光偏振及其应用
班级：116041A 姓名：孙思颖
摘要：
本文先全面地介绍了偏振光的定义和分类，其中包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光，然后阐释了偏振光的产生方法，给出马吕斯定律，详细地介绍了波光片的结构，以及怎样形成偏振光。
然后，通过四个实验（分别为求得系统偏振率，验证马吕斯定理，测量晶体旋光度，观察椭圆偏振光和圆偏振光）的分析，得到相应的结论，并同时进行了相应的误差分析。
最后，在所做实验基础上进行思考与拓展，并给出创新见解及方法。
Abstract:
This paper first introduced the definition and classification of polarized light, including linear polarized light, elliptically and circularly polarized light, and then explains the method to produce polarized light, Ma Lu's law, introduces in detail the structure light sheet, and how the formation of polarized light.
Then, through four experiments (respectively to obtain polarization rate, verify the Marius theorem, measurement of crystal rotation, observe the elliptically and circularly polarized light) analysis, obtains the corresponding conclusion, and also analyzes the error.
Finally, in the experimental basis of thinking and development, and gives the ideas and methods.
关键词：光波（light wave）、偏振光（Polarizaed Light）、光矢量（The light vector）、自然光（Natural light）、部分偏振光（Partially polarized light）、线偏振光（Linearly polarized light）、椭圆偏振光（Elliptically polarized light）、圆偏振光（Circularly polarized light）、偏振角（Angle of polarization）、寻常光（ordinary light）、非寻常光（extraordinary light）、起偏器(Polarizer)、旋光性（optical activity）。
【理论分析】
1偏振光的基本定义
光波（Figure 1）是电磁波，是
一种横波，垂直于传播方向的振动矢
量有电矢量和磁矢量。由于在光和物
质的相互作用过程中主要是光波中
的电矢量起作用，所以在研究时，通
常以电矢量Ｅ作为光波中振动矢量
的代表，叫光矢量。
Figure 1光波示意图
偏振（polarization）指的是波
动能够朝着不同方向振荡的性质。
1.1 分类
根据光矢量振动情况划分光的偏振状态： 自然光（如Figure 2）：通常，普通光源发出的光波，其光矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量
具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同的性质，这种光称为自然光。
部分偏振光：如果光矢量的振动虽然取所有方向，但是不同方向的振幅大小可能不同，这种光就称为部分偏振光，如Figure 3中“? ”表示光垂直入射面，“ — ”表示光振动平行于入射面。
线偏振光：在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方向振动，这种光称为平面偏振光，由于光矢量端点的轨迹为一条直线，所以也叫做线偏振光（Figure 4）。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面。线偏振光的振动面固定不动，不会发生旋转。
椭圆偏振光、圆偏振光：当两个相互垂直的振动同时作用于一点时，若它们的频率相同并且有固定的位相差，光矢量末端在垂直于传播方向的平面上描绘出的轨迹呈椭圆形或者为圆
形（Figure 6），这样的偏振光称为椭圆偏振光或圆偏振光（Figure 5）。
Figure 2自然光
Figure 3部分偏振光
Figure 4线偏振光
2 偏振光的产生
采取一些物理方法能将自然光变成偏振光，常用的方法有以下三种： 2.1 反射折射（透射）法 将自然光照射在透明（或不透明）的光滑介质表面（如玻璃）产生反射和折射（透射）时，反射光经过和折射的透射光都成了部分偏振光如图（Figure 7）。图中“? ”表示光垂直入射面，“ — ”表示光振动平行于入射面。这两束光部分偏振光的区别在于反射光中的光振动垂直于入射面的部分占优势；而折射光中光振动平行于入射面的占优势。占优势程度（即偏振度）与入射角i 有关。当入射角i 满足
n n n i i cot cot 2
1
0===
时，反射光成为线偏振光，其振动面垂直入射面。上式中i 角称为布儒斯特（D.Brewster ）角（又称起偏振角、全偏振角）。但这时的折射光仍为部分偏振光，只是偏振程度大最大。为了增加折射光的偏振程度，可以把许多玻璃片叠起来成为玻璃片堆。当自然光以布儒斯特角入射时，经过玻璃片堆的多次反射和折
射，折射光中振动垂直入射面的部分越来越少，透射光的偏振程度就越来越高。
Figure 7反射和折射产生部分偏振光
Figure 6椭圆偏振光的形成
Figure 6椭圆偏振光、圆偏振光
一般经过10片左右玻璃片后，折射光可视为线偏振光。
2.2人造偏振片
某些有机化合物晶体对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领。这种选择行的吸收成为二向色性。利用二向色性制成的偏振片，能吸收某一振动方向称为偏振片的透振方向（或偏振化方向）。从原则上讲，能透过偏振片的光应该是线偏振光，但由于吸收不完全，透过偏振片的光只能达到一定的偏振程度。由于人造偏振片的面积可以很大，从而可获得较大的偏振光束。
Figure 8偏振片原理
2.3晶体的双折射
2.3.1双折射
当自然光入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。它们为振动方向互相垂直的线偏振光。光在非均质体中传播时，其传播速度和折射率值随振动方向不同而改变，其折射率值不止一个。光波入射非均匀质体，除特殊方向以外，都要发生双折射，分解成振动方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏振光，此现象称为双折射，如Figure 9。
2.3.2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。
光轴是一特殊的方向，凡平行于此方向的直线均为光轴。
1)单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石、冰等；
2)双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、结晶硫磺、蓝宝石、橄榄石等。
2.3.3 主平面
主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。（Figure 9） o 光（寻常光ordinary light ）振动垂直主平面，e 光（非寻常光extraordinary light ）振动在主平面内。
Figure 9光的双折射现象
2.3.4 主截面
主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。
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。
寻常光的折射率对于介质来说是各向同性的，是个折射率球，寻常光遵从折射定律；非寻常光的折射率对于介质来说是各向异性的，通常是折射率椭球，一般不遵从折射定律，即e 光折射线也不一定在入射面内。 3 起偏器和检偏器
3.1 起偏器和检偏器
凡是能产生偏振光的光学器件均称为起偏器，它们可用来检验偏振光，这是又称为检偏器，两者统称为偏振器。
3.2 马吕斯定律(E.L.Malus )
θ20cos I I =
其中：0I :初始线偏振光强度；
I
：投射光强度；
θ：入射光偏振话方向与检偏器偏振化方向夹角
当以光线传播方向为轴转动检偏器时，I 将发生周期性变化。当 0=θ时，透射光强度最大；当 90=θ，透光强度极小（消光状态）；当
900<<θ，I 介于最大值和最小值之间。因此，根据透射光强度变化情况，
可区别线偏振光，自然光和部分偏振光。
4 波长片和圆偏振光、椭圆偏振光
波长片（又叫波晶片）是从双折射晶体中切下来的平行平面板，表面与晶体的光轴平行，如图（Figure 10）所示。当一束平行线偏振光垂直入射波长片时，分解成的o 光和e 光传播方向不变。设入射偏振光矢量的振动方向与光在晶体中内主截面的夹角为θ，入射光的振幅为I 。按矢量分解法，o 光的振幅为
θsin I 。因o 光和e 光通过波长片时的光程也不
同。设波长片的厚度为d ，则o 光和e 光的光程分别为
d n L 00= d n L
e e =
因o 光和e 光是由同一点的入射光分解出来的，所以它们之间有固定的相位差。经过波长片后，o 光与e 光之间的相位差为
d n n
e ）（-=
00
2λπ
δ
对某一波长λ的单色光所产生的相位差πδk 2= ）（??=,3,2,1k 的波长片
叫该单色光的全波长片，产生相位差πδ）（12+=k 的波长片叫1/2波长片，产
生相位差2/12πδ）（+=
k 的波长片叫1/4波长片。 当线偏振光垂直照射到全波长片和1/2波长片上时，出射光认为线偏振光。照射在1/4波长片上时，通常出射光为正椭圆偏振光。（Figure 11）
Figure 10波长片的光轴与平行表面
椭圆偏振光的形成：椭圆偏振光是两列频率相同，振动方向相互垂直，且沿同一方向传播的线偏振光的合成。其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。要获得一般的椭圆偏振光，只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。起偏器将自然光变为线性偏振光，波晶片将线性偏振光分解为o 光和e
光，由于他们在晶体内的传播宿舍不同，产生了一定的相位差
δ，射出晶片后，e 光和o 光合成在一起便得到椭圆偏振光。把射出晶片的两个分量写成：
???+==)cos(cos δwt A E wt A E y y
x x ? δδ22
2
sin cos 2=-???? ??+???? ??y x y x y y x x A A E E A E A E 以上为椭圆方程，由此得到椭圆偏振光。
5 旋光度
当平面偏振光通过盛有旋光性化合物的旋光管后，偏振面就会被旋转(向右或向左)一个角度，这时偏振光就不能通行无阻的穿过与起偏镜棱轴相平行的检偏镜。只有检偏镜也旋转(向右或向左)相同的角度( α 角度)，旋转了的平面偏振光才能完全通过。观察检偏镜上携带的刻度盘所旋转的角度，即为该旋光性物质的旋光度。偏振面被旋光性物质所旋转的角度叫旋光度。用 α 表示。 【实验内容和过程】
1 测量系统的偏振率。将装置放好，旋转偏振片，分别记下光强最大值max
I Figure 11线偏振光入射及射出1/4波片的偏正态
和光强最小值min I ，然后由公式min
max min
max I I I I P +-=
求出系统偏振率。
2 验证马吕斯定理
θ2
0cos I I =
Figure 12验证马吕斯定律装置图
1) 仪器按图（Figure 12）放置。调节P2使P2与P1的透振方向相同，即此
时光强度最大， 0=θ。旋转P2，每隔10o记录下光强数据，填入表格。 2) 绘制I -θ和I -θ2cos 的关系曲线图,并验证马吕斯定律。
3 晶体旋光度：
调整P1使光功率达到最小，中间加上晶体片，再次调整使光功率达到最小，记下两次角度θ1、θ2，并计算角度差θ=θ1?θ2。晶体厚度l=3mm ，α=
θl
。
4 观察圆偏振光和椭圆偏振光
Figure 13验证圆偏振光装置图
仪器按（Figure 13）放置P1和P2。使P1的透振方向为竖直，P2的透振方向为水平，即使得P1、P2的透振方向正交即可。将1/4波片按图示位置放于P1和P2之间。调节波片使激光束通过其光心并与波片垂直。转动1/4波片（改变入射线偏振光光矢量的振动主向与光在1/4波片内主截面的夹角θ），记录消光现象出现时P2的位置并解释之。
依次将1/4波片从消光位置转过15o、30o、45o、60o、75o、90o，每转过15o分别将P2慢慢转动360o，列表记录透过P2观察到的透射光强变化，说明经过1/4波片后相应透射光的偏振态（线偏振、椭圆偏振及圆偏振）。观察记录结果与表中。
【实验结果及误差分析】
1. 系统的偏振率：0.416mw I max = mw 04
2.0I min =
min
max min
max I I I I P +-=
＝0.817
2. 角度与光强的关系 2.1 数据整理
2.2 光强I 与θ的关系曲线图
2.3 光强I 与θ2cos 的关系曲线图
由图可知，I =0.35θ2cos ，光强I 与θ2cos 成正比例关系，实验结果满足马吕斯定律。
3. 旋光度实验结果
θ1=32.5°、θ2=91.0°， θ=θ1?θ2=58.5°， α=
θl
=58.5°
3×10=340.2 rad/m 。
4.观察圆偏振光和椭圆偏振光
4.1数据整理
4.2结果与分析
当α=45 o时，P2转过一周后，发现光强基本不变，所以经过1/4波片后得到透射光的偏振态为圆偏振，其他角度下为椭圆偏振光。
误差分析：
1.室内光线的变化影响了光强的测定。
2.两偏振片与激光不垂直，旋转偏振片后测出的数据会不准确。
3.激光器预热时间不够,激光不稳定。
4.各实验仪器的误差：实验所用的1/4波片是用天然云母片剥制筛选得到的。光通过1/4波片之后，快、慢轴分量的附加相位差不严格。其次，在安装调整过程中1/4波长片快轴与入射面的夹角也不严格为45度，最后，起偏角和检偏角还可能存在误差。
5.读数误差。
6.仪器的老化，测出的结果不精确。
【总结提高】
本实验让我们了解到光偏振的现象，及其在生活和科学技术中的重要应用。这个实验通过宏观现象，即测定光强，来解释微观现象，告诉我们偏振光的一些性质。实验过程本身并不难，但是后期处理数据并不容易，画图用到了MATLAB拟合曲线，同时验证马吕斯定律时用到线性回归。从这个试验中我学到了很多内容，尤其是在处理数据方面，懂得借助电脑应用程序使得结果更加简洁明了。
思考题：
a)怎样由自然光得到线偏振光？
由反射产生线偏振光：当入射角等于某一特定角度时,在反射光中只有垂直于入射面的振动,而平行于入射面的振动变为零,这时的反射光为线偏振光。
由自然光经过偏振片直接获得线偏振光。
当自然光以布儒斯特角入射时，经过玻璃片堆的多次反射和折射，折射光中振动垂直入射面的部分越来越少，透射光的偏振程度就越来越高。一般经过10片左右玻璃片后，折射光可视为线偏振光。
b)如何区分自然光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光？
用偏振片进行观察，若光强随偏振片的转动没有变化，这束光是自然光或圆偏振光。这时在偏振片之前放1/4玻片，再转动偏振片。如果强度仍然没有变化是自然光；如果出现两次消光，则是圆偏振光，因为1/4玻片能把圆偏振光变为线偏振光
如果用偏振片进行观察时，光强随偏振片的转动有变化但没有消光，则这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。这时可将偏振片停留在透射光强度最大的位置，在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行，再次转动偏振片会若出现两次消光，即为椭圆偏振光，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光，则为部分偏振光。
如果随偏振片的转动出现两次消光，则这束光是线偏振光。
【对本实验的改进意见及创新见解】
本实验用He-Ne激光器或作为光源,用起偏振片得到线偏振光来进行实验。
经过查证,发现半导体激光器出来的光是线偏振光,可以改进测定马吕斯定律的实验方法。由半导体激光器作为光源,发射出来的光是线偏振光。在光源之后紧接加一个偏振片就可以验证马吕斯定律。
上述实验装置中的偏振片前加一个1/4波片,可以用来产生椭圆偏振光,其它部分保持不变。
偏振现象在摄影技术中的应用 [实验目的] 1、了解自然光、偏振光的概念。 2、验证马吕斯定律。 3、了解界面反射光的偏振性及布儒斯特定律。 4、了解偏振现象在摄影技术中的应用。 [实验原理] 1、自然光与偏振光 波有两类，一类其媒质的振动方向与波的传播方向相同，称为纵波，如声波；另一类其相应量的振动方向与波的传播方向垂直，称为横波，如电磁波。 光是一种电磁波，一般将对眼睛起主要感观作用的电场振动方向作为光波振动方向，光是横波，所以它的振动是有极性的。在与传播方向垂直的平面上，它可沿任一方向振动。如果一束光线都在同一方向振动，称为线偏振光，如图(a)所示，如果电场只是在某一确定方向上的振动比其他方向的振动大，则称部分偏振光，如图(b)所示，一般光源发出的光不是偏振光，其电场的振动沿各个方向完全相同，如图(c)所示，这样特征的光称为自然光。它可以分解为方向相互垂直.振幅相等，但取向可以任意的两个线偏振光。
2、马吕斯定律 普通光源发出的光是自然光，但通过许多途径可以由自然光得到线偏振光，方法以之一就是使用偏振片。 偏振片通常由各向异性的透明介质制成，这种介质能强烈吸收入射光在某方向上的电振动，从而使自然光变成线偏振光。偏振片中允许电振动通过的方向称偏振化方向。当自然光照射在偏振片上时，垂直于偏振化方向振动的光被完全吸收，透射出的光的振动方向与偏振化方向平行，为线偏振光，其光能量为入射自然光的一半。 图（2）所示，在垂直于自然光传播路径上，放置两个偏振片P1、P2，其偏振化方向之间的夹角为α。 图（2） 当自然光通过P1后，变成电振动方向与P一致的线偏振光，设其振幅为E。当此线偏振光穿过P2时，仅与P平行的分量Ecosα通过，垂直分量ESinα则被
光偏振及其应用 班级：116041A 姓名：孙思颖 摘要： 本文先全面地介绍了偏振光的定义和分类，其中包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光，然后阐释了偏振光的产生方法，给出马吕斯定律，详细地介绍了波光片的结构，以及怎样形成偏振光。 然后，通过四个实验（分别为求得系统偏振率，验证马吕斯定理，测量晶体旋光度，观察椭圆偏振光和圆偏振光）的分析，得到相应的结论，并同时进行了相应的误差分析。 最后，在所做实验基础上进行思考与拓展，并给出创新见解及方法。 Abstract: This paper first introduced the definition and classification of polarized light, including linear polarized light, elliptically and circularly polarized light, and then explains the method to produce polarized light, Ma Lu's law, introduces in detail the structure light sheet, and how the formation of polarized light. Then, through four experiments (respectively to obtain polarization rate, verify the Marius theorem, measurement of crystal rotation, observe the elliptically and circularly polarized light) analysis, obtains the corresponding conclusion, and also analyzes the error. Finally, in the experimental basis of thinking and development, and gives the ideas and methods. 关键词：光波（light wave）、偏振光（Polarizaed Light）、光矢量（The light vector）、自然光（Natural light）、部分偏振光（Partially polarized light）、线偏振光（Linearly polarized light）、椭圆偏振光（Elliptically polarized light）、圆偏振光（Circularly polarized light）、偏振角（Angle of polarization）、寻常光（ordinary light）、非寻常光（extraordinary light）、起偏器(Polarizer)、旋光性（optical activity）。 【理论分析】 1偏振光的基本定义 光波（Figure 1）是电磁波，是 一种横波，垂直于传播方向的振动矢 量有电矢量和磁矢量。由于在光和物 质的相互作用过程中主要是光波中 的电矢量起作用，所以在研究时，通 常以电矢量Ｅ作为光波中振动矢量 的代表，叫光矢量。 Figure 1光波示意图 偏振（polarization）指的是波
物理人教版高中选修3-4《光的偏振》教 学设计
《光的偏振》教学设计 江西石城中学：温树平 342700 教材内容：新课标人教版选修3-4 第十三章第六节《光的偏振》高二年级 教学目标： 一．知识目标： 1．知道振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象 2．知道偏振光和自然光的区别，知道光的偏振说明光是横波二．能力目标： 1．学习科学研究的思维方法，体会科学发展的严密性。 2．培养学生为问题设计实验、通过实验现象总结结论的能力。三．情感目标： 1. 培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论． 2. 知道在学习物理的过程中，做好实验的重要性． 教学重难点： 重点： 1. 使学生了解偏振现象及运用光的偏振知识来解释一些常见的光学现象 2. 知道只有横波才有偏振现象，知道光有偏振现象所以光是一种横波 难点：
通过两个演示实验让学生接受光有偏振现象，因为偏振是学生接触的一个新概念，所以做好演示实验并通过设疑如何引导学生思考、讨论、类比、推理、判断得到结论是本节教学的关键和突破口。 教学方法： 教学是教师教学生学的双边活动，教师在课前必须对学生有一定了解。高二学生已经具有一定的抽象思维能力，但光的偏振现象对他们来说是完全陌生而又抽象的，而机械波的偏振现象相对形象些。故要本着由浅入深，新旧联系，全面系统的原则去讲课，先做好机械波模拟实验，使学生认识机械波的偏振，进而认识偏振是横波特有的现象作为知识铺垫后然后再做光的偏振实验，在分析光的偏振实验时，要引导学生理解实验的设计思路且与机械波实验相类比。偏振现象的应用属于了解性的，采用老师用幻灯片展示语言介绍，学生分析思考的方法，而不让学生课前预习查找，减轻学生课外学习负担，同时让学生知道光偏振并不是陌生的，而是在生产生活中很常见，激发学习兴趣。由于光的偏振现象的抽象性及学生的抽象思维能力有限，所以在教学中主要采用教师设疑，学生探讨的问题探究教学模式，让学生观察、思考、讨论，充分发表意见，这样既有利于突出重点，化解难点，又充分发挥了学生的主体性。教具：长绳、长轻弹簧、有狭缝的纸板、激光源、偏振片、powerpoint课件、flash课件、有摄像头的电脑 教学过程：
光的偏振实验 光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波，光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝实验成功以后不多年，马吕斯（E.L.Malus ）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。 【实验目的】 1．验证马吕斯定律； 2．产生和观察光的偏振状态； 3．了解产生与检验偏振光的元件和仪器； 4．掌握产生与检验偏振光的条件和方法。 【实验仪器】 光源（白炽灯或可见光激光器）、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、 /4波片。 【实验原理】 光波是一种电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。光波的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直，且都垂直于光的传播方向c （图1）。通常用电矢量E 代表光的振动方向，并将电矢量E 和光的传播方向c 所构成的平面称为光振动面。 我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振光。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光（图2a ）。光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。单个原子或分子辐射的光是偏振 的，由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它们所发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在10-6秒内各个方向电矢量的时间平均值相等，故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光（图2b ）。在发光过程中，有些光的振动面在某个特定方向上出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向上较强，这样的光称为部分偏振光（图2c ）。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规律的变化，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为椭圆偏振 E c H 图1 E ， H ， c 三者之间的关系 图2 线偏振光、自然光及部分偏振光 a b c x 图3a 椭圆偏振光的合成
光的偏振的应用 1．在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角变化时，偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜片，让它的透振方向与反射光的透振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。 2．汽车前灯和前窗玻璃用偏振玻璃防止强光 夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼睛，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向恰好与灯光的振动方向垂直，这样司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。 3．利用偏振光的旋光特性测量相关物理量 偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关。测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化。 4．利用光的偏振制成液晶显示器 如图-4所示为电子手表等的液晶显示器，两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光，这束光在通过液晶时，如果上下两液晶片间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90°，于是它能通
过第二个偏振片。第二个偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但如果在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质就改变了，旋光性消失，于是光线不能通过第二个偏振片，这个电极下的区域就变暗，于是就显示出了数字。 5．使用偏振片观看立体电影 立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像，制成电影胶片。在放映时，通过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上，如图-5所示。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的，要看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器。从两架放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。观众戴上透振方向互相垂直的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。这就是立体电影的原理。
偏振光的应用 ————XXX 摘要： 名称与定义 横波 纵波 偏振原理 自然光 偏振光应用： 1、汽车车灯； 2、观看立体电影； 3、生物的生理机能与偏振光； 4、LCD液晶屏； 偏振光红外偏振光在医疗范围的应用： 5、红外偏振光治疗的特点： 产生 特性 定义：光波的光矢量的方向不变，只是其大小随相位变化的光。 偏振光，光学名词。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 横波 光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。 纵波 声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
偏振原理： 通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片P2去检 偏振光原理 查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 自然光 光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看 偏振光 作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 偏振光 偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振
光的衍射、偏振、色散、激光 【学习目标】 1．了解光的衍射现象及观察方法． 2．理解光产生衍射的条件． 3．知道几种不同衍射现象的图样． 5．知道振动中的偏振现象，偏振是横波特有的性质． 6．明显偏振光和自然光的区别． 7．知道光的偏振现象及偏振光的应用． 8．知道光的色散、光的颜色及光谱的概念． 9．理解薄膜干涉的原理并能解释一些现象． 10．知道激光和自然光的区别． 11．了解激光的特点和应用． 【要点梳理】 要点一、光的衍射 1．三种衍射现象和图样特征 (1)单缝衍射． ①单缝衍射现象． 如图所示，点光源S 发出的光经过单缝后照射到光屏上，若缝较宽，则光沿着直线传播，传播到光屏上的AB 区域；若缝足够窄，则光的传播不再沿直线传播，而是传到几何阴影区，在AA BB ''、区还出现亮暗相间的条纹，即发生衍射现象． 要点诠释：衍射是波特有的一种现象，只是有的明显，有的不明显而已． ②图样特征． 单缝衍射条纹分布是不均匀的，中央亮条纹与邻边的亮条纹相比有明显的不同：用单色光照射单缝时，光屏上出现亮、暗相间的衍射条纹，中央条纹宽度大，亮度也大，如图所示，与干涉条纹有区别．用白光照射单缝时，中间是白色亮条纹，两边是彩色条纹，其中最靠近中央的色光是紫光，最远离中央的是红光． (2)圆孔衍射． ①圆孔衍射的现象． 如图甲所示，当挡板AB 上的圆孔较大时，光屏上出现图乙中所示的情形，无衍射现象发生；当
挡板AB上的圆孔很小时，光屏上出现图丙中所示的衍射图样，出现亮、暗相间的圆环． ②图样特征． 衍射图样中，中央亮圆的亮度大，外面是亮、暗相间的圆环，但外围亮环的亮度小，用不同的光照射时所得图样也有所不同，如果用单色光照射时，中央为亮圆，外面是亮度越来越暗的亮环．如果用白光照射时，中央亮圆为白色，周围是彩色圆环． (3)圆板衍射． 在1818年，法国物理学家菲涅耳提出波动理论时，著名的数学家泊松根据菲涅耳的波动理论推算出圆板后面的中央应出现一个亮斑，这看起来是一个荒谬的结论，于是在同年，泊松在巴黎科学院宣称他推翻了菲涅耳的波动理论，并把这一结果当作菲涅耳的谬误提了出来但有人做了相应的实验，发现在圆板阴影的中央确实出现了一个亮斑，这充分证明了菲涅耳理论的正确性，后人把这个亮斑就叫泊松亮斑． 小圆板衍射图样的中央有个亮斑——泊松亮斑，图样中的亮环或暗环间的距离随着半径的增大而减小． 2．衍射光栅 (1)构成：由许多等宽的狭缝等距离排列起来形成的光学仪器． (2)特点：它产生的条纹分辨程度高，便于测量． (3)种类：? ? ? 透射光栅反射光栅 ． 4．三种衍射图样的比较 如图所示是光经狭缝、小孔、小圆屏产生的衍射图样的照片．由图可见：
实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光
2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 偏振片 P 1P 2 I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。 θ 是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强 I 有变化，且转动到某位置时 I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 2 2212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?（k =0, ±1, ±2, …）时，(27-4)式变为
第五章光的偏振 ●学习目标 理解自然光和线偏振光，理解马吕斯定律及布儒斯特定律。了解线偏振光的获得方法和检验方法。 ●教学内容 5.1 光的偏振状态 5.2 线偏振光的获得与检验 5.3 反射和折射时光的偏振 5.4 双折射现象 ●本章重点 线偏振光的获得、反射折射光的偏振 ●本章难点 反射与折射光的偏振 5.1 光的偏振状态 光是横波，对横波的讨论包含对振动方向的讨论。在一个垂直于光传播方向的平面内考察，光振动的方向不一定是各向同性的，可能在某一个方向振动强，在另一个方向弱（甚至为零），这称为光的偏振现象。偏振是横波区别于纵波的一个最明显的特点，光的偏振现象是表明光是横波的直接证明。 一、自然光与线偏振光的定义 如果一束光的光矢量E只沿一个固定的方向振动，我们把这样的光称为线偏振光（或面偏振光），光矢量与光传播方向所组成的平面称为振动面。由原子（或分子）跃迁发出的每一个光波列，都有其自身的振动方向，故都是线偏振光。不过我们通常所说的线偏振光（简称偏振光），不是指某个波列，而是指一束光是偏振光，意即光束中所有的波列都有相同的振动方向。实际光源都由大量的分子、原子组成，由于自发辐射的随机性，普通光源发出的光，是大量的不同振动方向的光波列的集合。在一个与光传播方向垂直的平面内考察，光矢量沿各方向
的平均值相等，没有哪一个方向的光振动较其它方向占优势，这种光叫做自然光，自然光是非偏振的。较为定量的描述是：自然光中的每一波列的光矢量，都可以在任意给定的两个互相垂直的方向上进行分解，其结果是将自然光分成两束光强相等、振动方向互相垂直的，没有确定相位差的偏振光，如下图所示。 自然光可以分解成两个独立的振动方向互相垂直的偏振光部分偏振光是介于偏振光与自然光之间的一种光，例如把一束偏振光与一束自然光混合，得到的光就属于部分偏振光。在垂直于光传播方向的平面内，光矢量的振动方向沿各个方向分布，但沿某一方向的振动最强，沿它的垂向振动最弱。相对于部分偏振光，线偏振光又叫完全偏振光。 二、自然光和偏振光的表示方法 常用一些简单的图形来表示自然光、偏振光和部分偏振光，见右图所示。用短线(或)|表示平行于纸面的光振动，圆点·表示垂直于纸面的光振动。在右图中，(a)为自然光，它的两个互相垂直的光振动的强度相等；(b)、(c)为偏振光，它们 的光矢量都只沿一个方向振动；(d)、(e)为部分偏振光；(d)中较多，表示平行纸面的光振动较强；(e)中·较多，表示垂直纸面的光振动较强。 自然光、偏振光和部分偏振光的图示 5.2 线偏振光的获得与检验
13-11 一单色平行光垂直照射一单缝，若其第三级明条纹位置正好与6000ο A 的单色平行光的第二级明条纹 位置重合，求前一种单色光的波长． 解：单缝衍射的明纹公式为： sin (21) 2a k λ ?=+ 设x λλ=时，3=k ，由已知：当6000=λo A 时，2=k ，二者重合时?角相同，所以有 解得 428660007 5 =?=x λ(o A )=428.6 ( nm) 13-12 单缝宽0.10mm ，透镜焦距为50cm ，用5000=λo A 的绿光垂直照射单缝．求： (1) 位于透镜焦平面处的屏幕上中央明条纹的宽度和半角宽度各为多少? (2) 若把此装置浸入水中(n =1.33)，中央明条纹的半角宽度又为多少? 解：单缝衍射暗纹公式为：sin na k ?λ=，k =1时，有1sin na λ ?= 单缝衍射中央明纹的半角宽度为一级暗纹的角宽度，故1 01sin ()na na λ λ ??-==≈ 单缝衍射中央明纹的宽度为：11122tan 2sin 2x x f f f na λ ???==≈=暗， (1) 空气中，1=n ，所以有：3 3 10100.510 10.01050005.02---?=????=?x (m ) 1010 1 3033 500010500010sin 5.0100.10100.1010?------??=≈=??? (rad ) (2) 浸入水中，33.1=n ，所以有：33 10 1076.310 10.033.110500050.02---?≈?????=?x (m ) 10101 3 033 500010500010sin 3.76101.330.110 1.330.110 ?------??=≈≈????? (rad ) 13-15 波长为5000o A 的平行单色光垂直照射到每毫米有200条刻痕的光栅上，光栅后的透镜焦距为60cm ．求： (1) 屏幕上中央明条纹与第一级明条纹的间距； (2) 当光线与光栅法线成 30°斜入射时，中央明条纹的位移为多少? 解：由已知，光栅常数为： 31mm 5.010200 a b -+= =?mm =6100.5-?m (1) 由光栅衍射明纹公式：λ?k b a =+sin )(，对中央明纹0k =， 00sin 0,0x ?=∴=， 对第一级明条纹1=k , 有：1016500010sin 0.15.010a b λ ?--?===+?，又11 tan x f ?=，所以 【或：?较小时，有sin tan x f ??≈= ，对第一级明条纹1=k , 有：λ=+f x b a 1)(， 即： 6 210110 0.51060105000---????=+=b a f x λ2 100.6-?=(m )6=(cm )】
4. 光的衍射复习题 一、选择题 1．在研究衍射时，可按光源和所研究的点到障碍物的距离，将衍射分为菲涅耳衍射和夫琅和费衍射两类，其中夫琅和费衍射为：（ ） (A)光源到障碍物有限远，所考查点到障碍物无限远。 (B) 光源到障碍物无限远，所考查点到障碍物有限远。 (C) 光源和所考察点的到障碍物的距离为无限远。 (D) 光源和所考察的点到障碍物为有限远。 2． 在单缝衍射实验中，缝宽a =0.2mm ，透镜焦距f =0.4m ，入射光波长λ=500nm ，则在距离中央亮纹中心位置2mm 处是亮纹还是暗纹？从这个位置看上去可以把波阵面分为几个半波带？ ( ) (A) 亮纹，3个半波带； (B) 亮纹，4个半波带； (C) 暗纹，3个半波带； (D) 暗纹，4个半波带。 3． 在夫琅和费单缝衍射实验中，对于给定的入射单色光，当缝宽度变小时，除中央亮纹的中心位置不变外，各级衍射条纹 ( ) (A) 对应的衍射角变小； (B) 对应的衍射角变大； (C) 对应的衍射角也不变； (D) 光强也不变。 4． 在如图所示的夫琅和费单缝衍射实验装置中，S 为单缝，L 为 凸透镜，C 为放在的焦平面处的屏。当把单缝垂直于凸透镜光轴稍 微向上平移时，屏幕上的衍射图样 ( ) (A) 向上平移； (B) 向下平移； (C) 不动； (D) 条纹间距变大。 5． 波长为500nm 的单色光垂直入射到宽为0.25mm 的单缝上，单缝后面放置一凸透镜，凸透镜的焦平面上放置一光屏，用以观测衍射条纹，今测得中央明条纹一侧第三个暗条纹与另一侧第三个暗条纹之间的距离为12mm ，则凸透镜的焦距f 为： ( ) (A) 2m ； (B) 1m ； (C) 0.5m ； (D) 0.2m 。 6． 波长为600nm 的单色光垂直入射到光栅常数为2.5×10-3mm 的光栅上，光栅的刻痕与缝宽相等，则光谱上呈现的全部级数为 ( ) (A) ０、±1、±2、±3、±4； (B) ０、±1、±3； (C) ±1、±3； (D) ０、±2、±4。
光子偏振的量子力学解释 量子力学所提供的进一步描述如下：假定可以把对光轴斜偏振的一个光子看成部分地处于平行光轴偏振态，部分地处于垂直光轴偏振态。斜偏振态可以被为是某种迭加过程应用于平行偏振态与垂直偏振态而得的结果。这就意味着，在各种偏振态之间存在有某种特别的关系，这种关系类似于经典光学中偏振光束间的关系，但是它現在不是应用于光束，而是应用于一个特定光子的各个偏振态。这种关系容许任一偏振态被分解为任意两个互相垂直的偏振态，或者说，可以被表达为任意两个互相垂直的偏振态的迭加。 当我們詿光子遇到方解石晶体时我們就是让它接受一次观测。我們要观察它究竟是平行于光轴偏振的，还是垂直于光轴偏振的。做这种观察的效果也就是强迫光子完全进入平行偏振态，或者完全进入垂直偏振态。它必須来一个突然的跃变，从原来部分地处在每一种态中的情况改变为完全处在其中的某一种态中。 它究竟跳到这两态中的哪一个，是不能预料的，只是由几率規律支配的·如果它跳入平行态，它就会被吸收了；如果它跳八垂直态，它就通过了晶体，而在另一边出現，保留着这种偏振态· 通常假定，只要仔細些，我們就可以把伴随观察的干扰少到 任意所希望的程度．大与小的概念因而純悴是柞对的，是关联到 我們的观察工具的細致程度，也关联到被描述的对象．为了要給
大小以絶对的含义（这是有关物质終极結构的任何理論所要求的），我們必須要假定：对观才細程度和对着于 扰的微小程度有丁个限度．这个阳度是事物本質中所固有的，观察者方面改进技术或提高技巧，都不可能超越这个限度．如果被观察的对象大到足以使这种不可避免的极限干扰可以忽略，那么，这个对象就是在絶对的含义上是大的，井且我們可以把經典力学应用到庀身上，反之，如果这种极限干扰不能忽視，則对象在絶对3 意义上就是小的，我們就要用新的理論来处理宅． 上述討的一个結果是我們必須修改我們对因果的观念， 因果性仅对那些耒受干扰的系統适用．如果系統是小的，我們不能在观察时而不产生严重的干扰，因此，我們不能期望在我們的观察結果之間找到任何因果性的联系，我們假定因果性对于汶有受干扰的系統仍是适用的，为茄述未受干扰的系統血建立起的方程是一些微分方程，宅們表达出某一时刻的条件与后一时刻的条件間的因果性联，这些方程与經典力学中的方程紧密对应，但 是宅們只能間接地与观察的結果相呋系，在計算观察出的結果时就有不可避免的不确定性出現，一般脱来，理論使找們能够算出的只是，当进行观察时能获得某个特定結果的几率．
光的偏振 物理与电子工程学院 杨晓航 2008025164
光的偏振 摘要： 1.光的偏振现象 2.实验 3.应用 光的偏振现象 在我们的日常生活中，光无处不在。如果没有光，我们就无法生存。我们已经知道光是横波，就像绳波一样，若振动方向与狭缝的方向相同，波就可以无阻碍的穿过；若振动方向与狭缝的方向垂直，波就会被挡住。光也存在类似的现象。 下面我们做一组实验。在左侧，我们放一个灯泡，在灯泡右侧，我们放两块偏振片Q , P，让光线依次穿过Q, P，Q固定不动，以光线为轴转动P，我们会发现，随着P的取向不同，透射光的强度发生变化（如下图），当P处于某一位置时透射光的强度最大，由此位置转过90°后，透射光的强度减为0，即光线完全被P阻挡，这种现象叫做消光。 光的偏振现象并不是罕见的，自然界中除了光源直接照射过来的光是自然光，其他的基本都不是自然光，只不过我们用肉眼很难鉴别罢了。比如我们用偏振片去观察经玻璃或冰面反射的光，我们会发现，这束光的强度也会随着偏振片的转动呈周期性的变化，所以反射光也是一种偏振光。
偏振光的实验 *实验背景介绍 光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象.光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865~1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象.按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件. *实验原理 我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，人们发现反射光中的垂直于入射面的光振动多于平行于入射面的光振动；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光，折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，该现象最早在1815年为布儒斯特所发现，我们称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一；不过反射光由于强度较小，通常不被利用；透射光的光强较大，但又不是完全线偏振光，实际采用的是利用玻璃堆的方法就成功的解决了该问题，多次的透射基本上可以滤掉竖直分量，最后只剩下了平行分量。 由于i0+ r = π / 2，n1 sin i0 = n2 sin r，则 若n1为空气，则tg i0 = n2，这样，当介质折射率一定时，i0就唯一地被确定。
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偏振光技术及其应用 作者：席晨霞 学号：100104303 班级：10级机械三班 摘要：1809年，马吕斯在试验中发现了光的偏振现象。1811 年，布儒斯特在 研究光的偏振现象时发现了光的偏振现象的经验定律。在1863～1873年间，麦克斯韦在建立了光的电磁学理论，从本质上说明了光的偏振象。光的偏振性使人们对光的传播 ( 反射、折射、吸收和散射 ) 的规律有了新的认识，偏振光在国防、科研和日常生活中有着广泛的应用：海防前线用于观望的偏光望远镜、立体电影中的偏光眼镜、光纤通信系统都与偏振光有关，液晶光开关是根据其偏振特性来完成光交换的技术，偏振镜则是数码影像的基础。随着新概念的飞速发展，偏振光成为研究光学晶体、表面物理的重要手段，偏振光的应用与我们的生活息息相关。 关键词：偏振光、应用和原理、摄影技术、科学技术 Polarized light technology and its applications Name: Xi Chen Xia Student ID: 100104303 Class: 10 machine three shifts Abstract:In 1809, Marius found in the experiments of light polarization. 1811, Brewster in the study of polarization phenomena found in the experience of the phenomenon of lightpolarization laws. In 1863 ~ 1873, the establishment of a Maxwell's electromagnetic theoryof light, essentially shows the polarization of light like. Polarization of the transmitted lightso that people (reflection, refraction, absorption and scattering) a new understanding ofthe law, polarized light in the defense, research and daily life of a wide range ofapplications: coastal line of polarized light for watching telescope, three-dimensionalmovies of polarized glasses, polarized light optical fiber communication systems andrelated liquid crystal optical switch is done according to its polarization properties ofoptical switching technology, polarization microscopy is the basis of digital imaging. Withthe rapid development of new concepts, a study of polarized optical crystal, an important means of surface physics, the application of polarized light with our lives. Keywords : polarization, application and theory, science and technology 引言
光的干涉、衍射和偏振 考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现 明暗条纹的条件.2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件.3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．
1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是() A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是() A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光
考点梳理 1．光的干涉 (1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件 只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波． 2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为Δx ＝l dλ. 3．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． 4．光的衍射 (1)定义：光离开直线路径绕到障碍物阴影区的现象叫光的衍射，衍射产生的明暗条纹或光环叫衍射图样．