大学物理光的偏振详解演示文稿
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大学物理光的偏振详解演示文稿
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
根据Maxwell电磁理论,光是一种电 E
磁波,在光与物质相互作用时,主要是横
向振动着的电场强度矢量(光矢量)起作 用。光矢量的各种振动状态使光具有各 H
SEH
种偏振状态。
* 光的偏振状态
主要内容
* 线偏振光的获得与检验
I0 c o2ssin2I0
2
8
450
§5-3 反射和折射时光的偏振
自然光在两种各向同性介 质的分界面上反射和折射时， 不但光的传播方向要改变，而 且光的偏振状态也要改变，
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 .
为其它值时
， 3 I0 —— 消光
22
0II 0
例题1
光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光 强为百度文库0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
P1 P2
P3
II 13 II 202 c2 o 2 I 2s I1 coI 22 ss2 in
平面内沿单一方向振动的光
线偏振光表示法
叫线偏振光 （也称平面偏振光）。
• • • •
部分偏振光
完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间 的一般情形是部分偏振光。
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。
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光表示法
• • • •
在纸面内的光振动较强
入射面: 入射光 线和法线所成的平面 .
ii
n1
空气
n2
玻璃
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
反射光的偏振化程度与入 布儒斯特角
完全偏振光
射角有关，若光从折射率为n1
的介质射向折射率为n2的介质， n
ib
当入射角满足
1
tgib
n2 n1
n21
n2
（式中n21为媒质2对 媒质1的相对折射率）
称性称为偏振性。 机
械
说明：只有横波才
波 穿
具有偏振现象，偏 过
振现象是横波区别 狭
于纵波的最明显的 缝
特征。
2.光的偏振性：
光矢量的振动方向总是与 光的传播方向垂直的，即光矢 量的横向振动状态，相对于传 播方向不具有对称性，
这种光矢量的振动相对于 传播方向的不对称性，称为光 的偏振性。
E
H SEH
• • • • • • •
垂直纸面的光振动较强
部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。
椭圆偏振光和圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
右旋椭圆偏振光
§5.2 线偏振光的获得与检验
一、起偏和检偏
起偏----从自然光获得偏振光叫“起偏”。 偏振器（起偏器）
----能将自然光变为偏振光的光学器件。
★马吕斯定律
强度为I0的偏振光，通过
I0
检偏器后，透射光的强度为：
P
I
I=I0 cos2α
其中α 为检偏器的偏振化
方向与入射偏振光的偏振化方 向之间的夹角。
E0 P
•推导过程 E=E0cos
I0E02 , IE2E02co2s
E=E0cos
II0co2s 马吕斯定律（1809）
0 ， I I I max 0
光的偏振 性说明光 波是横波
二、偏振态的分类 根据偏 非偏振光(自然光) 振状态
非偏振光(自然光) 完全偏振光（线偏振光） 部分偏振光
E
X
振动面在空间各个方向高速随机变
没
化的，或者说由大量振幅相同、各种振
有 优
动方向都有、彼此没有固定相位关系的
势
光矢量的组合叫非偏振光或自然光。
方Y
向
Z 特点：在垂直光线的平面内，光
2I0
I0
I I0
P1 起偏器 P2 检偏器
P1// P2
检 偏
起偏器
检偏器
讨论
设入射光可能是自然光、线偏振光 或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
自然光 线偏振光 部分偏振光
P
待检光
I
?
以光线为轴转动P:
I 不变—？ I 变，有消光—？ I 变，无消光—？
问题
2I0
I0
I 0 P1 P2
u 矢量沿各方向振动的概率均等.
一束自然光可等效地分解为
自然光可以用下图表示
两束振动方向相互垂直的、等
幅的、不相干的分振动。
自然光的分解
非相干叠加
I Ix Iy
Ix
Iy
1 I
2
• • • • • • • •
完全偏振光（线偏振光）
·
E
u
光振动方向与传播方向
光矢量（
E）只在一个固定
决定的平面称为振动面.
一般情况下 I =？
N
I0
M EI
起偏器
E0
检偏器
二、 马吕斯定律
•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。
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
r
时，反射光中就只有垂直于入射面的光振
动，而没有平行于入射面的光振动，这时 反射光为线偏振光，而折射光仍为部分偏 振光。这就是Brewster定律。其中ib叫做起 偏角或布儒斯特角。
这实验规律可 用电磁场理论 的菲涅耳公式 解释。
偏振片是由自然光获得线偏振光的平面片状器件。 是利用晶体的二向色性起偏。（对某一方向的光振动有 强烈吸收）,它只允许某一特定方向的光振动通过.
例如：把硫酸碘奎宁的针状粉末有序地蒸镀在 透明的基片上。
1928年一位19岁的美国大学生 （E.H.Land）发明的。
起 偏
I0
起偏器
1 2
I0
偏振化方向
●偏振片既可“起偏”又可“检偏”。
* 反射和折射时光的偏振
* 双折射现象
§5.1 光的偏振状态 ( Polarization of light )
一、光的偏振性
1. 横波和纵波的区别——偏振 • 纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题； • 横波：振动方向与传播方向垂直，存在偏振问题。
定义：振动方向对
机械横波与纵波的区别
于传播方向的不对
检偏----检验一束光是否是偏振光叫“检偏”。 检偏器--检偏的光学器件。 ●起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性（某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 . （2）散射， （3）反射和折射， （4）双折射….
●偏振片（Polaroid）
光的波动性
光的干涉、衍射 .
光波是横波
光的偏振 .
根据Maxwell电磁理论,光是一种电 E
磁波,在光与物质相互作用时,主要是横
向振动着的电场强度矢量(光矢量)起作 用。光矢量的各种振动状态使光具有各 H
SEH
种偏振状态。
* 光的偏振状态
主要内容
* 线偏振光的获得与检验
I0 c o2ssin2I0
2
8
450
§5-3 反射和折射时光的偏振
自然光在两种各向同性介 质的分界面上反射和折射时， 不但光的传播方向要改变，而 且光的偏振状态也要改变，
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 .
为其它值时
， 3 I0 —— 消光
22
0II 0
例题1
光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3后光 强为百度文库0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
P1 P2
P3
II 13 II 202 c2 o 2 I 2s I1 coI 22 ss2 in
平面内沿单一方向振动的光
线偏振光表示法
叫线偏振光 （也称平面偏振光）。
• • • •
部分偏振光
完全偏振光和自然光是两种极端情形，介于二者之间 的一般情形是部分偏振光。
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。
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光表示法
• • • •
在纸面内的光振动较强
入射面: 入射光 线和法线所成的平面 .
ii
n1
空气
n2
玻璃
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
反射光的偏振化程度与入 布儒斯特角
完全偏振光
射角有关，若光从折射率为n1
的介质射向折射率为n2的介质， n
ib
当入射角满足
1
tgib
n2 n1
n21
n2
（式中n21为媒质2对 媒质1的相对折射率）
称性称为偏振性。 机
械
说明：只有横波才
波 穿
具有偏振现象，偏 过
振现象是横波区别 狭
于纵波的最明显的 缝
特征。
2.光的偏振性：
光矢量的振动方向总是与 光的传播方向垂直的，即光矢 量的横向振动状态，相对于传 播方向不具有对称性，
这种光矢量的振动相对于 传播方向的不对称性，称为光 的偏振性。
E
H SEH
• • • • • • •
垂直纸面的光振动较强
部分偏振光可以看成自然光和线偏振光的混合。
椭圆偏振光和圆偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
右旋椭圆偏振光
§5.2 线偏振光的获得与检验
一、起偏和检偏
起偏----从自然光获得偏振光叫“起偏”。 偏振器（起偏器）
----能将自然光变为偏振光的光学器件。
★马吕斯定律
强度为I0的偏振光，通过
I0
检偏器后，透射光的强度为：
P
I
I=I0 cos2α
其中α 为检偏器的偏振化
方向与入射偏振光的偏振化方 向之间的夹角。
E0 P
•推导过程 E=E0cos
I0E02 , IE2E02co2s
E=E0cos
II0co2s 马吕斯定律（1809）
0 ， I I I max 0
光的偏振 性说明光 波是横波
二、偏振态的分类 根据偏 非偏振光(自然光) 振状态
非偏振光(自然光) 完全偏振光（线偏振光） 部分偏振光
E
X
振动面在空间各个方向高速随机变
没
化的，或者说由大量振幅相同、各种振
有 优
动方向都有、彼此没有固定相位关系的
势
光矢量的组合叫非偏振光或自然光。
方Y
向
Z 特点：在垂直光线的平面内，光
2I0
I0
I I0
P1 起偏器 P2 检偏器
P1// P2
检 偏
起偏器
检偏器
讨论
设入射光可能是自然光、线偏振光 或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
自然光 线偏振光 部分偏振光
P
待检光
I
?
以光线为轴转动P:
I 不变—？ I 变，有消光—？ I 变，无消光—？
问题
2I0
I0
I 0 P1 P2
u 矢量沿各方向振动的概率均等.
一束自然光可等效地分解为
自然光可以用下图表示
两束振动方向相互垂直的、等
幅的、不相干的分振动。
自然光的分解
非相干叠加
I Ix Iy
Ix
Iy
1 I
2
• • • • • • • •
完全偏振光（线偏振光）
·
E
u
光振动方向与传播方向
光矢量（
E）只在一个固定
决定的平面称为振动面.
一般情况下 I =？
N
I0
M EI
起偏器
E0
检偏器
二、 马吕斯定律
•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。
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
r
时，反射光中就只有垂直于入射面的光振
动，而没有平行于入射面的光振动，这时 反射光为线偏振光，而折射光仍为部分偏 振光。这就是Brewster定律。其中ib叫做起 偏角或布儒斯特角。
这实验规律可 用电磁场理论 的菲涅耳公式 解释。
偏振片是由自然光获得线偏振光的平面片状器件。 是利用晶体的二向色性起偏。（对某一方向的光振动有 强烈吸收）,它只允许某一特定方向的光振动通过.
例如：把硫酸碘奎宁的针状粉末有序地蒸镀在 透明的基片上。
1928年一位19岁的美国大学生 （E.H.Land）发明的。
起 偏
I0
起偏器
1 2
I0
偏振化方向
●偏振片既可“起偏”又可“检偏”。
* 反射和折射时光的偏振
* 双折射现象
§5.1 光的偏振状态 ( Polarization of light )
一、光的偏振性
1. 横波和纵波的区别——偏振 • 纵波：振动方向与传播方向一致，不存在偏振问题； • 横波：振动方向与传播方向垂直，存在偏振问题。
定义：振动方向对
机械横波与纵波的区别
于传播方向的不对
检偏----检验一束光是否是偏振光叫“检偏”。 检偏器--检偏的光学器件。 ●起偏的原理: 利用某种形式的不对称性,如 （1）物质的二向色性（某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性 . （2）散射， （3）反射和折射， （4）双折射….
●偏振片（Polaroid）