光学第章光的偏振
工程光学-13光的偏振1217
这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。
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第十三章 光的偏振
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note：
❖ i 0 — 称为布儒斯特角或起偏角 ❖ 折射光仍为部分偏振光 ❖ 入射角为i 0 ， 反射光线垂直折射光线
n1
i0
n2
r0
证明：
sin i0 n2 sin r0 n1
tgi0
sin i0 cos i0
✓ 法国物理学家及军事工程师。出生于 巴黎 ✓ 1808年发现反射光的偏振，确定了偏 振光强度变化的规律 ✓ 1810年被选为巴黎科学院院士，曾获 得过伦敦皇家学会奖章 ✓ 1811年，他发现折射光的偏振
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第十三章 光的偏振
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马吕斯定律的内容
强度为I0的偏振光，通过检偏
器后，透射光的强度为：
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第十三章 光的偏振
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偏振片既可用作起偏器，又可用作检偏器。
从自然光获得偏振光的过程——起偏 偏振片（利用晶体的二向色性）是一种常用的起偏器
偏振片
Io
• •• • 自然光
I
1 2
Io
线偏振光
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第十三章 光的偏振
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3、起偏器
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。
则性，使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极
快的速度取0～360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。
具有上述特性的光，称为自然光。2020/2/28
Y
自然光的表示法：用两个独立的
(无确定相位关系)、相互垂直的等幅
振动来表示。图中，圆点表示垂直于
光学光的偏振与偏振光的特性
光学光的偏振与偏振光的特性在物理学中，光的偏振是指光波中电场矢量方向的振动方式。
光可以是偏振的，也可以是非偏振的。
而偏振光则是一种特殊的光，它的电场矢量在特定方向上振动。
本文将介绍光学光的偏振以及偏振光的特性。
一、光的偏振现象光的偏振源于光波的电场矢量在传播方向上的振动方式。
普通的自然光是一个无规则的、非偏振的光波。
当光传播的过程中经历特定的介质如晶体或者偏振器材料时，光的电场矢量的方向将被限制在特定的方向上，使得光变为偏振光。
二、线偏振光与圆偏振光偏振光可以分为线偏振光和圆偏振光两种类型。
1. 线偏振光线偏振光是一种电场矢量在一个平面内振动的偏振光。
这种振动方式有两个方向：水平方向与垂直方向。
线偏振光可以通过偏振片或者通过特定的介质来实现。
当光经过一个偏振片时，只有与偏振片相同方向的电场矢量分量得以透过，垂直于偏振片的电场矢量分量则被完全吸收或者反射。
2. 圆偏振光圆偏振光是一种电场矢量绕着传播方向以圆形轨迹运动的光波。
圆偏振光可以通过经过特定的偏振器材料或者使用偏振片与波片组合而成。
圆偏振光可以分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光两种类型，取决于电场矢量的旋转方向。
三、偏振光的特性偏振光具有一些独特的特性，这些特性使得偏振光在许多领域中有着重要的应用。
1. 偏振态偏振态是描述光的偏振状态的方式。
偏振态可以用一个矢量来表示，这个矢量被称为偏振矢量或者偏振态矢量。
偏振矢量可以通过确定光波在三个相互垂直的方向上的电场矢量的振幅和相位来完全描述。
2. 光的吸收与透射当平面偏振光通过一个介质时，只有与偏振光方向相同的电场矢量分量能够透过介质，垂直于光的方向的电场矢量分量则会被吸收或者反射。
这可用于制作偏振片和滤光镜等光学材料。
3. 光的干涉和衍射偏振光具有与非偏振光不同的干涉和衍射行为。
干涉是指两个或多个光波相遇时的相互作用，而衍射则是指光通过一个有限尺寸的孔或者遇到一个障碍物时的传播行为。
偏振光的干涉和衍射特性可以为光学仪器和光学应用提供各种方案。
光的偏振概念
光的偏振概念1. 概念定义光的偏振是指光波在传播过程中，电矢量振动方向固定的特性。
光波是由电场和磁场构成的电磁波，而光的偏振则是指电场振动方向的特定取向。
通常情况下，光波中的电场矢量可以沿着任意方向振动，这种情况下称为自然光或非偏振光。
然而，在某些情况下，光波中的电场矢量会沿着特定方向进行振动，这种现象被称为偏振。
2. 重要性2.1 揭示光的本质通过对光的偏振进行研究，可以更深入地理解和揭示光的本质。
在19世纪初期，法国物理学家菲涅耳提出了“以波解释光”的观点，并通过对偏振现象的研究来支持这一观点。
他发现了自然光通过某些材料后会发生偏振现象，并提出了“法布里-珀罗”效应来解释这种现象。
这一发现推动了光的波动理论的发展，为后来的光学研究奠定了基础。
2.2 应用于光学器件光的偏振现象在许多光学器件中起着重要作用。
例如，偏振片可以通过选择性地透过或阻挡特定方向的偏振光来实现光的分离、滤波和调制等功能。
在液晶显示器中，通过控制液晶分子的偏振方向来实现图像显示。
而在激光器中，通过选择合适的偏振方式可以提高激光束的质量和稳定性。
2.3 在生物和医学领域中的应用光的偏振也在生物和医学领域中得到广泛应用。
例如，在显微镜技术中，通过使用偏振滤波器可以增强对细胞组织结构和分子取向等细节信息的观察。
此外，由于某些生物组织具有特定的偏振特性，因此通过对其偏振状态进行测量可以实现对组织病理变化、肿瘤诊断等方面提供有价值的信息。
3. 应用举例3.1 光通信光通信是一种高速、大容量的通信方式，广泛应用于现代通信系统中。
在光纤传输中，光信号被编码为脉冲序列，并通过光纤进行传输。
而这些光脉冲可以通过调制光的偏振来实现信息的传输和解调。
例如，利用偏振分束器和偏振旋转器等器件，可以将不同偏振方向的光脉冲进行分离和复用，从而提高光纤传输的容量和效率。
3.2 光学显微镜在生物学和医学研究中，显微镜是一种重要的工具。
其中偏振显微镜常常被用于观察材料的组织结构、晶体取向等信息。
光的偏振现象的原理和应用
光的偏振现象的原理和应用偏振现象的定义和原理光是一种电磁波，它的振动方向可以不受限制地摆动。
然而，当光传播过程中遇到特定的介质或物体时，它的振动方向会受到限制，这就是光的偏振现象。
光的波动形式分为纵波和横波，偏振现象主要发生在横波光中。
光的偏振现象可以通过以下两种方式实现：1.通过透射或反射产生偏振：当光从一个介质透射到另一个介质中时，根据两种介质的不同特性，光的振动方向会发生改变。
例如，当光从水中透射到空气中时，振动方向发生改变，产生偏振。
2.通过介质中的吸收和散射产生偏振：某些介质能够吸收特定方向的光，而将其他方向的光散射出来。
这样，散射出来的光就成为了偏振光。
光的偏振的分类根据光的振动方向和光传播方向之间的关系，光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种类型。
1.线偏振：光的振动方向只能在一个平面内，可以是水平方向、垂直方向或者在两者之间的任意方向。
2.圆偏振：光的振动方向随着时间呈现圆形轨迹。
3.椭偏振：光的振动方向随着时间呈现椭圆形轨迹。
光偏振的应用光的偏振现象在许多领域都有重要的应用。
以下是一些常见的应用：1.光学仪器：偏振片、偏振镜等光学元件常用于计量仪器和光学设备中，用于控制和分析光的偏振状态。
2.液晶显示技术：液晶分子具有偏振效应，利用液晶分子的偏振特性可以制造液晶显示器。
3.光通信：光纤传输中，利用光的偏振性质可以增加信息传输的容量，提高信号传输质量。
4.材料测试和表征：通过测试材料的偏振性质，可以了解材料的结构、性能等信息，对于材料的表征和研究具有重要意义。
5.生物医学成像：偏振光成像技术可以用于生物组织成像，通过对光的偏振变化进行分析，可以获取关于生物组织结构和功能的信息。
总结光的偏振现象是光学中的重要概念，它在许多领域都有广泛的应用。
通过透射、反射、吸收和散射等方式，光的振动方向可以受到限制，产生偏振。
根据振动方向和传播方向之间的关系，光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种类型。
光学中的光的偏振与衍射
光学中的光的偏振与衍射光的偏振与衍射是光学领域中重要的概念。
光的偏振指的是光的电场振动方向，在不同的介质中传播时会发生变化。
而光的衍射是指光线经过一个绕射物体或者通过孔隙时产生的光的分散现象。
本文将介绍光的偏振和光的衍射的基本原理和应用。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场振动方向的变化。
一般来说，自然光是无偏振的，它的电场振动方向在各个方向上都是不确定的。
但是在某些情况下，光的振动方向会被限制在一个平面上，这就是偏振光。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片是具有规则排列的分子链，当自然光通过偏振片时，只有与分子链排列方向相同的光能够透过，而其他方向的光则被阻挡。
因此，偏振片可以将自然光转化为偏振光。
光的偏振在许多领域中都有重要应用，例如显微镜、光学检测和光通信等。
通过控制光的振动方向，可以实现更精确的成像、检测和通信。
二、光的衍射光的衍射是指光线通过一个绕射物体或者通过一个孔隙时产生的光的分散现象。
当光线遇到一个绕射物体时，它会发生弯曲并从不同的方向分散出去。
这种现象可以用傍晚夕阳下窗户的模样来形象地理解。
光的衍射现象在日常生活中也有很多应用。
例如，CD、DVD等光盘的读取原理就是利用了光的衍射现象。
当激光光束照射在光盘表面刻有微小螺纹的部分时，光线会发生衍射，通过检测衍射光的强度和相位变化，可以将光盘上的信息解码。
此外，光的衍射还广泛应用于干涉仪、衍射望远镜等光学设备中。
通过精确地控制光的干涉和衍射现象，可以实现高分辨率的成像和测量。
三、光的偏振与衍射的关系光的偏振和衍射是密切相关的。
当偏振光通过一个孔隙或者绕射物体时，它的振动方向会发生变化，导致光的分散现象。
同样，通过控制光的偏振状态，也可以改变光的衍射效果。
例如，在光学应用中常用的偏振衍射光栅就是通过通过光的偏振和衍射相结合的技术实现的。
偏振衍射光栅可以将不同偏振方向的光分散到不同的位置，从而实现光的分光和调制。
此外，通过使用偏振光进行光的衍射实验，还可以研究物质的光学性质和结构。
光学中的光的偏振
光学中的光的偏振光的偏振是光学中一个重要的概念，指的是光波在传播过程中的振动方向。
光的偏振性质对于光的传播、干涉、衍射等现象有着重要的影响。
本文将从光的偏振的基本原理、偏振的产生方式以及应用领域等方面进行探讨。
一、偏振光的基本原理光波是由电磁波组成的，其中电场和磁场的振动方向垂直于光的传播方向。
而在光的偏振中，光波的电场振动方向将被限制在特定的方向上。
这种限制可以通过让光通过具有特殊结构的材料或通过特定的光学器件来实现。
光的偏振可以分为线偏振和圆偏振两种形式。
线偏振光的电场振动方向限制在一个平面内，而圆偏振光的电场振动方向则在平面上旋转。
线偏振光和圆偏振光之间可以相互转化，这种转化关系被描述为“波片”。
二、光的偏振产生方式光的偏振可以通过自然光通过偏振片或通过物质的散射来产生。
光通过偏振片时，偏振片只允许特定方向的振动通过，其他方向的振动则被阻止。
自然光通过偏振片后，原本不同方向的振动将被过滤掉，只剩下特定方向上的偏振光通过。
物质的散射也可以产生偏振光。
当光通过物质时，光波和物质分子之间相互作用，导致光的振动方向发生变化。
这种变化可以使散射后的光成为偏振光。
例如，天空中的蓝色是由于大气中的分子对光的散射，使天空中的光偏振为竖直方向。
三、光的偏振在实际应用中的作用光的偏振在许多领域都有重要的应用。
下面将介绍光的偏振在通信、显示技术和材料科学中的应用。
1. 光通信：偏振光在光通信中起着关键的作用。
由于光的偏振可以提供更大的信号传输容量和更低的传输损耗，偏振光被广泛应用于光纤通信系统中。
通过控制偏振光的传输方向和振动状态，可以实现高速、高容量的光通信。
2. 显示技术：液晶显示器是一种利用光的偏振特性来控制光的透过与阻止的技术。
通过液晶分子的排列方式，可以使光的偏振发生变化，从而控制显示器中的像素点是否能透过光。
液晶显示器具有薄、轻、功耗低等优点，广泛应用于电视、手机和电子书等领域。
3. 材料科学：光的偏振在材料科学中也发挥重要作用。
光学中的光的偏振与干涉
光学中的光的偏振与干涉光学是研究光以及光与物质相互作用的学科。
在光学中，光的偏振与光的干涉是两个重要的概念，它们在解释光的行为和应用中起着至关重要的作用。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量的方向。
通常情况下，光波中的电场沿着一个平面振动，在这种情况下，我们称光波为偏振光。
不同的偏振方向会对光的传播和相互作用产生影响。
光的偏振可以通过偏振片的使用来实现。
偏振片可以将非偏振光转换为偏振光，也可以选择性地通过特定方向的偏振光。
这种技术在很多应用中被广泛使用，比如液晶显示器和太阳镜。
二、光的干涉光的干涉是指两个或多个光波的相互作用。
当两个光波相遇并叠加时，它们会发生干涉现象。
干涉可以是构造性的，也可以是破坏性的，取决于光波的相位和振幅差异。
干涉现象通过干涉条纹来展示。
干涉条纹是在干涉过程中由于不同光波的叠加而形成的亮暗交替的条纹。
通过这些条纹，我们可以观察和分析光的波动特性以及光的性质。
干涉在各个领域都有应用，比如干涉测量、光学干涉仪、干涉光谱学等。
通过利用干涉现象，科学家可以实现对物质的测量和分析，也可以研究光的传播和相互作用的规律。
三、光的偏振与干涉的联系光的偏振和干涉虽然是两个不同的概念，但它们之间存在一定的联系。
一方面，偏振光可以用于干涉实验。
通过选择特定方向的偏振光，可以产生特定的干涉条纹，从而实现对光的干涉的研究。
另一方面，偏振光在干涉过程中也会受到影响。
不同偏振方向的光波在叠加时会产生相位差，这会导致干涉条纹的改变。
通过分析干涉条纹的变化，可以进一步研究光的偏振性质以及光与物质的相互作用。
四、光的偏振与干涉的应用光的偏振和干涉在很多领域都有广泛的应用。
在光通信领域，偏振光可以用于提高信号传输的质量和距离。
在材料研究中，干涉技术可以用于测量材料的厚度、折射率等参数。
在生物医学领域，光的偏振和干涉可以用于显微镜成像和组织结构的分析。
总结：光的偏振和干涉是光学中的重要概念，它们对于理解光的行为和应用至关重要。
光学中的光的衍射与光的偏振知识点总结
光学中的光的衍射与光的偏振知识点总结光学作为物理学的一个重要分支，研究的是光的本质和光的行为。
其中，光的衍射和光的偏振是光学领域中的两个重要概念。
本文将对光的衍射和光的偏振进行知识点总结。
一、光的衍射光的衍射是指当光通过一个孔径或者是通过物体的边缘时，光波会发生弯曲并产生扩散现象。
光的衍射现象是由于光波的波动性质而产生的。
1. 衍射的基本原理衍射的基本原理是光波的干涉原理。
当光波通过一个孔径或者物体边缘时，波前会因为波的传播而扩散，扩散的过程中会与自身的其他波前相互干涉，形成干涉图样。
2. 衍射的特点- 衍射是波动现象，不仅仅限于光波，在声波、水波等波动现象中同样存在衍射现象。
- 衍射是光通过小孔、边缘等物体时产生的，但并不是所有光通过小孔或边缘都会发生衍射，必须满足一定的条件。
- 衍射现象的特点是光波的传播方向会发生改变，形成扩散的波前。
3. 衍射的应用- 衍射方法可以测量光的波长，例如夫琅禾费衍射。
- 借助衍射现象可以实现光的分光，例如菲涅尔衍射。
- 衍射也广泛应用于光学仪器的设计，可用于消除光学系统的像差。
二、光的偏振光的偏振是指光波中的电磁场矢量在传播过程中只在振动方向上具有确定性。
在光学中，光的偏振是指光波中电场振动方向的特性。
1. 光的偏振方式根据光波中电场振动方向的变化，可以将偏振分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种主要方式。
- 线偏振：电场振动方向保持不变的偏振方式。
- 圆偏振：电场振动方向绕光传播方向旋转的偏振方式。
- 椭圆偏振：电场振动方向沿椭圆轨迹变化的偏振方式。
2. 偏振的产生机制偏振的产生可以通过偏振片、反射、折射和散射等方式实现。
其中，偏振片是最常见的用以产生线偏振光的方法。
3. 偏振的应用- 偏振在光学成像领域有广泛应用，例如显微镜中的偏振光显微镜，可用于观察和分析有光学各向异性的样品。
- 通过偏振可以实现光的消光、偏振衍射等实验现象，进一步研究光的特性和物质的性质。
总结：光学中的光的衍射和光的偏振是两个重要的知识点。
光的偏振和光的振动方向
光的偏振和光的振动方向光是一种电磁波，它的传播方式既有波粒二象性，也有振动特性。
而光的振动方向以及偏振状态，则是光学研究中一个重要的概念。
本文将深入探讨光的偏振以及光的振动方向的相关知识。
一、光的振动方向光是由电场和磁场沿着垂直于传播方向的平面中振动而产生的。
而光的振动方向则指的是电场振动的方向，也就是光波在空间中振动的方向。
光的振动方向可以是任意方向，可以纵向或横向。
1. 纵向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向平行时，光被称为纵向振动光。
纵向振动的光可以用于激光器、光纤通信等领域。
2. 横向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向垂直时，光被称为横向振动光。
横向振动的光在自然界中比较常见，如太阳光、荧光灯等。
光的振动方向对于光的性质和应用具有重要影响。
例如，在光学偏振器中，只能使特定方向振动的光通过，而其他方向振动的光则被滤除。
这种技术广泛应用于液晶显示器和3D眼镜等领域。
二、光的偏振光的偏振指的是对于特定偏振方向的光。
在自然界中的大多数光都是自然光，它是由各种振动方向的光组成，振动方向各异，且没有固定的规律。
然而，在某些物质的作用下，光可以被偏振为特定方向的光。
这些物质可以是偏振片、光学偏振器等。
通过这些装置，可以将自然光变为特定偏振方向的偏振光。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
1. 线偏振：线偏振光的电场振动方向只沿一个固定的方向，而电磁场振动的幅值则是随时间变化的。
线偏振光可以通过特定的偏振片或光学偏振器来实现。
2. 圆偏振：圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个固定的圆轨迹旋转。
圆偏振光在许多光学应用中都具有重要作用，如旋光现象和光学相位调制等。
3. 椭圆偏振：椭圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个椭圆轨迹变化。
椭圆偏振光是线偏振光和圆偏振光两种形式的混合。
光的偏振不仅在实验室中有重要应用，还在光学通信、光储存、光学计量等领域具有广泛的应用。
结论光的偏振和光的振动方向是光学研究中重要的概念。
3光的偏振
四分之一波片 偏振片（转动） I变, 有消光 I变, 无消光
一、基本要求 1．理解自然光和偏振光，理解用偏振片起偏和检偏的方法。 2．掌握通过反射、折射和晶体的双折射产生偏振光的原理和方法, 并掌握如何检验偏振光。 3．掌握布儒斯特定律和马吕斯定律。 4．了解晶体的双折射现象, 了解o光和e光的性质和区别。 二、 知识系统图
光轴
入射时o、e光同相， 出射时o、e光反相， ∴出射光仍是线偏振光，
振动方向转过，当时，转过。 (3) 全波片：
它对某种波长的光不起作用（相位延迟了）。
三.椭圆与圆偏振光的检偏
用片和偏振片P可区分出圆偏振光和自然光或椭圆偏振光和由自然光与
线偏振光所组成的部分偏振光。
线偏振光 线偏振光 线偏振光 自然光 圆偏振光 自然光 线偏振光 线偏振光 线偏振光 部分 偏振光 椭圆偏振光 部分偏振光 四分之一波片 偏振片（转动） I不变 I变, 有消光 以入射光方向为轴
当光的入射面为主截面时，o光和e光的主平面都在主截面内，此 情形下o光与e光的振动方向相互垂直。
二.晶体的主折射率，正晶体、负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,
同。
· · · · · · · · · · ·
光的传播速度也不
· · · · · · · · · · · · · vot
光轴 光轴
vet vot
自然光从空气→玻璃(n2 =1.50)，可算得 。要提高反射线偏振光的强 度，可利用玻璃片堆的多次反射。
· · ·
· · · · · · · · · i0
接近线偏振光
· · · · · · · · · · ·
· · · · · · ·
光学偏振小实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光的偏振规律的认识。
2. 掌握产生和检验偏振光的光学元件（如偏振片、1/4波片等）的工作原理。
3. 学习使用偏振片进行光路准直和极坐标作图。
二、实验原理1. 光的偏振现象：光是一种电磁波，其电场矢量E在垂直于光传播方向的平面上可以有不同的振动方向。
当光在传播过程中，若电场矢量E保持一定的振动方向，则称为偏振光。
2. 偏振片：偏振片是一种具有选择性吸收特定方向振动光线的材料。
当自然光通过偏振片时，只有与偏振片偏振方向一致的光线能够通过，从而实现光的偏振。
3. 1/4波片：1/4波片是一种厚度为1/4波长（λ/4）的透明介质，它可以将线偏振光转换为椭圆偏振光或圆偏振光。
4. 马吕斯定律：当线偏振光通过一个与其偏振方向成θ角的偏振片时，透射光的强度I与入射光强度I0之间的关系为：I = I0 cos²θ。
三、实验仪器1. 光具座2. 偏振片3. 1/4波片4. 激光器5. 白屏6. 直尺7. 量角器四、实验步骤1. 将激光器发出的激光照射到白屏上，调整激光器与白屏的距离，使激光在白屏上形成明亮的点。
2. 将偏振片放置在激光器与白屏之间，调整偏振片的偏振方向，观察白屏上的光点变化。
3. 记录偏振片偏振方向与光点变化的关系，分析光的偏振现象。
4. 将1/4波片放置在偏振片与白屏之间，调整1/4波片的光轴方向，观察白屏上的光点变化。
5. 记录1/4波片光轴方向与光点变化的关系，分析1/4波片的作用。
6. 将偏振片与1/4波片组合，观察白屏上的光点变化，分析光的偏振现象。
7. 利用偏振片和1/4波片进行光路准直，观察准直效果。
8. 使用直尺和量角器测量偏振片和1/4波片的偏振方向，分析极坐标作图方法。
五、实验结果与分析1. 当偏振片的偏振方向与光点变化方向一致时，光点亮度最大；当偏振片的偏振方向与光点变化方向垂直时，光点亮度最小。
2. 1/4波片可以将线偏振光转换为椭圆偏振光或圆偏振光，当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向成45°时，光点亮度最大。
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-光的偏振
❖ 3D立体电影
授课小结
Ex t Ax cos kz t
Ey
t
Ay
cos
kz
t
恒定 则为完全偏振光
偏振状态
自然光（非偏振光）
完全偏振光
偏振态
部分偏振光
Ey
E Ex k
分 解
椭圆偏振光 线偏振光 圆偏振光
作业布置与参考文献
查资料调研光偏振的其它应用。撰写一个小得调研报告。
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4 圆偏振态
Ex t Ax cos kz t
Ey
t
Ay
cos
kz
t
❖ 若∆φ为±π/2的奇数倍：
Ex2 Ax2
E
2 y
光学光的偏振与光的颜色
光学光的偏振与光的颜色光是一种电磁波，在空间传播时具有振动方向和振动平面的特性。
光的偏振是指光的振动方向相对于光传播方向的确定性。
而光的颜色是指光在人眼中产生的视觉感受，与光波的频率和波长有关。
本文将探讨光的偏振与光的颜色之间的关系。
一、光的偏振光的偏振现象最早由法国物理学家马尔斯·马尔斯尔(Malus)于19世纪初研究得出。
他发现当光通过偏振器时，光的强度会发生变化，强度最小的情况是光的振动方向与偏振器的允许方向垂直。
这表明光的偏振是指光波的振动方向被限制在某个特定的方向上。
光的偏振可以通过偏振片来实现。
偏振片由高分子化合物制成，能够选择性地吸收特定方向上的振动光，使通过的光只在一个特定的方向上振动。
它在光学仪器制造、光学通信、显微镜等领域有广泛应用。
二、光的颜色光的颜色是由其波长决定的。
根据波长的不同，可将光分为不同的颜色，即红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种基本颜色。
在日常生活中，我们所见到的白光是由多种颜色的光线混合而成的。
例如，阳光经过雨滴的折射和反射，形成彩虹。
彩虹上的颜色由波长较短的紫光到波长较长的红光依次排列。
光的颜色还可以通过光的衍射和干涉来解释。
当光线通过狭缝或物体的边缘时，会产生衍射现象，其中具有一定波长范围的光会发生干涉，形成彩色的光斑。
这也是我们在观察CD、DVD等光盘时看到的彩色光线的原因。
三、偏振与颜色之间的关系光的偏振与光的颜色之间存在一定的关系。
当通过偏振片的光线是单色光时，光的颜色不会发生改变。
但当通过偏振片的光线是白光时，由于白光包含多种颜色的光线，不同波长的光在通过偏振片时会有不同的吸收和透射程度，从而导致通过偏振片后的光线颜色发生变化。
此外，光的偏振还与光的衍射和干涉现象有关。
当通过偏振片的光线发生衍射和干涉时，不同偏振方向的光线会发生相位差，使得不同颜色的光在干涉或衍射现象中呈现出不同的颜色变化。
总结：光的偏振是指光波的振动方向被限制在某个特定的方向上。
光学中的光的偏振和干涉原理
光学中的光的偏振和干涉原理在物理学中，光学是一个关于光的传播、偏振和干涉等方面的研究领域。
在这个领域中，人们对光的性质进行了深入的研究，其中包括光的偏振和干涉原理。
一. 光的偏振光的偏振是指光波的振动方向。
光通常是以垂直于传播方向的各个方向振动的，这种光称为自然光。
但是，我们可以通过一些方法来限制光波只沿特定方向振动，这时就会出现偏振光波。
一个常见的方法是使用偏振片。
当自然光通过偏振片时，偏振片会阻止其中垂直于其特定方向的振动，只允许平行于其特定方向的振动通过。
这样，输出的光就会呈现出偏振的状态。
除了偏振片，光的偏振还可以通过其他方法实现。
例如，当光被反射或折射时，如果它们的入射角度等于特定角度，那么只有振动在平面内的光才会被反射或折射，而垂直于平面的光则不会被反射或折射，因此出现了偏振。
在光学应用中，偏振光有很多重要的用途。
例如，人们可以使用偏振片来减少在照片或视频中反光的情况，从而提高成像质量。
二. 干涉原理干涉是指两个或多个波的叠加产生的现象。
在光学中，干涉现象可以用来研究光波的性质、制造光学元件以及开展其他相关研究。
干涉可以分为两种类型：相干干涉和非相干干涉。
相干干涉是指两个或多个波的相位差为常数的干涉。
相位差可以通过改变波长、路径差、入射角度等因素来调整。
非相干干涉是指两个或多个波的相位差不是常数的干涉。
这种干涉是由于不同位置、时间或频率的波不断随机地相遇所产生的。
在相干干涉中，两个波的相遇会产生干涉条纹。
这些干涉条纹通常是亮暗相间的，与光波叠加时波峰和波谷的位置有关。
人们可以使用干涉现象来制造一些光学元件，例如干涉仪、反射镜和衍射光栅等。
这些元件是光学传感器和其他相关技术中的重要组成部分。
干涉现象也被广泛应用于显微镜、光谱仪和激光干涉计等领域。
总之，光的偏振和干涉原理是光学中的两个重要方面。
了解这些原理可以为光学应用的研究和设计提供深入的洞察和认识。
随着技术的不断发展和应用需求的不断提高，人们对光学原理的研究也会越来越广泛和深入。
光学中的光的偏振与反射
光学中的光的偏振与反射光的偏振是指光在传播过程中，振动方向沿着特定方向进行的现象。
光在空间中传播时，其电场矢量在垂直于传播方向的平面内振动，这个平面称为光的假设振动方向。
而光的反射则是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
一、光的偏振光的偏振是指光波在空间中振动方向固定的现象。
光波的振动方向垂直于其传播方向，并且只朝一个特定方向振动，这个方向就是偏振方向。
光的偏振是在特定条件下发生的，只有光的振动方向与平面波传播方向垂直，才能实现光的偏振。
光的偏振可以通过偏振片实现。
偏振片是一种过滤特定方向光波的器件，它具有特殊的光学结构，能够仅允许一个方向的振动波通过。
例如，当偏振片的偏振方向与场强方向平行时，通过的光强最大；而当偏振方向垂直于场强方向时，通过的光强最小。
这种特性使得偏振片在光学仪器和光学测量中具有重要应用。
二、光的反射光的反射是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
在光的反射过程中，入射角、反射角和法线构成一个平面，这个平面即为反射平面。
根据光的反射规律，入射光线、反射光线和法线在同一平面上，且入射角等于反射角。
这被称为反射定律。
根据反射定律，当入射光线的振动方向与反射平面垂直时，反射光线也会有振动方向与反射平面垂直；反之，当入射光线的振动方向与反射平面平行时，反射光线的振动方向也与反射平面平行。
在实际应用中，光的反射有着广泛的用途。
例如，平面镜的原理就是利用光的反射将光线反射出来，使得人们可以通过镜面看到物体的图像。
反射还被用于光学测量、光学通信等方面。
总结：光的偏振与反射是光学中重要的概念。
光的偏振是指光波在传播过程中，振动方向沿着特定方向进行的现象；光的反射是指光线从一种介质表面射向另一种介质时，光线改变传播方向的现象。
了解光的偏振与反射对于深入理解光学原理以及在实际应用中的运用都具有重要意义。
以上是对光的偏振与反射的简要介绍，希望能够对您有所帮助。
光学知识点光的衍射与偏振
光学知识点光的衍射与偏振光学是研究光的传播和性质的一门科学，在光学中，光的衍射和偏振是两个重要的知识点。
本文将针对光的衍射和偏振进行详细的介绍和解析。
一、光的衍射光的衍射是指光通过物体缝隙或者绕过物体边缘时，发生弯曲和分散的现象。
光的衍射是光在波动性的基础上产生的结果，它与光的波长和物体的尺寸有关。
光的衍射现象普遍存在于日常生活中，比如阳光穿过树叶缝隙形成的斑驳光影。
光的衍射理论建立在赫歇尔原理的基础上，这一原理指出：当光通过一个具有大小适中的孔或者经过有规则的物体边缘时，可以看到离开孔或边缘的光以球形波的形式传播，进而形成衍射图样。
在光的衍射中，常见的现象包括夫琅禾费衍射、菲涅尔衍射、夫琅禾费-菲涅尔衍射等。
夫琅禾费衍射主要发生在具有缝隙的物体上，而菲涅尔衍射则发生在绕过物体边缘时产生的衍射图样。
夫琅禾费-菲涅尔衍射是两者的综合，既考虑了光线的几何性质，也考虑了光波的波动性质。
光的衍射不仅在自然界中广泛存在，而且在科学研究以及技术应用中也有着重要的地位。
例如，在天文学中，通过观测光的衍射现象可以了解星体的特性；在激光技术中，利用光的衍射可以实现光的聚焦和成像。
因此，对光的衍射的研究对于科学和技术的发展具有重要的意义。
二、光的偏振光的偏振是指光波沿着特定方向传播的现象。
偏振是光的电场方向发生的，根据光电场振动方向的不同，可以将光分为不同的偏振态，常见的偏振态有线偏振、圆偏振和非偏振光。
具有特定方向的光波被称为偏振光，而没有特定方向的光波称为非偏振光。
线偏振光是指光电场在空间中只沿着一个方向振动的光，光波的电场方向与传播方向垂直。
圆偏振光是指光电场在空间中沿着一个方向旋转的光，光波的电场方向沿着传播方向旋转。
非偏振光是指光电场在空间中随机振动的光，光波的电场方向既不沿着一个特定方向振动，也不旋转。
光的偏振性质在许多领域都有重要的应用，比如在液晶显示技术中利用偏振光的旋转来调节光的亮度和颜色；在光学显微镜和偏振显微镜中利用偏振光的传播特性来观察样品的细节和结构。
光的偏振
纸面
双 折 射
光 光
方解石 晶体
26
结束 返回
几个重要实验结果： 1）两束光分别为寻常光（o 光）和非寻常光（e光） 寻常光（ordinary 遵从折射定律
自然光
n1 n2
i
re
(各向异 ro light）： 性媒质)
o光
e光
n1 sin i n2 sin ro
const .
27
非寻常光（extra-ordinary light）： (1)一般不遵从折射定律: sin i (2)一般折射线不在入射面内。
· · o光 ： · · v t · · o · · ·
光轴
e光 ：
vot
· · · · · · · · · · · · · ··
vet 光轴
e光的子波面
o光的子波面 光轴 v t 正 e 晶 v o t 体 点波源 (ve< vo)
负 晶 体 (ve> vo)
光轴
vot vet 点波源
I0
I ？
2
A0
通光方向
P
A A0 cos
I I0 cos
演示：偏振片的起偏和检偏
10
§3.光在反射折射时的偏振
---布儒斯特定律
一.现象
i
n1 n2
自然光入射在两各向同性媒质界面， 反射、折射光线的偏振状态改变。 1. 任意入射角i ：
反射、折射光均是部分偏振光。
垂直于入射面的分量多
合成 椭圆偏振光 一对同频率、方向垂直、 → → （以此两方向 相位差为π/2 为长短轴） 振幅不同的线偏振光 分解 思考：从正交分解的角度看，自然光和圆偏振 46 光；部分偏振光和椭圆偏振光有何区别？
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菲涅耳公式：
Ap/ 1 Ap1
tgi1 tgi1
i2 i2
;
As/1 As1
s s
ini1 ini1
i2 ； i2
i i 1
'
• •
1• •
n1
n2
•
Ap2 Ap1
2 sin i2 cosi1
sini1 i2 cosi1
i2
;
As 2 As1
2sin i2
sini1
c osi1
i2
.
振动面
振动面
••••••
自然光
如果电矢量既有空间分布的均匀性，又有时间分布的均匀性， 也就是在轴对称的各个方向上电矢量的时间平均值是相等的， 具有这种特点的光称为自然光。
y
x z
y
x • ••• ••• ••••
z
若自然光的光强为 I，则x方向和y方向的光强为：
Ix
A
2 x
Iy
A
2 y
I 2
I
o＝I
＝
e
I 2
；这
两种线偏振
光再入射到O
，
2
O1
O2
则
可得：I
＝
oo
I 2
c
os2，I
＝
oe
I 2
s
in
2；
I
＝
eo
I 2
s
in
2，I
＝
ee
I 2
c
os2。
O2
1当＝30 0 时 ，I oo：I oe：I eo：I ee＝3：1：1：3；
O1
I
＝
e
I 2
I
＝
o
I 2
2当＝1800
时
，I
oo＝I
P I max I min 1
In Ip
I max I min 2
3.i1＋i2 900 , Ap/1 0
此时特殊的入射角i1我们用i10 来表示, 称为布儒斯特角. 根据折射定律: n1 sin i1 n2 sin i2 , 可得此时的入射角满足:
tan i10
sin i10 c osi10
1 z
2
3
y
x
3对于单轴晶体，三个固有频率中有两个相同。
令平行于光轴方向的为1，垂直方向的为2 .
结论1.C点发出的振动方向垂直 于主平面的光是 O光，
vo •
•
v•
••
o
C • • • •
vo
1 2
它沿一切方向传播的速 度都相同，波面是一个 球面；
vo
结论2.C点发出的振动方向平行 于主平面的光是 e光，
sin i10 sin i2
n2 n1
,
这就是布儒斯特定律.
Ap/ 1 As/1 cos i1 i2 Ap1 As1 cos i1 i2
线偏振光
i10
• •
•
n1
n2
i2 • •
例5.3 在折射率为ns的玻璃基板上，涂上一层折射率为n的 介质薄膜，一束电矢量在入射面内的线偏振光入射到基板
no
ne
tan
2
O'
在晶体外 : Io tan 2
Ie O
e光
e光
o光
o光
例5.4 强度为I的自然光，垂直入射到方解石晶体上后又垂直入射到
另一块完全相同的晶体上。两块晶体的主截面之间的夹角为，试求 当分别为300 和1800时，最后透射出来的光束的相对光强。
解： 如右图所示，自然光通过O1后，得到o光和e光
其中一束光满足折射定 律，且入射面和折射面 始终在同一平面，称为 寻常光，也叫 o光；
另一束光不满足折射定 律，且入射面和折射面 一般不在同一平面，称 为非常光，也叫 e光。
o光e光 只在晶体 内部有意义
b）光轴、主平面与主截面
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。
o光 e光
心做一个半径为v0t的球面和一个半短轴为v0t，半长轴为vet椭球面， 使椭球的半短轴沿光轴方向，过D点做球面的切面DO和椭球面的切
面DE。其中O和E为切点，则o光e光沿AO和AE方向传播。它们的振
动方向如图所示。
2：实际工作中晶体的光轴与晶体表面平行或垂直。
z
y
xy
z x
z
••• •••
振动方向
传播方向
振动方向
传播方向
波的振动方向对于传播 方向的不对称性叫做偏 振，它是 横波区别于纵波的一个 最明显的标志，横波才 有偏振现象。
光振动的各种状态
光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直， 但是在与传播方向垂直的平面内还可能有各种 不同的振动状态。
线偏振光
如果光在传播过程中电矢量的振动只限于某一个确定的平面，则称为平面偏振光； 由于它的电矢量在与传播方向垂直的平面上的投影为一条直线，故称为线偏振光。 电矢量和光的传播方向所构成的平面称为线偏振光的振动面。
注意：光轴代表的是某个方向，不是某条特定的直线。 只有一个光轴的晶体，叫做单轴晶体，如方解石、石英等。 有两个光轴的晶体，叫做双轴晶体，如云母、硫黄等。
包含晶体光轴和一条给 定光线的平面 叫做与这条光线相对应 的主平面。
包含晶体光轴和界面法线的平面叫做主截面。 当光线的入射面与主截面重合时，o光和e光的 光线都在入射面内，它们的主平面互相重合， 也和主截面及入射面重合。
o nod e ned
o e no ne d
2
2
no
ne d
d
2k 1
4
1 波片 2k 1
4
2
2k 1
2
半波片 2k 1
线偏振光垂直入射到半 波片后透射光仍为线偏 振光，但是透射出来的 线偏振光的振动面
从原来的方位转过了 2.其中为入射时线偏振光的振 动面和晶体主截面之间 的夹角。
都和透振方向一样平行。其强度的大小则由马吕斯定律决定。
例5.1 将两块理想的偏振片P1和P2共轴放置，然后让强度为I1和I2
的自然光和线偏振光同时垂直入射到偏振片P1上，从P1透射后又入射
到偏振片P2上，试问：
1P1不动，将P2以光线为轴转一周，从系统透射出来的光强如何变化？
2欲使从系统透射出来的光强最大，应如何放置P1和P2？
1• •
n1
n2
•
i2
例5.2 通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由透射光强
最大的对应位置转过600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。
In
600
Imax
Ip
In 2
I 60
Ipcos2 600
In 2
I min
In 2
Ip
I max 2I 60
和薄膜上。改变入射光的方向，使直接从基板透射的光和
通过介质薄膜后再透射的光的光强差最小，那么介质的
C
D
折射率n tan。
c）透射光的偏振态
如果光以布儒斯特角入射，则对于折射光有：
Ap2 Ap1
2
sini10
cosi10 sin i2
i2 cosi10
i2
As 2 As1
2 cosi10 sin i2
2k
2
全波片
2k
5.7 椭圆偏振光和圆偏振光
1.实验上线偏振光的获得
偏振片P,反射光，折射光 尼科尔棱镜 ,沃拉斯顿棱镜
2.理论上线偏振光的获得
y
沿x方向振动的线偏 振光可以表示为：
Ey o
x
Ex Ax cost kz
Ex
z
z
Ey Ay cost kz
y
y
ox
y
E Ex ex Ey ey
它沿不同方向有不同传 播速度，波面是一个椭 球面。 ve C
正晶体 : vo ve ; 例如：石英
负晶体 : vo ve . 例如：方解石
5.5 光在晶体中的传播方向（了解）
1:惠更斯作图法, 确定光的传播方向: 如图虚线代表光轴，它在入射面内 并与晶体表面成一倾斜角。当波面
B D
AO E
上的B点所发出的次波经过时间t到 达晶体表面的D点时，从A点发出 的次波已进入晶体内部。以A为球
5.2 线偏振光与部分偏振光
a）偏振片P与马吕斯定律
如某光学元件只允许电振动沿某特殊的方向通过， 则称之为偏振片。这个特殊的方向称为透振方向。 根据用途，可以把偏振片分为起偏器和检偏器。
透振方向
I1
I1
• ••• ••• ••••
2
I
I I cos2
无论是自然光还是线偏振光，它们经过偏振片以后振动方向
自然光 I1
P1
P2
透射光＝？
多种光入射，多 个偏振片排列。
线偏振光 I2
步步使用马吕斯 定律！
I中
I1 2
I 2 c os2
I透
I1 2
I2cos2 cos2
思考：1.偏振片的特点是什么？ 2.如何表述马吕斯定律？
3.如何从马吕斯定律中得出自然光通过理想偏振片后，
强度变为原来的一半？
b）反射光的偏振态与布儒斯特定律
sini10 i2
利用：i10 i2 900，可得经过第一次折射，
电矢量平行分量A
1
p2
Ap1
2sin 2i2 sin 2i2
Ap1 tan i2
经过第二次折射Ap22 Ap1
As12 2 sin 2 i2 As1
As22 As1 sin 2 2i2