反射和折射的偏振特性
光的折射、全反射、干涉、衍射、偏振
光的折射一、知识点梳理1． 光的反射定律：光从一种介质射到另一种介质的分界面时发生反射。
反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与入射光分别位于法线的两侧。
2． 光的折射现象，光的折射定律：折射光线与入射光线、法线处于同一平面内，折射光线与入射光线分别位于法线两侧，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
注意两角三线的含义折射率 （光线从介质Ⅰ——介质Ⅱ）12sin sin v v r i n ＝＝折射现象的光路可逆性3．折射率：入射角的正弦与折射角的正弦的比。
（1）折射率的物理意义：表示介质折射光的本领大小的物理量 （2）折射率大小的决定因素——介质、光源(频率)在其它介质中的速度vcn ，式中n 为介质的折射率，n >1，故v <c 注意：（1）介质的折射率rin sin sin ＝是反映介质光学性质的物理量，它的大小由介质本身决定，同时光的频率越高，折射率越大，而与入射角、折射角的大小无关。
（2）某一频率的光在不同介质中传播时,频率不变但折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波相同);不同频率的光在同一介质中传播时,折射率不同,所以光速不同,波长也不同(与机械波的区别).频率越高，折射率越大。
4．折射时的色散：含有多种颜色的光被分解为单色光的现象叫光的色散。
（1）光通过棱镜时将向棱镜的横截面的底边方向偏折 （2）通过棱镜成像偏向顶点（3）实验表面，一束白光进入棱镜而被折射后，在屏上的光斑是彩色的，说明光在折射时发生了色散。
（4）光的色散规律：红光通过棱镜后偏折的程度比其他颜色的光的要小，而紫光的偏折程度比其他颜色的光要大。
说明透明物质对于波长不同的光的折射率是不同的。
波长越长，折射 率越小。
5．应用（一般方法）：分析光的折射时，一般需作出光路图，以便应用折射规律及光路图中提供的几何关系来解答。
在实际应用中，常见方法是：①三角形边角关系法；②近似法，即利用小角度时，θ≈tanθ≈sinθⅠ Ⅱ的近似关系求解。
光的偏振,反射和折射产生偏振和双折射现象
椭圆偏振光
线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的光振动均可分解为两个相互垂直
同频率相差恒定线偏振光振动的合成 x = A1 coswt y = A2 cos(wt + Dj )
对线偏振光，刚入射时相差为 Dji = π 或 0
垂直入射波晶片后，分解为振动方向相互垂直的 o 光和 e 光，取 x 轴方
向为 o 光振动方向，y 轴方向为 e 光振动动方向
-
ne )d
波晶片分类
(no - ne )d = λ 4
(no - ne )d = λ 2 (no - ne )d = λ
Dj = π 2 Dj = π Dj = 2π
1 4 波片 半波片 全波片
Ø说明: 一定的波晶片是针对某一特定波长而言的.
26/28
波晶片可用于改变光的偏振态
？ 如 线偏振光经 1 4 波片后变为
出波片后相位差为
Dj f
=
Dji
+
2π λ
(no
-
ne )d
=
Dji
+
π 2
Dji = π
Dji = 0
Dj f
=
3π 2
1 4波片
· · ·
Dj f
=
π 2
27/28
• 波晶片对光偏振的影响:
入射光
波晶片
透射光
线偏振光 ( D j 0 = 0 ,p ) 圆偏振光 (Dj0 =p 2,-p 2) 自然光
例
14/28
n1
i · · · · ·
·
i
· ·
n2 ·
·
·
i i n1
· ···· B
· · B·
反射和折射时的偏振光布儒斯特定律课件
5. 重复实验
改变入射光的偏振方向，重复 上述步骤，以获得多组数据。
实验结果与数据分析
数据整理
将测量数据整理成表格，列出 不同入射偏振方向下的反射和
折射光的偏振状态。
绘制图表
根据数据绘制图表，展示偏振 方向与反射、折射角度之间的 关系。
分析规律
布儒斯特定律的内容和意 义
内容
当入射角为某一定值时，反射光和折射光达到完全偏振状态，此时入射角被称为 布儒斯特角。
意义
布儒斯特定律是光学领域的重要定律之一，对于理解光在界面上的行为以及偏振 光学应用具有重要意义。
布儒斯特定律的应用和限制
应用
布儒斯特定律在光学仪器设计、光学检测、光学计量等领域有广泛应用，如偏振分束器、偏振控制器 等。
光学元件测试
在测试光学元件的表面质量时，可以 利用偏振光布儒斯特定律来检测表面 是否存在反射光异常或折射光异常。
光学通信系 统
信号传输
在光纤通信中，由于光纤的折射率不同，光线在传输过程中会发生折射和反射，利用偏振光布儒斯特定律可以优 化信号传输效果，提高通信质量。
噪声抑制
在通信系统中，由于各种原因会产生噪声干扰，利用偏振光布儒斯特定律可以对噪声进行抑制，提高信号的信噪 比。
• 偏振光布儒斯特定律在光学领域具有广泛的应用前景。例如，在光学通信中，可以利用偏振光实现更高的信息传输速率和 更好的信号质量；在生物医学领域，可以利用偏振光观察生物组织的结构和功能；在遥感领域，可以利用偏振光提高遥感 图像的分辨率和识别能力等。随着光学技术的不断发展，偏振光布儒斯特定律的应用前景将更加广阔。
根据实验数据，分析并总结反 射和折射时偏振光的布儒斯特 定律。
光的偏振与反射偏振光的特性与实验观察
光的偏振与反射偏振光的特性与实验观察光是一种电磁波，具有振幅和传播方向。
然而，与普通的自然光不同，偏振光在振动方向上只有一个方向，这种特性叫作光的偏振。
在自然界中，我们可以观察到许多折射和反射现象，其中存在着反射偏振光，它具有特殊的传播特性。
本文将探讨光的偏振、反射偏振光的特性以及通过实验观察这些现象。
一、光的偏振特性光的偏振是指光波振动方向的特性。
普通的自然光是由各种方向的振动分量叠加形成的，因此具有无规则的振动方向。
而偏振光则是指波的振动方向沿着一条线的光波。
光的偏振可以通过偏振片来实现，偏振片是一种光学器件，它能够通过选择性地吸收或传递振动方向特定的光。
二、反射偏振光的特性反射偏振光是指光线在反射时只在一个特定的方向上露出的现象。
当光线以特定角度从一个介质反射到另一个介质时，反射光中的振动方向被选择性地压制，只有与入射光垂直的方向上的振动才能透过。
这种现象称为布儒斯特角，这也是反射偏振光的重要特性之一。
三、实验观察反射偏振光现象为了观察反射偏振光的特性，我们可以进行一系列实验。
最常用的实验方法是使用偏振片和反射镜。
首先，将一块偏振片安置在光源上，并使其光线经过偏振片产生带有特定振动方向的偏振光。
然后，将这束偏振光照射到一个反射镜上，调整角度，当入射角等于布儒斯特角时，观察到反射光中只有垂直于入射光的方向上的偏振光。
进一步的实验可以通过改变入射角度和偏振光的振动方向来观察反射偏振光的变化。
通过实验我们能够观察到反射偏振光的具体特性以及布儒斯特角的存在。
这些实验也可以帮助我们更好地理解光的偏振现象。
总结：光的偏振是指光波振动方向的特性，通过偏振片可以实现光的偏振。
反射偏振光是反射时只在一个特定方向上的光线，其特性可以通过实验进行观察和研究。
实验观察可以帮助我们更好地理解光的偏振和反射偏振光的特性。
光的偏振和反射偏振光在物理研究、光学应用等领域有着广泛的应用价值。
注意：本篇文章为自主创作文章，旨在满足题目要求。
光的偏振与反射现象
光的偏振与反射现象光是一种电磁波，在自然界中普遍存在，并且对人类生活产生着重大的影响。
光的偏振与反射现象是光学领域中的两个重要概念，它们帮助我们了解光的特性和行为。
一、光的偏振现象当光波沿垂直传播方向振动时，我们称其为自然光。
然而，当光波的振动呈现一定的方向性时，我们称之为偏振光。
光的偏振现象可以通过偏振片来观察和实验。
偏振片是一种能够选择特定方向的偏振光通过的光学器件。
当自然光通过偏振片时，偏振片只允许某个方向的偏振光通过，而将其他方向的光进行滤除。
这是因为偏振片内部存在着一些纹理结构，只有与纹理结构平行的光波才能通过。
光的偏振现象在自然界中广泛存在。
例如，水平面上的阳光可以被偏振为垂直于水平面的方向，这就是人们常见的偏振太阳眼镜的原理。
此外，光的偏振现象还在光学仪器、通信领域以及生物体内的细胞组织等方面有着重要的应用。
二、光的反射现象反射是光波遇到边界或界面时发生的一种现象。
当光波从一种介质进入另一种介质时，会发生光的反射。
反射光的方向和入射光的方向、介质的折射率以及入射角之间存在一定的关系。
根据该关系，我们可以得出著名的斯涅尔定律，即入射角、折射角和两个介质的折射率之间的正弦比为常数。
这个常数被称为光的折射定律。
反射现象不仅发生在平滑的表面上，也会发生在粗糙的表面上。
当我们看到物体的颜色时，实际上是因为物体吸收了一部分光线，而剩余的光线被反射出来。
反射光受物体表面的不同特性影响，有时会出现漫反射或镜面反射。
光的反射现象在生活中随处可见。
我们可以通过反射现象来观察自己的形象，如镜子中的倒像就是由于光的镜面反射产生的。
三、光的偏振与反射现象的关系光的偏振和反射现象有着密切的关系。
在光波从一种媒介到另一种媒介的反射中，光波的振动方向会发生改变，并且偏振状态也可能发生变化。
根据入射光的偏振方式和反射光的偏振方式，我们可以分为两种情况。
首先是当入射光为自然光时，反射光同样为自然光。
这是因为自然光中包含了所有方向的振动，无论如何改变反射光的入射角度，反射光总是保持着自然光的偏振方式。
探讨偏振光的反射和折射问题
探讨偏振光的反射和折射问题摘要本文介绍了几种不同种类偏振光的特征以及它们在介质界面的反射与折射现象。
利用菲涅耳公式具体分析反射光和折射光的偏振状态,得出反射光的偏振状态与介质折射率、入射光的偏振态及入射角有关,折射光的偏振态与界面折射无关的结论,这有利于我们分析电磁波在自由空间或有限区域的传播特性,从而掌握整个电磁波的传播规律。
关键词偏振光;反射;折射0 引言1809年马吕斯(E·L·Malus)发现了反射光的偏振现象。
光的电磁理论建立以后,我们才进一步认识到在自由空间传播的光波是一种纯粹的横波,其电矢量和磁矢量都垂直于光的传播方向。
纵波的振动方向与波的传播方向一致,因此纵波具有轴对称性,即从垂直波传播方向的各个方向与观察纵波情况完全相同。
而横波对于传播方向的轴来说不具备对称性。
这种不对称性叫做偏振[2]。
只有横波才具备偏振的性质。
反射光和折射光的偏振现象是光学中的重要内容。
1 偏振光及其分类光的横波性表现为振动的不对称性,称光波的偏振态。
光波的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
1.1 自然光光源发出的光波不是偏振光,因原子分子发出的光波不是无限长的连绵不断的简谐波,而是一些断断续续的波列,每一波列持续时间在10-8s以下,波列间没有固定的相位关系,而且振动方向是无规的,这种光称自然光。
对于自然光Imax=Imin,P=0。
1.2 部分偏振光介于自然光和偏振光之间,可看作两个振动方向相互垂直、振幅不等的线偏振光,没有固定的相位关系。
为了定量区分,定义光的偏振度P=(ImaxImin分别是与最大振幅和最小振幅相应的光强)。
1.3 (直线)平面偏振光如果光振动矢量保持在一个平面内,如光沿y轴方向传播,光振动矢量沿Z轴,并且发生在yoz平面内,这叫(直线)平面偏振光,简称偏振光。
1.4 圆偏振光1)固定空间一点来看,每一点光矢量随时间匀速旋转,矢量长度不变,端点描绘成一个圆,光矢量旋转的频率为v;2)固定一时刻来看,空间各点的光矢量排列在一条螺旋线上;3)随时间推移,波形(螺旋线)向前传播,在传播方向上各点相位越来越落后。
反射光和折射光的偏振
一.现象
自然光经界面反射和折射，反射光和折射光变为 部分偏振光，反射光中以振动方向垂直于入射面的为 主，折射光中以振动方向平行于入射面的为主（即在 入射面内）：
这一现象是马吕
n1
斯于1808年发现
n2
的。
ii
n1
r
sin i0 n2
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cosi0
cosi0
sin
cos(π 2
)
i0
2
不同入射角，反射光和折射光的偏振方向
2020/8/17
6
i0 i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻
璃
n2
(2)根据光的可逆性，当入射光以 角
从 n2 介质入射于界面时，此 角即为布儒
斯特角 .
cot i0
n1 n2
tan(π 2
i0 )
tan
7
讨论 （1）讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
i0
i0
i
Hale Waihona Puke ii8例1 在下图中，以线偏振光或自然光入射于界面时，问折射光 和反射光各属于什么性质的光，并在图中所示的折射光线和反射 光线上用点和短线把其振动方向表示出来：图中
i0 arctgn i i0
振动20。20/8即/17 应选（A）。
10
例2 一自然光自空气射向一块平板玻璃，
入射角为布儒斯特角 i0 ,问在界面 2 的反射光
是什么光？
空气
n1 i0 i0
1
n2
反射光和折射光的偏振
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角
为布儒斯特角 i 0 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空气
1 2
注意：一次 起偏垂直入射面 的振动仅很小部 分被反射（约 15%）所以反射 偏振光很弱 。一 般应用玻璃片堆
产生偏振光
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n 2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
tan i0
n2 n1
coi0tn n . 1 2taπ 2 n(i0)tan
注意 对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占入
射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃.
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
.
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i 0 ）.
ii
n1
空气
n2
玻璃
ห้องสมุดไป่ตู้光反射与折射时的偏振
入射面 入射光线和法 线所成的平面 .
反射光 部分偏振光 ， 垂直于入射面的振动大于平 行于入射面的振动 .
折射光 部分偏振光，平行于入射面的振动大 于垂直于入射面的振动 .
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
.
布儒斯特定律（1812年）
i0 i0
.
i0
i0
i0
i
i
i
.
讨论 如图的装置 p1,p2,pp ,'为偏振片，
问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？
p2 s1 p ' s
p2
p
p'
45 p 1
p p1 s2
1）去掉 p, p ' 保留 p1, p2 无（两振动互相垂直）
自然光在两种介质分界面上反射和折射时的偏振特性讨论
自然光在两种介质分界面上反射和折射时的偏振特性讨论郭中华【摘要】Analyzing polarization characteristics when natural light is reflected and refracted on the in-terface of two kinds of medium,some references have different interpretations when the incident angle is Brewster angle.This article specifies the polarization characteristics theoretically and further discus-ses the relation between the degree of polarization and index,intensity transmissivity and reflectivity, as well as the contribution of the medium layer numbers,which makes a good interpretation.%从理论上详细分析了自然光在分界面上反射光和折射光的偏振特性，并进一步探讨了偏振度的变化规律及影响因素。
【期刊名称】《大学物理实验》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】4页(P40-43)【关键词】自然光;反射和折射;偏振特性【作者】郭中华【作者单位】兰州城市学院培黎工程技术学院,甘肃兰州,730070【正文语种】中文【中图分类】O435在一些基础光学教材［1－2］中，讨论光在两种介质分界面上发生反射、折射现象时光的偏振态变化规律时，主要侧重于利用菲涅尔公式分析光矢量振幅的变化规律，对于反射光和折射光的偏振度，只作简单的介绍。
文章从理论上详细分析了自然光在分界面上反射光和折射光的偏振特性，并进一步探讨了偏振度变化的规律及与介质折射率、光强反射率、透射率和介质层数的关系。
反射光和折射光的偏振课件
斯涅尔定律描述了入射角和折射角之间的关系，而菲涅尔公式则描述了
折射过程中光矢量的变化。
折射光偏振的特性
偏振态的变化
折射光偏振的特性之一是，随着入射角的变化，其偏振态 也会发生变化。当入射角增大时，折射光的偏振程度通常 会增加。
介质的影响
不同介质的折射率不同，因此当光线从一种介质进入另一 种介质时，其偏振状态也会发生变化。这种变化取决于两 种介质的折射率偏振光进行信号传输 ，提高通信速度和安全性 。
光学传感
利用偏振光检测物理量， 如压力、温度、磁场等。
光学存储
利用偏振光进行高密度信 息存储，提高存储容量和 可靠性。
偏振光在医疗领域的应用
医学成像
利用偏振光进行医学影像 获取，提高诊断准确性和 可靠性。
光学治疗
利用偏振光进行肿瘤治疗 、疼痛缓解等，提高治疗 效果。
偏振光的重要性
• 光的偏振是光学研究的重要内容之一，对于深入理解光学现象和光学系统的性能具有重要意义。掌握光的偏振特性有助于 更好地应用光学技术，推动相关领域的发展。
02
反射光的偏振
反射光偏振的原理
反射光偏振原理
当光在界面上发生反射时，其电 矢量在反射面上的分矢量可能会 发生偏振，这种现象称为反射光
太阳镜和眼镜
偏振太阳镜
偏振太阳镜可以消除反射光和眩光，减少眼睛疲劳和不适感，保护眼睛免受紫 外线和蓝光的伤害。
偏振眼镜
在一些特殊的工作环境中，如驾驶、钓鱼等，偏振眼镜可以消除反射光和眩光 ，提高视觉清晰度和舒适度，从而提高工作效率和安全性。
05
偏振光的未来发展
偏振光在科技领域的应用
01
02
03
导致光的偏振。这种变化取决于入射角、折射角以及两种介质的折射率
20-2反射和折射时的偏振现象
ib
线偏振光
n1 n2
起偏振角
例: 若 n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)。
1 .50 ° 1 56 18’ 空气 → 玻璃 i b tan 1 .00 互余 1 .00 ° 1 33 42’ 玻璃 → 空气 i b tan 1 .50
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
3 玻璃片堆 要提高反射线偏振光的强度， 可利用玻璃片堆的多次反射。 空气 → 玻璃 i b 56 °18’ ° b 33 42’ 玻璃 → 空气 i’
ib ib
i’b i’b
i’b
· · · ib · · · · · · · · · · · · · · · · · · · ·· ·· · · ·
i0 M1
· i0 · i0 ·· · · · ·
布儒斯特窗
· ·
i0 M2
激光输出
假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线的玻 璃片，那么自然光每经过一个窗口表面就有大约 4%的 反射损失。光在M1 M2之间来回反射时，每个单程要4次 穿过窗口表面。这样反射损耗太大就不能形成激光。
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
1 布儒斯特角 实验表明:
反射光中垂直入射面的分 量比例大；折射光中平行 入射面的分量比例大。 入射角 i 变, 反射、折射光 的偏振度也变
i
n1 n2
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
第20章 光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
20-2 反射和折射时光的偏振
一束光入射到各向异性的媒质中分成两束 (e,o)光的现象称为双折射现象
光的折射和反射的偏振特性
光的折射和反射的偏振特性一、引言光，作为现代科技发展的重要基础，其性质和行为一直是物理学研究的重要领域。
光的折射和反射是光最基本的性质之一，它们在日常生活中和科技应用中都有着广泛的应用。
而光的偏振现象，则是光的一种特殊性质，对于光的折射和反射过程有着重要的影响。
本文将详细介绍光的折射和反射的偏振特性，以帮助读者更深入地理解光的本质和行为。
二、光的折射和反射2.1 光的折射光的折射是指光从一种介质进入另一种介质时，由于介质的光速不同，光线会产生方向上的改变。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间存在以下关系：[ n_1 (_1) = n_2 (_2) ]其中，( n_1 )和( n_2 )分别是光在第一种和第二种介质中的折射率，( _1 )和( _2 )分别是光在第一种和第二种介质中的入射角和折射角。
2.2 光的反射光的反射是指光从一种介质射到另一种介质的界面上时，一部分光会返回原介质中的现象。
根据反射定律，入射角和反射角之间存在以下关系：[ _1 = _2 ]其中，( _1 )是光在第一种介质中的入射角，( _2 )是光在第二种介质中的反射角。
三、光的偏振3.1 偏振的概念偏振是指光波中电场矢量在空间中的特定方向上的振动。
与非偏振光相比，偏振光具有特定的振动方向，这使得偏振光在某些方面具有独特的性质和应用。
3.2 偏振片的应用偏振片是一种可以使得光波中的电场矢量在特定方向上振动的光学元件。
通过偏振片，可以实现对光的偏振状态的控制和调节。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，偏振片允许光通过；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，偏振片则阻止光通过。
3.3 马吕斯定律马吕斯定律是描述偏振光通过偏振片时，光强与偏振片的偏振方向之间的关系。
当偏振片的偏振方向与光波的振动方向平行时，光强达到最大值；当偏振片的偏振方向与光波的振动方向垂直时，光强达到最小值。
4.1 折射的偏振特性当偏振光通过介质时，由于介质对不同振动方向的电场矢量具有不同的折射率，因此光在折射过程中会发生变化。
12.3 反射和折射时光的偏振
sin i0 n2 tani0 cosi0 n1
i0
2
例：玻璃 n2 =1.5， 布儒斯特角 i0 56.3 水 n2 =1.33，
i0 i0
n1 1
i0 53.1
玻璃
n2
注意
当自然光以起偏角入射时，垂直于入射面的光振 动部分被反射，部分被折射，而平行于入射面的光振 动则全部被折射，所以，折射光为部分偏振光。 那么，当入射光为平行于入射面的线偏振光时， 反射光的光强和偏振情况如何呢？
布儒斯特定律：
布儒斯特角或起偏角
n2 当 tan i0 时， n1
反射光为完全线偏振光， 其偏振方向垂直入射面。 折射光仍为部分偏振光。 该入射角称为布儒斯特角。
i0 i0
空气
玻璃
n1 n2
推论：以布儒斯特角入射，反射光和折射光互相垂直。
sin i0 n2 折射定律 sin n1 π cos i0 sin cos( ) 2
讨论 分析下列光线的反射和折射(起偏角 i0 )的偏振情况。
Байду номын сангаас
i0
i0
反射 消失
i0
i
i
不消失
i
根据布儒斯特定律，可以利用玻璃的反射获得线偏振 光。但是对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占入射光 强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃。因此，只是采用一片 玻璃不可能得到较强的线偏振光。
只有利用玻璃片堆才能获得强的线偏振光
12-3 反射光和折射光的偏振
n1 n2
玻璃
i i
空气
入射面：入射光线和法线 所在的平面。 反射光——部分偏振光，且 垂直于入射面的光振动强度大 于平行于入射面的光振动。 折射光——部分偏振光，且 平行于入射面的光振动强度大 于垂直于入射面的振动。
自然光入射时反射及折射光的偏振态与入射角之关系
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光的偏振与反射现象
光的偏振与反射现象光是一种电磁波，具有振动的特性。
在特定条件下，光具有偏振的现象，同时在反射过程中也会产生特殊的反射现象。
本文将分析光的偏振和反射现象的原理及应用。
一、光的偏振原理光的偏振是指光波的振动方向被限制在一个平面内的现象。
例如，自然光是一个随机振动的光波，其振动方向在各个方向上均匀分布。
而当自然光通过特定光学器件时，如偏振片或晶体，只有与器件特定轴向平行的光波才能透过，其它方向上的光波则被过滤掉，形成了偏振光。
光的偏振现象可以通过光的受振动方向约束而解释。
光波是由电场和磁场振动构成的，且两者垂直于光传播的方向。
在特定的情况下，只有电场振动方向的分量与特定方向平行，相应的光波才会通过。
二、光的反射现象反射是光波在遇到界面时改变方向的过程。
当光从一个介质射入另一个介质时，会发生反射和折射两个现象。
在反射过程中，光波与界面发生相互作用，根据入射角和介质的属性，光波会以相同的角度从界面反射回来。
在光的反射中，当入射光是自然光时，反射后的光具有相同的振动方向，不会改变其偏振状态。
然而，若入射光是偏振光，反射后的光在振动方向上会发生改变。
这种现象被称为反射偏振。
三、光的偏振与反射应用光的偏振与反射现象在许多领域都有重要的应用。
1. 太阳偏振：太阳光中的很多光波都是自然光，但经过大气层的散射和反射后，产生了垂直于地面的主要偏振方向。
这种偏振现象可以通过偏振墨镜或偏振滤光器来观察，同时也可以应用于太阳能电池板的设计和制造中。
2. 光通信：偏振光在光纤中的传输具有更低的损耗和更高的带宽，因此在光通信领域中广泛使用偏振调制技术来提高传输效率和性能。
3. 光学显微镜：偏振光显微镜结合了偏振滤光器和偏振器件，可以对样本进行非常细致的研究和观察，从而得到更丰富的信息。
4. 液晶显示器：液晶显示器是利用液晶体的光学特性来控制光的偏振状态，以显示图像。
通过控制液晶体中的偏振方向，可以实现像素的开关和调节，从而呈现出清晰、亮度可调的画面。
反射光与折射光的偏振态
若主平面垂直于 晶体解理面中的一 对相对的表面时， 这样的面为主截面 70o53
109o7 109o7
109o7 70o53
对于方解石晶体，
70o53
有三个主截面。
二、o光和e光的特征
4、 无论是o-光还是e-光，都是线偏振光。
o-光总是垂直于o光的主平面，其结果 是o-光光矢量总是垂 直于光轴。
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
e• •o
方解石 晶体
一、光的双折射现象
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
e• •o
方解石 晶体
二、o光和e光的特征
1、寻常光线，o-光和非寻常光线，e-光
不遵循折射定律
e o
遵循折射定律
二、o光和e光的特征
2、光轴: 在这个方向上，o-光和e-光的传播速度
相同。
102o 102o
光轴
A
102o
注意:光轴不是一个 轴，而是一个方向
78o
78o
102o
D
方解石晶体
•单轴晶体: 只有一个光 轴的晶体。
•双轴晶体:有两个光轴 的晶体。
二、o光和e光的特征
3、主平面，主截面
任意包含有光线和光轴的平面，称之为主平面。包 含有o光和光轴的平面，称为o光主平面。包含有e光和 光轴的平面，称为e光主平面。
的光一定为线偏振光，且振动方向与入射面垂
直，此时的入射角称为布儒斯特角（ ） ib
ib ib
n1
线偏振光
tgib
n2 n1
n2
自然光以入射后反射光为完全偏振光起偏振角2布儒斯特定律试验证明
· · · · · · · · · · · · · · · · ·· · ·· · · ·
(接近线偏振光)
反射光和折射光的偏振
3.2 玻璃片堆检偏
让待检光以布儒斯特角 i 0 入射到界面上，以入射 线为轴旋转界面（保持 i i 0不变）
· · · · · · i0 · · · · · · · ·· · ·· ·· · · · · · ·· ·· ·
§17-15 反射和折射时光的偏振
1. 反射光和折射光的偏振
· · · · i i· · · n1 ·
n2 r
·· i i · ·S n1 · · · 0 0·
n2
线偏振光
·
r0
·
自然光反射和折射 后产生部分偏振光
自然光以i0 入射后反 射光为完全偏振光 起偏振角 i0
反射光和折射光的偏振
2. 布儒斯特定律
实验证明：
i = i0 时，反射光只有S分量
· ·· i0 i0 · S n1 ·· · ·
nБайду номын сангаас r0
线偏振光
并且 i0 +r0 =
90O
·
i 0 — 布儒斯特角或 起偏角
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
有
n2 tg i0 n21 n1
—— 布儒斯特定律 (1812年)
若反射光光强不变则入射光是 自然光 若反射光光强变且有消光则入 射光是线偏振光
(接近线偏振光)
若反射光光强变且无消光则入 射光是部分偏振光
若反射光光强不变则入射光是 自然光 若反射光光强变且有消光则入 射光是线偏振光
(接近线偏振光)
若反射光光强变且无消光则入 射光是部分偏振光
大学物理光的偏振与反射定律
大学物理光的偏振与反射定律光是一种电磁波，具有波动和粒子性质。
在传播过程中，光的偏振和反射定律是重要的现象和规律。
本文将详细探讨光的偏振和反射定律，以及相关的实验和应用。
一、光的偏振1. 偏振现象的发现19世纪初，法国物理学家马拉斯发现了光的偏振现象。
他通过将光通过偏振片进行实验观察，发现光只有在特定方向上通过，其他方向上被屏蔽。
这一实验揭示了光既具有波动性，也具有粒子性。
2. 光的偏振方向光的偏振是指光波中电场矢量振动的方向。
光可以沿任意方向振动，但在实际观察中，我们常常将光的振动方向分为两类：线偏振光和圆偏振光。
线偏振光的电场矢量沿着一条直线振动，而圆偏振光的电场矢量在平面内呈圆周运动。
3. 产生偏振光的方法产生偏振光的方法有很多，其中包括：- 自然光通过偏振片：自然光通过偏振片时，只有与偏振片的偏振方向一致的光能够透过，其他方向的光会被吸收或反射。
- 偏振器：偏振器是一种特殊的光学元件，可以自行分离光波中的不同偏振分量，使得只有特定偏振方向的光通过。
二、反射定律1. 反射现象的描述当光从一种介质（如空气）射向另一种介质（如玻璃）时，光波会发生反射。
反射是光线从介质界面上被弹回的现象。
2. 反射定律的表达反射定律是描述入射角、反射角和界面法线之间关系的规律。
根据反射定律，入射角和反射角的平面与界面的法线在同一平面内，并且入射角等于反射角。
3. 折射定律与反射定律的关系折射定律也是光在界面上的另一个重要规律。
根据折射定律，光线从一种介质射向另一种介质时，入射角和折射角的比值等于两种介质的折射率比值。
反射定律和折射定律是光在界面上的基本规律，它们共同决定了光的传播。
三、光的偏振与反射定律的应用1. 偏振光的应用偏振光在科学研究和工程技术中具有广泛的应用，如：- 光学显微镜：偏振光可以增强显微镜的分辨率，提高观察样品的效果。
- 液晶显示器：液晶显示器利用偏振光的旋转和吸收特性来显示图像。
- 偏振滤镜：偏振滤镜可以调节光的强度和偏振方向，常用于摄影和光学实验中。
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部分偏振光
部分偏振光
垂直板面的光振动较强
部分偏振光的分解
平行板面的光振动较强
完全偏振光
向 传播方
面 振 动
面对光的传播方向看
光振动垂直板面
光振动平行板面
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
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
Wr 2 Wt n2 cos 2 2 t R = =r ; T = Wi n1 cos 1 Wi
1）自然光的反射、折射特性 根据前面有关反射率和折射率的讨论，在不同入射角 的情况下，自然光的反射、折射和偏振特性如下： ①自然光正入射（1= 00）和掠入射界面（1 900） 时，
自然光反射率的变化规律为： (ⅲ)当1=B时，由于Rp=0，Pr=l，所以反射光为完全 偏振光。例如，光由空气射向玻璃时，布儒斯持角为
n2 B = arctan =560 40 n1
由反射率公式可得 Rs=15％，因此，反射光强
1 I r =Rn I i = (Rs +Rp )I i =0.075 I i 2
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
1. 偏振度
为便于研究，可将任意光矢量视为两个正交分 量（例如，s 分量和 p 分量）的组合，因此，任意 光波能量都可表示为
W Ws Wp
①在完全非偏振光中，Ws Wp ； ②在部分偏振光中， Ws Wp ； ③在完全偏振光中，或 Ws 0 或 Wp 0 。 偏振度的定义是，在部分偏振光的总强度中完全偏振 光所占的比例，即
这说明反射光为偏振光，但反射光强很小。
自然光反射率的变化规律为： 对于透射光，因Irp= 0，有Itp= Iip。又由于入射是自然 光，有Iip= 0.5Ii。进一步，因为
I ts I is I rs 0.5 I i 0.075 I i 0.425 I i
所以透射光的偏振度为
Pt I tp I ts I tp I ts 0.081
2．反射和折射的偏振特性 由非涅耳公式可知，通常，rs rp ， ts tp，因此，反 射光和折射光的偏振状态相对入射光发生变化。即使 入射光是线偏振光，其反射光和折射光的振动方向也 会发生变化。 1）自然光的反射、折射特性 自然光的反射率为
Wr R Win （155）
由于入射的自然光能量 Win Wis Wip 且 Wis Wip
自然光反射率的变化规律为：
由上所述可以看出，要想通过单次反射的方法获得强 反射的线偏振光、高偏振度的透射光是很困难的。在 实际应用中，经常采用“片堆”达到上述目的。“片 堆”是由一组平行平面玻璃片（或其它透明的薄片， 如石英片等）叠在一起构成的。将这些玻璃片放在圆 筒内，使其表面法线与圆筒轴构成布儒斯特角（B)。
. . . .
.
检偏器
起偏器
两偏振片的偏振化方向相互垂直，光强为零。
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
.
. . . .
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
因此，透射光的光强很大（It=0.925Ii），但偏振度很 小。
自然光反射率的变化规律为：
· · · · 1 · n1 · · · n2 2 ·
· B · · n1 ·
n2
· 自然光反射和折射 后产生部分偏振光
2
· · · · S · ·
线偏振光
起偏振角
1=B 时，反射光只有s分量
B — 布儒斯特角或起偏角
Rs Rp , Ts =Tp
因而
Pr =Pt =0
即反射光和折射光 仍为自然光。
1）自然光的反射、折射特性 ②自然光斜入射界面时，因 Rs 和 Rp、Ts 和 Tp 不相 等，所以反射光和折射光都变成部分偏振光。 ③自然光正入射界而时，反
相对入射光而言，振动面远离入射面。 对于折射光，由于其 s 分量和 p 分量均无相位突 (t) (t ) E0s 变，且 E0p ，所以at< 450，即折射光的振动面转 向入射面。 由此可见，线偏振光入射至界面，其反射光和折 射光仍为线偏振光，但其振动方向要改变。
IL p I总 （ 153）
1. 偏振度 偏振度还可以表示为
IM Im p IM Im （154）
式中，IM 和 Im 分别为两个特殊（正交）方向上所对 应的最大和最小光强。 ①对于完全非偏振光，P=0； ②对于完全偏振光，P=l； ③一般的 P 值表示部分偏振光，P 值愈接近 l，光的 偏振程度愈高。
2）线偏振光反射的振动面旋转
一束线偏振光入射至界面，由于垂直分量和平行分量 的振幅反射系数不同，相对入射光而言，反射光的振 动而将发生旋转。
传播方
向
面 振 动
2）线偏振光反射的振动面旋转 例如，一束入射的线偏振光振动方位角ai=450，则其 (i) (i) E E 平行分量和垂直分量相等，即 0s 0p 。若如图所 示，该光的入射角1=400。则 s 分量和 p 分量的振幅 反射系数分别为 rs=-0.2845，rp=0.1245，反射光中二 分量的振幅分别为
(r) (i) (i) E0s rs E0s 0.2845E0s (r) (i) (i) E0p rp E0p 0.1245E0p
因此，反射光的振动方位角为
2）线偏振光反射的振动面旋转
（r） E 0.2845 0s r arctan （r） arctan( )= 660 24 0.1245 E0p
1. 偏振度 如果由于外界的作用，使各个振动方向上的振动 强度不相等，就变成部分偏振光。如果光矢量有确定 不变的或有规则变化的振动方向，则称为完全偏振光。 部分偏振光可以看作是完全偏振光和自然光的混合， 而完全偏振光若不特别说明，都是指线偏振光。 自然光（完全非偏振光）
没有优势方向
自然光的分解
1. 偏振度
2.5 反射率和透射率的偏振特性 1. 偏振度 前面讨论了平面光波按其光矢量端点的变化轨迹 定义的线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的偏振持性。
实际上，由普通光源发出的光波都不是单一的平 面波，而是许多光波的总和：它们只有一切可能的振 动方向。在各个振动方向上振动的振幅在观察时间内 的平均值相等，初相位完全无关，这种光称为完全非 偏振光，或称自然光。
Rn Wrs Wrp Win Wrs Wrp 1 = (Rs +Rp ) 2Wis 2Wip 2 （ 156）
1）自然光的反射、折射特性 相应的反射光偏振度为
pr I rp I rs I rp I rs = Rp Rs Rp Rs （157）
折射光的偏振度为
pt I tp I ts I tp I ts = Tp Ts Tp Ts （ 158）
2
(159)
例如，光由空气（n1=1）正入射至玻璃（n2=1.53）时， Rn=4.3%；正入射至红宝石（n=1.769）时，Rn=7.7%； 正入射至锗片（n3=4）时，Rn =36%。
1）自然光的反射、折射特性 ④自然光斜入射至界面上时，反射率为
1 sin 2 (1 2） tan 2 (1 2） Rn = 2 2 sin (1 2） tan 2 (1 2） (160)
随着入射角的变化，自然光反射率的变化规律为： （ⅰ）光由光疏介质射向光密介质（例如，由空气射 向玻璃）时，由图可见，在1< 450 范围内，Rn 基本 不变，且近似等于 4.3％；在1 > 450 时，随1 的增大，Rn 较快地变大。
自然光反射率的变化规律为： (ⅱ)光由光密介质射向光疏介质时，在入射角大于临 界角范围内，将发生全反射。
自然光反射率的变化规律为：
在激光技术中，外腔式气体激光器放电管的布儒斯待 窗口，就是上述“片堆”的实际应用。如图所示，当 平行入射面振动的光分量通过窗片时，没有反射损失， 因面这种光分量在激光器中可以起振，形成激光。而 垂直纸面振动的光分量通过窗片时，将产生高达15％ 的反射损耗，不可能形成激光。由于在激光产生的过 程中，光在腔内往返运行，类似于光通过片堆的情况， 所以输出的激光将是在乎行于激光管轴和窃片法线组 成的平面内振动的线偏振光。
起偏器
检偏器
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
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
. . . .
.
检偏器
起偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光