02 光的双折射
01/ 36
01 反射和折射时光的偏振
1 反射和折射时光的偏振
—— 自然光在各向同性的 两种介质表面反射和折射 光传播方向和偏振态变化
自然光从空气(n1=1.0)射入水中(n2=1.33)， 再入射在玻璃(n3=1.50)表面。 在水面和玻璃表面上的反射光均为线偏振光， 求水面和玻璃之间的夹角。
空气和水面上i 900来自应用折射定律 n1 sin i n2 sin
n1 sin(900 ) n2 sin
tan n1
不遵守折射定律的一束 — e光
—— 在介质中 o光和e光传播速度不一样
3) 出射晶体后__两束光除了振动方向不一样之外 其它性质完全相同 —— 不再分为o光和e光
高中物理竞赛—光学篇(基础版)56光的偏振(共41张PPT)
•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。
例题：在透振方向正交的起偏器M和检偏器 N 之间，插入
B A
一束自然光射向石英、 方解石等各向异性介 质时，其折射光有两 束，这种现象称为双 折射现象。
2、光轴
某些晶体内有一个确定的方向，在这个方向上，o光和e 光的传播速度相同，这个方向称：
•沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两
束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。
一片以角速度旋转的理想偏振片P，入射自然光强为I0，试 求由系统出射的光强是多少？
•• •
M P
M
P
N
A出 （A0 / 2)sint cost
I出 （I0 / 2) sin2 t cos2 t
N t
( I0 / 16)(1 cos 4t )
sin
1 (1 cos )
t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。
二、尼科耳棱镜
1、引入
天然方解石厚度有限，不可 能把o光和e光分得很开。
2、结构
两块特殊要求加工的直角方解石，
光轴在ACNM平面内方向与AC成
480，入射面取A ACNM面 220
M
•
e
•O 760
C 680
N
方解石的折射率n0=1.658, ne=1.486，加拿大树胶的折射率 n=1.55，O光入射角大于其临界角为69012’，被全反射，在CN
一、光的偏振性
1、横波和纵波的区别——偏振
•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。
例题：在透振方向正交的起偏器M和检偏器 N 之间，插入
B A
一束自然光射向石英、 方解石等各向异性介 质时，其折射光有两 束，这种现象称为双 折射现象。
2、光轴
某些晶体内有一个确定的方向，在这个方向上，o光和e 光的传播速度相同，这个方向称：
•沿光轴方向入射的光束，通过晶体不分为两
束光，仍沿入射方向行进。它是一个特征方向。
一片以角速度旋转的理想偏振片P，入射自然光强为I0，试 求由系统出射的光强是多少？
•• •
M P
M
P
N
A出 （A0 / 2)sint cost
I出 （I0 / 2) sin2 t cos2 t
N t
( I0 / 16)(1 cos 4t )
sin
1 (1 cos )
t=00,900,1800,2700时，输出光强为零。
二、尼科耳棱镜
1、引入
天然方解石厚度有限，不可 能把o光和e光分得很开。
2、结构
两块特殊要求加工的直角方解石，
光轴在ACNM平面内方向与AC成
480，入射面取A ACNM面 220
M
•
e
•O 760
C 680
N
方解石的折射率n0=1.658, ne=1.486，加拿大树胶的折射率 n=1.55，O光入射角大于其临界角为69012’，被全反射，在CN
一、光的偏振性
1、横波和纵波的区别——偏振
2020年南师附中高中物理竞赛辅导课件17波动光学(M偏振光的干涉)(共12张PPT)
2020年
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
1
§17-18 偏振光的干涉
一.偏振光干涉原理
双折射晶片
单色 P1
自然光
P2
光轴
e
起偏器
o
检偏器
d
经晶片： o光和e光的位相差为
'2(none)d
----振动方向垂直，位相差固定
振幅为
Ae A1cos
AoA1sin
P1
A1
Ae
Ao
P2
经检偏器：o光和e光都沿检偏器的偏
振化方向振动，但振幅矢量方向相反
(附加位相差) ----满足相干条件
振幅为：
A2e A A 1 ec sio nssin
P1
A1
Ae
A2oAocos Ao
A 1co ssin
----振幅相等A2o NhomakorabeaP2
A2e
两相干偏振光总的位相差为
'2(none)d
讨论：
2k 或(no-ne)d =(2k-1)/2:
干涉极大，视场最亮
(2k+1) 或(no-ne)d =k:
干涉极小，视场最暗
晶片厚度不均匀时，出现干涉条纹 白光入射则出现色彩----色偏振
二.人工双折射 各向同性非晶体在人为条件下，变
为各向异性而产生的双折射现象
1.光弹性效应
在机械力作用下产生的双折射现象
P1
F
P2
e
起偏器
o
检偏器 F
实验表明： none kp
k：比例系数，p：压强
2(none)d2kpd
即 随 p的变化而变化，材料内部
高中物理学奥林匹克竞赛
考前辅导
2020 江苏南京
1
§17-18 偏振光的干涉
一.偏振光干涉原理
双折射晶片
单色 P1
自然光
P2
光轴
e
起偏器
o
检偏器
d
经晶片： o光和e光的位相差为
'2(none)d
----振动方向垂直，位相差固定
振幅为
Ae A1cos
AoA1sin
P1
A1
Ae
Ao
P2
经检偏器：o光和e光都沿检偏器的偏
振化方向振动，但振幅矢量方向相反
(附加位相差) ----满足相干条件
振幅为：
A2e A A 1 ec sio nssin
P1
A1
Ae
A2oAocos Ao
A 1co ssin
----振幅相等A2o NhomakorabeaP2
A2e
两相干偏振光总的位相差为
'2(none)d
讨论：
2k 或(no-ne)d =(2k-1)/2:
干涉极大，视场最亮
(2k+1) 或(no-ne)d =k:
干涉极小，视场最暗
晶片厚度不均匀时，出现干涉条纹 白光入射则出现色彩----色偏振
二.人工双折射 各向同性非晶体在人为条件下，变
为各向异性而产生的双折射现象
1.光弹性效应
在机械力作用下产生的双折射现象
P1
F
P2
e
起偏器
o
检偏器 F
实验表明： none kp
k：比例系数，p：压强
2(none)d2kpd
即 随 p的变化而变化，材料内部
高中物理竞赛第十四章光的偏振(共64张PPT)
第十四章
§14-1 §14-2 §14-3 §14-4 §14–5
应 力 双 折 射
光的偏振
自然光和偏振光 起偏和检偏 马吕斯定律 反射与折射时光的偏振 光的双折射 偏振光的干涉 双折射现象
会聚光的 电光效应
1 首 页 上 页 下 页退 出 用偏振光干涉看到的结冰过程
§14-1 自然光和偏振光
• 光的干涉和衍射现象不能分辨光波是横波还是纵波，因 为这两种波都能产生干涉现象。 • 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。
Ai
Aix
x
Ax Ay 由对称性可知， 所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果与坐标系
无关。
7 首 页 上 页 下 页退 出
3、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方 向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正 交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等 的振动，故此自然光常用下图表示：
首 页 上 页 下 页退 出
二、马吕斯定律
I0
I
A
光强为I0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方
向的成α角时，则透过偏振片的光强为：
注意两点：
I I O cos
2
①入射光必须是线偏振光，不是自然光； ②是与cos2α正比，而不是与cosα正比。
13 首 页 上 页 下 页退 出
6 首 页 上 页 下 页退 出
2、自然光的分解
一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。 例如，一个振幅为Ａ的振动可分解为
Aix Ai cos
§14-1 §14-2 §14-3 §14-4 §14–5
应 力 双 折 射
光的偏振
自然光和偏振光 起偏和检偏 马吕斯定律 反射与折射时光的偏振 光的双折射 偏振光的干涉 双折射现象
会聚光的 电光效应
1 首 页 上 页 下 页退 出 用偏振光干涉看到的结冰过程
§14-1 自然光和偏振光
• 光的干涉和衍射现象不能分辨光波是横波还是纵波，因 为这两种波都能产生干涉现象。 • 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。
Ai
Aix
x
Ax Ay 由对称性可知， 所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果与坐标系
无关。
7 首 页 上 页 下 页退 出
3、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方 向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正 交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等 的振动，故此自然光常用下图表示：
首 页 上 页 下 页退 出
二、马吕斯定律
I0
I
A
光强为I0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方
向的成α角时，则透过偏振片的光强为：
注意两点：
I I O cos
2
①入射光必须是线偏振光，不是自然光； ②是与cos2α正比，而不是与cosα正比。
13 首 页 上 页 下 页退 出
6 首 页 上 页 下 页退 出
2、自然光的分解
一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。 例如，一个振幅为Ａ的振动可分解为
Aix Ai cos
高二物理竞赛课件：光的偏振
光的强度 I
2
Aixi Aiy j
Ai2x
Ai2y
i
i
i
05/ 20
自然光的强度
I Ai2x Ai2y
i
i
Iix Iiy I x I y
i
i
I
x
Iy
1 2
I
Ax Ay
自然光的振动分解为任意两束振动方向相互垂直、 振幅相等、无相差关联的非相干光
2 偏振光 光矢量只限于某一方向的振动 —— 平面偏振光 —— 线偏振光
1 线偏振光
3 部分偏振光 —— 在垂直于光传播方向的平面内 光矢量在相互垂直的两个方向上 振动振幅不相同
—— 偏振光的表示
—— 自然光 —— 线偏振光 —— 部分偏振光
1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光
2.使用偏振镜看立体电影
3.生物的生理机能与偏振光
4.使用偏振镜片眼镜，防止夜晚对面车灯 晃眼或者阳光刺眼影响 自然光 光是电磁波
光矢量(电场)振动方向与传播方向垂直
普通光源 在垂直于光传播方向的平面上 光矢量在各个可能方向上 取向是均匀的
光矢量大小和方向无规律性变化 任意两个振动光矢量A1和A2 是光源发出的两个波列的光矢量 两者之间没有固定的相位
在观察时间内 空间一点的光振动
是大量振动方向不同、无固定相位波列的非相干叠加 自然光 —— 一般光源以及太阳发出的光
自然光的光强 在垂直于光传播方向的平面上 将任意一个波列的光矢量 分解到两个垂直的方向上
Ai Aixi Aiy j 第i个光波列的强度 Ii Aixi Aiy j 2 Ai2x Ai2y
观察时间里，大量无相差关联的光矢量进行非相干叠加
高二物理竞赛课件：光的偏振(13张PPT)
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 .
起 偏
I0
起偏器
1 2
I
0
偏振化方向
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光 I0
....
检偏器
.
光强不变I = I0 /2
Copyright SunTianyu All rights reserved Southeast Univ
光波是横波
光的偏振 .
机械横波与纵波的区别
机 械 波 穿 过 狭 缝
一 自然光 偏振光
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
方向是任选的 .
各光矢量间无固定的 相位关系 .
E
符号表示
偏振光（线偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .
E
v
偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片 .
六角形长 对角线方 向为光轴
E
自然光 入射
线偏振 光出射
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！
人造偏振片：透明聚乙 烯淳片，强烈吸收某一 方向上的光振动，透射 光成为线偏振光。
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振动面
符号表示
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
平行纸面内强 垂直纸面内强
圆偏振光和椭圆偏振光
椭圆（圆）偏振光： 光矢量绕着光的传播方向旋 转，其旋转角速度对应光的角频率；对着光的传播 方向看去, 光矢量端点的轨迹是一个椭圆(圆)。
2020年高中物理竞赛—基础光学18偏振光的干涉：人工双折射(共11张PPT)
F
S
变→
变→干涉情况变
S
钓
模
钩
型
的
的
光
光
弹
弹
图
图
象
象
演 示
FF
白光
••
屏
偏振片1 FF
d 偏振片2
no ne cp ( c 是与材料有关的常数，p 为样品材料中的应力)
o 光和e 的相位差：
2πd
no
ne
cpd 2π
说明
(1) 各处 p 不同
不同
出现干涉条纹
(2) 应力分布越集中的地方条纹越细密
2020高中物理竞赛
基础光学
五 人工双折射 人为地造成各向异性 而产生双折射
1、应力双折射(光弹效应)
P1
··
F S
P2
C
有机玻璃 dF
干涉
应力→各向异性 → v 各向不同 → n各向不同
在一定应力范围内：ne no
k
F S
Δ
2πd
ne no
π
k d 2π F
S
π
各处 F不同→各处 不同→出现干涉条纹
应用：超高速开关（响应时间小于10-9s） 光调Q 显示技术 数据处理…
4、磁致双折射 科顿—穆顿效应： 某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性 性质类似于单轴晶体 光轴平行磁场
C
ne no H 2
二次效应
H
磁场很强 才能观察到
2、电致双折射(电光效应)
（1）.克尔效应(二次电光效应)
+ 45
45
P1 克尔盒 -
P2
l
d
盒内充某种液体 如硝基苯（C6H5NO2）
2019年高中物理奥林匹克竞赛专题--光学--第14章-光的偏振-和第15章光与物质的相互作用(共154张PPT)精品物理
立体电影
利用偏振形成双眼视差效应，产生立体景象视觉效果
用并排的两台摄影 机拍摄，
两放映机镜头分别 放置偏振化方向互 相垂直的偏振片，
观众的立体眼镜为 两个偏振化方向互 相垂直的偏振片
例题： 在两块正交偏振片 p1, p3 之间插入另一块偏
振讨片论转p 2动，p光2 强透为过
I p
0
3
的自然光垂直入射于偏振片 p 1
E
传播方向
· 光矢量E
振动面
迎着光的传播方向看
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解：
y
Ey
E
Ex
x
ExEcos Ey Esin
线偏振光表示法：···· · 光振动垂直板面 光振动平行板面
2、圆偏振光 、椭圆偏振光
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
0， IIma Ix0，
2
，I
0
— 消光
P
自·然·光I·0
线偏振光 I
I
1 2
I0
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。
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
的光强 I与转角的关系 .
，
I0
p1
p3
p1 p2
p3
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
I1
2019年新版高中物理竞赛教学指导全套课件第十八章光的偏振 (3)
e o
负晶体，no n树胶 ne
M
I0
N
ILeabharlann SI I0 cos2
： M , N 主截面间夹角
（2）渥拉斯顿棱镜
A
D
光轴
o
oe
光轴
B
e C
2.偏振片 3.波片--对特定波长而言。
（光轴与晶面平行）
光轴
no ne d d ----波片厚度
k
4
k
二、几个概念
产生双折射现象的原因是在晶体内
o e
晶体的光轴
no
ne
n c
光轴：晶体内 o 光 和 e 光传播速度
相同的方向。
单轴晶体：方解石 石英等
双轴晶体：云母 硫磺晶体等
主截面 入射面
光轴
光轴与任一晶面的 法线组成的平面 ---------主截面
光轴与晶体内任一 光线组成的平面 ---------主平面
入射线，折射线，反射线 3.入射面，主截面，主平面 4单轴晶体（正晶体、负晶体）
双轴晶体
三、用惠更斯原理解释双折射 以方解石（负晶体）为例。 1.正入射，光轴平行于表面； 2.正入射，光轴垂直于表面； 3.正入射，光轴与表面斜交； 4斜入射，光轴与表面斜交。
四、双折射现象的应用 1.偏振棱镜
（1）尼科耳棱镜 光轴
18.4 双折射现象
一、晶体的双折射现象
一束自然光射向各向异性介质时，经
折射后分成两束光的现象。
n 寻常光（o 光，ordinary）: 遵守折射定律， o 一定； 沿各向传播速度相同。
sin sin
i r
no
非常光（e 光，extraordinary）:
负晶体，no n树胶 ne
M
I0
N
ILeabharlann SI I0 cos2
： M , N 主截面间夹角
（2）渥拉斯顿棱镜
A
D
光轴
o
oe
光轴
B
e C
2.偏振片 3.波片--对特定波长而言。
（光轴与晶面平行）
光轴
no ne d d ----波片厚度
k
4
k
二、几个概念
产生双折射现象的原因是在晶体内
o e
晶体的光轴
no
ne
n c
光轴：晶体内 o 光 和 e 光传播速度
相同的方向。
单轴晶体：方解石 石英等
双轴晶体：云母 硫磺晶体等
主截面 入射面
光轴
光轴与任一晶面的 法线组成的平面 ---------主截面
光轴与晶体内任一 光线组成的平面 ---------主平面
入射线，折射线，反射线 3.入射面，主截面，主平面 4单轴晶体（正晶体、负晶体）
双轴晶体
三、用惠更斯原理解释双折射 以方解石（负晶体）为例。 1.正入射，光轴平行于表面； 2.正入射，光轴垂直于表面； 3.正入射，光轴与表面斜交； 4斜入射，光轴与表面斜交。
四、双折射现象的应用 1.偏振棱镜
（1）尼科耳棱镜 光轴
18.4 双折射现象
一、晶体的双折射现象
一束自然光射向各向异性介质时，经
折射后分成两束光的现象。
n 寻常光（o 光，ordinary）: 遵守折射定律， o 一定； 沿各向传播速度相同。
sin sin
i r
no
非常光（e 光，extraordinary）:
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应用：光开关
K 克尔常数
*14-6 旋光现象
线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动 面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转， 也称旋光现象。
•••
F
P1
C
P2
S..
旋光物体 过滤器
未放置C，P2后视场黑暗 放置C后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗
1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。
右旋物质 左旋物质
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d 有关。
d
旋光恒量
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角 在机械应力作用下，显示光学各向异性
no ne KP
K 比例系数 P 应力（压强）
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2
( no
ne
)d
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
P2
S..
E
克尔盒
no ne KE 2
2020高中物理学奥林匹克竞赛
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
*14-5 偏振光的干涉
一、椭圆偏振光与圆偏振光
P1
S....
人为双折射现象
C 光轴
C
Ee
Eo E sin Ee E cos
Eo
d
通过d后，位相差
2
( no
nd
)d
2
(
no
nd
)d
2
( no
ne
)d
2
(
no
ne
)d
4
四分之一波片
若
4
Eo E sin Ee E cos
通过晶片后的光成为圆偏振光
二分之一波片 若
2
4
通过晶片后的光成为线偏振光，
振动方向旋转900。
Ee
E2e
二、偏振光干涉
S....
C
E
P1
E2o
P2
Eo
透光轴相互垂直
P1
C
P2
光轴
d
E2o Eo cos E sin cos E2e Ee sin E cos sin
E2e、E2o 是一对振幅相等的相干光
光强决定于两束光的总位相差
2
( no
ne
)d
第一项为两光通过晶片产生的位相差
第二项是由于 E2e、E2o方向相反引起的附加位相差
干涉的明暗条件
2k
k 1,2, 亮
( 2k 1 ) k 1,2, 暗
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。
K 克尔常数
*14-6 旋光现象
线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动 面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转， 也称旋光现象。
•••
F
P1
C
P2
S..
旋光物体 过滤器
未放置C，P2后视场黑暗 放置C后，旋转P2一定角度，视场又变黑暗
1、不同的旋光物质可以使线偏振光的振动面 向不同方向旋转。
右旋物质 左旋物质
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d 有关。
d
旋光恒量
3、偏振光通过糖溶液、松节油时，振动面的旋转角 在机械应力作用下，显示光学各向异性
no ne KP
K 比例系数 P 应力（压强）
两偏振光通过厚度为d介质后产生的位相差
2
( no
ne
)d
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
P2
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E
克尔盒
no ne KE 2
2020高中物理学奥林匹克竞赛
光学篇[基础版] （含往年物理竞赛真题练习）
*14-5 偏振光的干涉
一、椭圆偏振光与圆偏振光
P1
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人为双折射现象
C 光轴
C
Ee
Eo E sin Ee E cos
Eo
d
通过d后，位相差
2
( no
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2
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no
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2
( no
ne
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2
(
no
ne
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4
四分之一波片
若
4
Eo E sin Ee E cos
通过晶片后的光成为圆偏振光
二分之一波片 若
2
4
通过晶片后的光成为线偏振光，
振动方向旋转900。
Ee
E2e
二、偏振光干涉
S....
C
E
P1
E2o
P2
Eo
透光轴相互垂直
P1
C
P2
光轴
d
E2o Eo cos E sin cos E2e Ee sin E cos sin
E2e、E2o 是一对振幅相等的相干光
光强决定于两束光的总位相差
2
( no
ne
)d
第一项为两光通过晶片产生的位相差
第二项是由于 E2e、E2o方向相反引起的附加位相差
干涉的明暗条件
2k
k 1,2, 亮
( 2k 1 ) k 1,2, 暗
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。