大学物理§14-12反射和折射时光的偏振
光的偏振观察光的偏振现象
光的偏振观察光的偏振现象光是由电磁波构成的，而电磁波是具有振动性质的。
振动的方向与光波传播的方向之间的关系被称为光的偏振现象。
光的偏振是一个很有趣的现象，它在自然界和科学研究中都有着广泛的应用。
在这篇文章中，我将会讨论光的偏振的观察和其所涉及的现象。
首先，我们需要了解光的偏振是如何观察的。
最常见的方法是使用偏振片。
偏振片是一种具有特殊结构的材料，它只允许特定方向的光通过。
偏振片可以通过使光的电场分量在特定方向上振动，从而使光的偏振方向发生改变。
通过旋转偏振片，我们可以观察到光的偏振现象。
当光通过偏振片时，偏振片会选择性地阻止某些方向的光通过，从而使得通过的光的偏振方向发生改变。
这种选择性透射现象被称为偏振透射。
偏振透射现象是光的偏振性质的重要表现之一。
在观察光的偏振现象时，我们可能会遇到的一个有趣的现象是双折射。
双折射是指光在某些材料中传播时会分离成两束波的现象。
这是由于材料的晶体结构导致了光的振动方向的差异。
双折射使得光的偏振现象更加明显和有趣。
除了双折射，还有一个重要的现象是光的偏振旋转。
一些材料，如石英晶体，在光传播过程中会使光的偏振方向发生旋转。
这种现象被称为光的旋光性质。
光的旋光可以通过旋光仪器来测量，它对于一些化学分析和生物分子结构研究中具有重要的应用价值。
光的偏振现象不仅在实验室中有着广泛的应用，而且在日常生活中也随处可见。
例如，太阳光在大气中散射时会发生偏振现象，这就是为什么我们可以通过偏振墨镜减少反射和眩光。
在电子显示屏和液晶显示器中，液晶分子的偏振性质使得屏幕能够显示出丰富的颜色和图像。
总结一下，光的偏振是光的振动方向与传播方向之间的关系。
通过使用偏振片和其他仪器，我们可以观察光的偏振现象，并探索其中的奥秘。
光的偏振现象在自然界和科学研究中都有着广泛的应用，从而对人类的生活和科学发展产生了重要的影响。
通过深入研究光的偏振现象，我们可以更好地理解光的本质和光与物质之间的相互作用。
光的偏振和双折射
或
将各方向的 E 投影到二个任意互相垂直的方向 上，由于在所有可能的方向上 E 完全相等，所以在
任二个互相垂直的方向上光矢量的分量的和相等。 自然光也可以表示为：
Leabharlann 传播方向 图中：“︱”表示 在板面内的分振动 E “●”表示 E 垂直板面的分振动
二个相互垂直的光振动，光强各占一半
tgib n2 n1
12
ib
n2
布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特 角 ib 入射到二介质界面时，反射光为 完全偏振光，振动方向⊥入射面
三. 应用
1. 测量不透明介质的折射率 让光线入射到不透明的介质上，改变入射角i 并测反 射光线的偏振化程度，当反射光线为完全偏振光时， 入 射角 ib 即为布儒斯特角，即：
4
2. 偏振化方向： 偏振片允许通过的光振动的方向。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※不是只有一个振动方向 的光可以通过偏振片，其他方 向振动的光在偏振化方向的分 量均可以通过偏振片。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※自然光不是只有2个方 向的振动，在 0~2p 内有无数 个振动方向。
光
的
(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。
大学物理-14章：光的偏振
A (2n) s2
As1 sin
2n
i2
i0
A (2n) P2
AP1
. 在拍摄玻璃窗内的物体时， 去掉反射光的干扰
未装偏振片
装偏振片
▪ 这张照片拍摄时没有加偏振滤镜，玻璃面 上的反射光现象很明显。此照片拍摄时相 机指向与玻璃大约成45度角。
▪ 这张照片是加上偏振滤镜后拍摄的。相机指向与 玻璃仍然是45度角左右。可以看出，虽然偏振滤 镜消去了大部分的反射光，但是仍然有一部分反 射光存在。这是因为在45度角离布儒斯特角甚远， 玻璃面上的反射光是部分偏振光，偏振滤镜无法 把这样的反射光全部滤去。
反射光为振动方向垂直于入射面的线偏振光
n1 sin i10 n2 sin i2
n1 sin tg i10
i10
n2 n2 n1
sin( 900 i10) n2 cos i10
----布儒斯特定律
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：
三 折射光的偏振态
As2 2sini2 cosi1 As1 sin(i1 i2 )
解：设P1、P2的 I1 P1 I1' P2 I1' ' E
偏振化方向夹
角为
I2
I2' I2''
入射线偏振光振动方向与P1的偏振化方
向夹角为
对自然光：
I1'
1 2
I1
I1''
1 2
I1
cos2
线偏振光：
I2' I2 cos2 I2 '' I2 cos2 cos2
因I1’’和I2’’是非相干光
(900 ) (900 i2 ) 180
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。
(大学物理)光的偏振
线偏光
圆偏振光
§2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
一. 起偏 • 起偏：从自然光获得偏振光 • 起偏器: • 偏振片 起偏的光学器件
（1928年美国大学生兰德发明）
两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚 乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高温下拉伸、烘干， 然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。它有一个特 定的方向，只让平行与该方向的振动通过。
例：三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起， P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直，P2 与 P1 的偏振化方向间的夹角为 30 ° 。强度 为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并 依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑 偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片 后的光光强为： （B） 3 I 0 / 8; （A） I 0 / 4; （C） 3 I 0 / 32; （D） I 0 / 16. [ C ]
2.寻常光和非寻常光
o光（寻常光）: 遵从折射定 n1 sin i = n2 sin ro
律 且在入射面内传播 e光 : 一般不遵从折射定律
sin i ≠ const sin re
e光折射线也不一定在入射面内。
3. 晶体的光轴 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。 例如，方解石晶体(冰洲石) 光轴是一特殊的方向 , 凡平 行于此方向的直线均为光轴。
• 光轴 B
102°
A
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
例如：方解石、石英等。
双轴晶体：有两个光轴的晶体
例如：云母、硫黄等。
4. 主平面和主截面 主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。 O光振动方向垂直于主平面。
2025高考物理备考复习教案 第十四章 第2讲 光的干涉、衍射和偏振
第十四章 光 学第2讲 光的干涉、衍射和偏振01考点1 光的干涉现象02考点2 光的衍射和偏振现象03练习帮 练透好题 精准分层课标要求1.观察光的干涉、衍射和偏振现象，了解这些现象产生的条件，知道其在生产生活中的应用.知道光是横波，会用双缝干涉实验测量光的波长.2.通过实验，了解激光的特性.能举例说明激光技术在生产生活中的应用.核心考点五年考情光的干涉现象2023：山东T5，北京T2，上海T15，浙江6月T15，浙江1月T15，辽宁T8；2022：山东T10，浙江6月T4；2021：山东T7，湖北T5，江苏T6，浙江6月T16；2020：北京T1核心考点五年考情光的衍射和偏振现象2023：天津T4；2020：上海T9；2019：北京T14，江苏T13B(2)，上海T4核心素养对接1.物理观念：理解光的干涉、衍射和偏振现象；进一步增强物质观念，认识光的物质性和波动性.2.科学思维：通过光的干涉、衍射等论证光具有波动性，增强证据意识及科学论证能力.3.科学探究：通过实验，观察光的干涉、衍射和偏振等现象，了解激光的性质，认识波动性.4.科学态度与责任：光的干涉、衍射、偏振和激光在生产生活中的应用.命题分析预测高考主要考查光的干涉、衍射与偏振现象的理解和应用.题型多为选择题，难度较小.预计2025年高考可能会联系生产生活实际，考查光的干涉、衍射和偏振等现象的理解与结论的应用.考点1 光的干涉现象1. 光的干涉(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现[1]条纹，某些区域相互减弱，出现[2]条纹，且加强区域和减弱区域相互[3] 的现象.(2)条件：两束光的频率[4]、相位差[5] .亮 暗 间隔 相同 恒定 2. 双缝干涉(1)双缝干涉图样的特点：单色光照射时，形成明暗相间的[6]的干涉条纹；白光照射时，中央为[7]条纹，其余为[8] 条纹.(2)条纹间距：Δx ＝λ，其中l 是双缝到[9] 的距离，d 是[10]间的距离，λ是入射光的[11].等间距 白色亮 彩色 屏 双缝 波长 3. 薄膜干涉(1)利用薄膜(如肥皂液薄膜)[12]反射的光叠加而形成的.图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应薄膜厚度[13] .(2)形成原因：如图所示，竖直的肥皂薄膜，由于重力的作用，形成上薄下厚的楔形.光照射到薄膜上时，从膜的前表面AA'和后表面BB'分别反射回来，形成两列频率[14]的光波，并且叠加.前后表面 相同 相同 (3)明暗条纹的判断方法：两个表面反射回来的两列光波的路程差Δr 等于薄膜厚度的[15]倍，光在薄膜中的波长为λ.在P 1、P 2处，Δr ＝n λ(n ＝1，2，3，…)，薄膜上出现[16]条纹.在Q 处，Δr ＝(2n ＋1)2(n ＝0，1，2，3，…)，薄膜上出现[17]条纹.(4)应用：增透膜、检查平面的平整度.2 明 暗 1. 判断下列说法的正误.(1)光的颜色由光的频率决定. ( √ )(2)频率不同的两列光波不能发生干涉. ( √ )(3)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是使白光变成单色光. ( ✕ )✕(4)在“双缝干涉”实验中，双缝的作用是用“分光”的方法使两列光的频率相同.( √ ) (5)薄膜干涉中，观察干涉条纹时，眼睛与光源在膜的同一侧. ( √ )命题点1 光的干涉的理解和明暗条纹的判断1. [2024安徽芜湖模拟]如图，利用平面镜也可以实现杨氏双缝干涉实验的结果，下列说法正确的是( C )A. 光屏上的条纹关于平面镜M上下对称B. 相邻亮条纹的间距为Δx＝＋λC. 若将平面镜向右移动一些，相邻亮条纹间距不变D. 若将平面镜向右移动一些，亮条纹数量保持不变[解析] 根据双缝干涉原理，单色光源和单色光源在平面镜中的像相当于双缝，在光屏上的条纹与平面镜平行，由于明暗条纹是由光源的光和平面镜的反射光叠加而成，在平面镜所在平面的上方，并非关于平面镜M上下对称，故A错误；根据双缝干涉的相邻亮条纹之间的距离公式Δx＝λ，类比双缝干涉实验，其中d＝2a，L＝b ＋c，所以相邻两条亮条纹之间的距离为Δx＝＋2λ，故B错误；若将平面镜向右移动一些，不影响光源的像的位置和L的大小，相邻亮条纹间距不变，故C正确；若将平面镜向右移动一些，射到平面镜边缘的两条光线射到屏上的位置向下移动，宽度减小，而条纹间距不变，亮条纹数量减少，故D错误.易错提醒研究干涉现象时的三点注意1. 只有相干光才能形成稳定的干涉图样，光的干涉是有条件的.2. 单色光形成明暗相间的干涉条纹，白光形成彩色条纹.3. 双缝干涉条纹间距：Δx＝λ，其中l是双缝到光屏的距离，d是双缝间的距离，λ是入射光波的波长.命题点2 薄膜干涉2. [2023山东]如图所示为一种干涉热膨胀仪原理图.G为标准石英环，C为待测柱形样品，C的上表面与上方标准平面石英板之间存在劈形空气层.用单色平行光垂直照射上方石英板，会形成干涉条纹.已知C的膨胀系数小于G的膨胀系数，当温度升高时，下列说法正确的是( A )A. 劈形空气层的厚度变大，条纹向左移动B. 劈形空气层的厚度变小，条纹向左移动C. 劈形空气层的厚度变大，条纹向右移动D. 劈形空气层的厚度变小，条纹向右移动[解析] 由于C的膨胀系数小于G的膨胀系数，所以当温度升高时，G增长的高度大于C增长的高度，则劈形空气层的厚度变大，且同一厚度的空气膜向劈尖移动，则条纹向左移动，A正确，BCD错误.考点2 光的衍射和偏振现象1. 光的衍射(1)定义：光绕过障碍物偏离直线传播的现象称为光的衍射.(2)产生明显衍射的条件：只有当障碍物或孔的尺寸[18]光的波长或比光的波长还要小时能产生明显的衍射.对同样的障碍物，波长越[19]的光，衍射现象越明显；相对某种波长的光，障碍物越[20]，衍射现象越明显.说明 任何情况下都可以发生衍射现象，只是明显与不明显的区别.接近 长 小 2. 光的偏振(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿[21]振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都[23] .(2)偏振光：在[23] 于光的传播方向的平面上，只沿着某个[24] 的方向振动的光.(3)偏振光的形成：①让自然光通过[25]形成偏振光.②让自然光在两种介质的界面发生反射和[26]，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光.一切方向 相同 垂直 特定 偏振片 折射 (4)偏振光的应用：加偏振滤光片的照相机镜头、液晶显示器、立体电影、消除车灯眩光等.横 (5)光的偏振现象说明光是一种[27]波.2. 我们经常看到交通信号灯、安全指示灯、雾灯、施工警示灯等都是红色的信号灯，这除了红色光容易引起人们的视觉反应外，还有一个重要原因，这个原因红光波长较长，比其他可见光更容易发生衍射现象 是.3. 当阳光照射较厚的云层时，日光射透云层后，会受到云层深处水滴或冰晶的反射，这种反射在穿过云雾表面时，在微小的水滴边缘产生衍射现象.试判断下列现象的成因与上面描述是(√)否(×)相同.(1)雨后的彩虹.( ✕ )(2)孔雀羽毛在阳光下色彩斑斓.( √ )(3)路面上的油膜阳光下呈现彩色.( ✕ )(4)阳光照射下，树影中呈现一个个小圆形光斑.( ✕ )✕✕✕命题点1 干涉、衍射图样的比较3. [2023天津南开中学校考]关于甲、乙、丙、丁四个实验，以下说法正确的是( D )A. 四个实验产生的条纹均为干涉条纹B. 甲、乙两实验产生的条纹均为等距条纹C. 丙实验中，产生的条纹间距越大，该光的频率越大D. 丁实验中，适当减小单缝的宽度，中央条纹会变宽[解析] 甲、乙、丙实验产生的条纹均为干涉条纹，而丁实验是光的衍射条纹，故A 错误；甲实验产生的条纹为等距条纹，而乙是牛顿环，空气薄层不均匀变化，则干涉条纹间距不相等，故B错误；根据干涉条纹间距公式Δx＝λ，丙实验中，产生的条纹间距越大，则波长越长，频率越小，故C错误；丁实验中，产生的明暗条纹间距不相等，若减小单缝的宽度，中央条纹会变宽，故D正确.易错提醒1. 光的干涉与衍射的比较2. 图样不同点3. 图样相同点干涉、衍射都属于光的叠加，都是波特有的现象，都有明暗相间的条纹。
《大学物理学》课件_14. 光的偏振
I 0
则经过偏振片后的光强最大值是：
1 2
I0
I
最小值是：
1 由题意知： 2
I0
I
5
1 2
I0
1 2 I0
因此：
I0
1
I2
光在两种介质界面上的行为比较复杂，例如：
折射与反射定律：传播 方向可能改变；
I0
ii
能流（振幅）将重新分配
I1
半波损失：位相可能 突变
I2
偏振特性发生改变
一、反射光和折射光的偏振
I0
I1 0.075I0
i0 i0
n1
n2
0
I2 0.925I0 折射光：I2 I I// 0.425I0 0.5I0 0.925I0
３）分析反射与折射光的偏振性质 请分析下列情况反射与折射光的偏振性质。
i0
i0
i0
i
i
i
三、应用
１、用玻璃片堆获取偏振光
i0
接近完全偏振光
２、测定不透明介质的折射率 逐渐改变入射角，检测反射光刚好为 线偏振光时，那么不透明介质的折射 率为：
缝后放一个偏振片，则 ( )
(A) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强；
(B) 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱；
(C) 干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱；
(D) 无干涉条纹。
偏振片转一周
3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验
线偏振 光
部分偏振 光
自然 光
光强变化且有消 光
光强变化且无 消光 光强无变化
的偏振化方向ON成 角。由于只有平行于偏振化方向的振动A//才能
透过，由图可知：
A// A0 cos
【大学物理】第12光的偏振
注意： 这个特定的角称为
布儒斯特角；
n1
i0
n2
r0
此时折射光仍为 部分偏振光；
入射角为起偏振角 时，反射光与折射
光互相垂直,是完全
偏振光。
sin i0 n2 sin r0 n1 又i0 r0 90
tgi0
sin i0 cos i0
sin i0 sin r0
n2 n1
n21
i临介 arcsin
e光出射成为偏振光
1.550 1.658
70
可用于起偏和检偏 （a） S （b）S （c）S
表示两尼科耳棱镜主截面的夹角
0
0 2
2
§12—6，7椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉
1、波片：光轴平行于晶面的双折射晶体的薄片。
2、（1）当偏振光的振动面与波片的光轴成 角 00 , 900入射到厚度为l的波片内分成o、e
P2 A2
P3 A3
(b)
因而
A3
A1
cos
cos(
2
)
A1
cos
sin
1 2
A1 sin
2
所以
I3
1 4
I1
sin2
2
又由于
I1
1 2
I0
最后得
I
1 8
I0
sin
2
2
由此可见，当不断旋转P2时，透过P3的光强将在最强（I0/8）与零 之间作周期性变化。
§12－3反射和折射时的偏振 布儒斯特定律
时a=a/2，所以
0
第14章光的偏振
11
二．马吕斯定律
线偏振光通过偏振片P 前后的光强关系： 设α 为振动方向与偏振化方向的夹角
I0
I
E0
P
E = E0cos
I0 E
2 0
,
IE
2
E 02 cos 2
I E 2 ( E 0 cos a ) 2 2 2 I O E0 E0
I I 0 cos 2
12
32
三. 单轴晶体中光传播过程
发生双折射现象，主要是因为晶体中的介 电常数r与方向有关，因而光在晶体中的传播 速度与光的传播方向有关。
n c
1
r r
1.主折射率 o光:在各个方向上的传播速度相同
n0 c
0
33
e光:在各方向上的传播速度不相同 光轴方向
n0 ne c
3
二. 线偏振光
光矢量的振动方向始终不变的光，叫线偏振光。 又称平面偏振光
k
E
面对光的传 播方向看
光矢量的方向始终在一个平面中，但其大 小随位相而变。
4
y
分解：
Ey
E
Ex
x
Ex E cos
Ey E sin
Ex ,Ey的大小依赖于 x, y 方向的选取。 表示法：
光振动垂直板面
光振动平行板面
2
9 I0 32
27 I0 128
14
例:一束光垂直入射在偏振片P上，以入射光线 为轴转动P，观察通过P的光强的变化过程．
自然光或(和)圆偏振光 光，则将 若入射光是______________________ 看到光强不变； 线偏振光(完全偏振光) 若入射光是__________________________，则 将看到明暗交替变化，有时出现全暗； 部分偏振光或椭圆偏振光 ，则将 若入射光是________________________ 看到明暗交替变化，但不出现全暗．
大学物理光的偏振汇总
17
起偏 ：从自然光获得偏振光
P1
P2
1 自然光通过偏振片后所获得的线偏振光的光强是 I 1 I 0 自然光光强的一半。 2
24
11.7.3 马吕斯定律（Malus law） （1808 年）
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 ) •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。
起偏器（polarizer）：起偏的光学器件 起偏的原理：利用某种光学的不对称性 偏振片（Polaroid）P（获得线偏振光）
分子型： （常用） 入射 电磁波 电气石晶片 微晶型： 非偏振光 · ·· 光轴 线偏振光 线栅起偏器
18
y 入射 电磁波
z
x z
线栅起偏器
1928年一位19岁的美国大学生 （nd） 发明的。
E
对称性，称为光的偏振性。
H
S EH
光的波动性 光波是横波
光的偏振性说明光波是横波 光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
•
对普通光源由于原子发光的间歇性和随机性，
使得光矢量的振动方向分布在一切可能的方位。而
且在垂直于光的传播方向的平面内的任一方向上，
光矢量的振幅都相等，没有哪个方向更占优势。因
大学物理课后习题答案(第十四章) 北京邮电大学出版社
习题十四14-1 自然光是否一定不是单色光?线偏振光是否一定是单色光?答：自然光不能说一定不是单色光．因为它只强调存在大量的、各个方向的光矢量，并未要求各方向光矢量的频率不一样．线偏振光也不一定是单色光．因为它只要求光的振动方向同一，并未要求各光矢的频率相同．14-2 用哪些方法可以获得线偏振光?怎样用实验来检验线偏振光、部分偏振光和自然光? 答：略．14-3 一束光入射到两种透明介质的分界面上时，发现只有透射光而无反射光，试说明这束光是怎样入射的?其偏振状态如何?答：这束光是以布儒斯特角入射的．其偏振态为平行入射面的线偏振光．14-4 什么是光轴、主截面和主平面?什么是寻常光线和非常光线?它们的振动方向和各自的主平面有何关系?答：略．14-5 在单轴晶体中，e 光是否总是以e n c /的速率传播?哪个方向以0/n c 的速率传播? 答：e 光沿不同方向传播速率不等，并不是以0/n c 的速率传播．沿光轴方向以0/n c 的速率传播．14-6是否只有自然光入射晶体时才能产生O 光和e 光?答：否．线偏振光不沿光轴入射晶体时，也能产生O 光和e 光．14-7投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过130°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍?解：由马吕斯定律有0o 2018330cos 2I I I ==0ο2024145cos 2I I I ==0ο2038160cos 2I I I ==所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,81倍． 14-8 使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°，问此时透射光I 与1I 之比为多少?解：由马吕斯定律ο20160cos 2I I =80I =32930cos 30cos 20ο2ο20I I I == ∴ 25.2491==I I14-9 自然光入射到两个重叠的偏振片上．如果透射光强为，(1)透射光最大强度的三分之一，(2)入射光强的三分之一，则这两个偏振片透光轴方向间的夹角为多少?解：（1） max 120131cos 2I I I ==α又20max I I = ∴,601I I = 故 'ο11124454,33cos ,31cos ===ααα. (2) 0220231cos 2I I I ==α∴'ο221635,32cos ==αα 14-10 一束自然光从空气入射到折射率为1.40的液体表面上，其反射光是完全偏振光．试求：(1)入射角等于多少?(2)折射角为多少?解：(1),140.1tan 0=i ∴'ο02854=i(2) 'ο0ο323590=-=i y14-11 利用布儒斯特定律怎样测定不透明介质的折射率?若测得釉质在空气中的起偏振角为58°，求釉质的折射率． 解：由158tan οn =,故60.1=n 14-12 光由空气射入折射率为n 的玻璃．在题14-12图所示的各种情况中，用黑点和短线把反射光和折射光的振动方向表示出来，并标明是线偏振光还是部分偏振光．图中.arctan ,00n i i i =≠题图14-12解：见图．题解14-12图题14-13图*14-13如果一个二分之一波片或四分之一波片的光轴与起偏器的偏振化方向成30°角，试问从二分之一波片还是从四分之一波片透射出来的光将是：(1)线偏振光?(2)圆偏振光?(3)椭圆偏振光?为什么?解：从偏振片出射的线偏振光进入晶(波)片后分解为e o ,光，仍沿原方向前进，但振方向相互垂直(o 光矢垂直光轴，e 光矢平行光轴)．设入射波片的线偏振光振幅为A ，则有 A.2130sin ,A 2330cos οο====A A A A o e ∴e o A A ≠ e o , 光虽沿同一方向前进，但传播速度不同，因此两光通过晶片后有光程差．若为二分之一波片,e o ,光通过它后有光程差2λ=∆，位相差πϕ=∆，所以透射的是线偏振光．因为由相互垂直振动的合成得ϕϕ∆=∆-+22222sin cos 2e o e o A A xy A y A x∴ 0)(2=+e o A y A x即 x A A y o e -= 若为四分之一波片，则e o ,光的,4λ=∆位相差2πϕ=∆，此时1sin ,0cos =∆=∆ϕϕ∴ 12222=+e o A y A x即透射光是椭圆偏振光．*14-14 将厚度为1mm 且垂直于光轴切出的石英晶片，放在两平行的偏振片之间，对某一波长的光波，经过晶片后振动面旋转了20°．问石英晶片的厚度变为多少时，该波长的光将完全不能通过?解：通过晶片的振动面旋转的角度ϕ与晶片厚度d 成正比．要使该波长的光完全不能通过第二偏振片，必须使通过晶片的光矢量的振动面旋转ο90．∴ 1212::d d =ϕϕ mm 5.412090οο1122=⨯==d d ϕϕ。
大学物理-光的偏振
无关。
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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：
...
u
S
y
x
u
S
S
• 表示该光的振动方向垂直于纸平面； 表示该光的振动面就在纸平面内。
折射率为：
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
tan i0
n2 n1
n2
将i0=600代入，得 n=1.73
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§14-4 光的双折射现象
一、光的双折射
当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射 光，折射定律为：
sin i / sin 常数
且入射线、法线、折射线在同一平面内，这是光在各向同性均 匀媒质中的折射现象。
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三、应用
①用玻璃片堆获取偏振光
i0
接近完全偏振光
② 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是偏振光。
③ 也可用玻璃片作检偏器。 ④ 在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，
可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射
光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装
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三、部分偏振光，线（面，全）偏振光
①若沿某一方向的光振动优于其他方向，则谓之部分偏振光, 表示为
②若只有沿某一方向的光振动，则谓之线（面、全）偏振光， 表示为
例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射 光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
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i0
偏振片的应用 1) 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 2) 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。 3) 制成偏光眼镜，可观看立体电影。
4) 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成 45角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车 会车时灯光的晃眼。
两式比较得
coi0ssincoπ 2s()
i0
2
反射线与折射线垂直
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 介n 2质入 射于界面时, 此 角即为布儒斯特角 .
i0
n1
玻璃
n2
tan
i0
n2 n1
tantan(π 2i0)ctgi0n n1 2
3)画出下列光线的反射和折射（起偏角 i 0）.
i0
结论：反射光的偏振化程度与入射角有关 . 一般情况下：
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.
特殊情况下： 反射光——完全偏振光
折射光——部分偏振光
布儒斯特定律（1812年）
当入射角等于某一特定值i0时，反射光是光振动垂 直于入射面的线偏振光。折射光仍为部分偏振光。
在照相机镜头前加偏振片 有反射光干扰的橱窗 消除了反射光的干扰
拍摄橱窗时未加偏振片 拍摄橱窗时加偏振片
i0
i0
i
i
i
例1 一束自然光以布儒斯特角入射到平玻璃板上，
就偏振状态来说，则反射光为
线，偏反振射Байду номын сангаас光
矢量的振E动方向
，垂折直射于光入为射面 ，
反射光线部与分折偏射振光光线之间的夹角为 。
90
例2 自然光以60的入射角照射到某两介质交界面时， 反射光为完全偏振光，则知折射光为
(A)完全偏振光,且折射角是30.
例3 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
解：在上表面
1
tan i0
n2 n1
2 反射光为线偏振光。
在下表面 tantan(π 2i0)ctgi0n n1 2
也满足布儒斯特定律，反射光也是线偏振光。
结论：上、下两个表面的反射光都是线偏振光。 一次起偏垂直入射面的振动仅有很小部分被反射
(B)部分偏振光,且只是在该光由真空入射到折射率为 3 的介质时，折射角是30.
(C)部分偏振光，且必须在已知两种介质的折射 率时才能确定折射角. (D)部分偏振光，且折射角是30. 解：反射光完全偏振，入射角i0 = 60
折射光为部分偏振 i0 900
折射角 300
与介质的折射率无关.
答案 (D)
tan i0
n2 n1
i0 i0
式中n2为折射空间媒质折 空气
n1
射率，n1为入射空间媒质 的折射率，i0称为起偏振
n2
角或布儒斯特角。
玻璃
讨论 1）反射光和折射光互相垂直. 空气
i0
i0
n1
由折射定律 sin i0 n2
sin n1
n2
玻璃
由布儒斯特定律
tani0
n2 n1
sini0 cois0