第3节光的偏振
第4节激光与全息照相
1.了解振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象，知道光是一种横波.
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.（重点＋难点）
3.知道激光的产生原理和主要特点，了解激光的特性和应用.（重点）
4.知道激光在全息照相中的应用原理和特点.
一、光的偏振
1.偏振现象
（1）如果横波只沿某一个特定的方向振动，在物理学上就叫做波的偏振.只有横波才有这种特性.因为纵波的振动方向和传播方向始终在同一直线上，所以纵波不存在偏振.
（2）光波属于电磁波，是横波，具有偏振性.太阳、电灯、蜡烛等普通光源发出的光不显示偏振性.
2.偏振片：只让某一方向振动的光通过，而不让其他方向振动的光通过的一种光学元件.
3.光的分类
（1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光的振动在平面内是均匀分布的.
（2）偏振光
①自然光通过偏振片（起偏器）之后，只有振动方向与“狭缝”方向相同的光波才能完全通过.自然光通过偏振片后，就能获得偏振光.
②起偏器和检偏器：用于获得偏振光的偏振片叫起偏器，用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器.
③偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通过的方向.
4.偏振现象的应用
（1）立体电影.
（2）在照相机镜头前装一偏振片，并适当旋转偏振镜片，能够阻挡偏振光，消除或减弱光滑物体表面的反光或亮斑.
（3）利用偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振化方向会发生变化这一现象，检查应力的分布情况以及用于地震预报.
1.（1）只有横波才能发生偏振，纵波不能发生偏振.（）
（2）光的偏振现象证明光是横波.（）
（3）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光.（）
提示：（1）√（2）√（3）×
二、激光与全息照相
1.激光及其特性
（1）激光是原子受激辐射产生的光.发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉.激光是人工产生的光.
（2）激光具有相干性好、单色性好、亮度高、方向性强等特点.
（3）激光用途很广，在农业领域可以用来育种，在医疗领域可以用激光作为手术刀来切割组织，在军事领域可以制作各种激光武器，在工业领域可以利用激光进行切割金属等难熔物质.
2.激光与全息照相
（1）全息照相是利用光的干涉来实现的.
（2）作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍照的物体，该物体把光线反射到照相胶片上并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照相.
2.（1）激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点.（）
（2）激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相干性好.（）
（3）全息照相技术只能记录光波的强弱信息.（）
提示：（1）×（2）×（3）×
偏振现象及其应用
1.偏振现象：对于横波通过狭缝的情况，只有狭缝的方向与横波质点的振动方向相同时，横波才能无阻碍地通过狭缝，而当狭缝的方向与横波质点的振动方向垂直时，横波不能通过狭缝，说明偏振是横波特有的现象.
2.自然光与偏振光
（1）光源发光原理：任何普通光源都是由大量的原子或分子组成的，这些大量的原子或分子振动发光.
原子发光具有间歇性，在下一瞬间发射的另一光波与前一时刻发出的光波几乎没有任何关联，大量原子、分子之间的发光规律没有关联，具有随机性.
（2）自然光：由光源发光原理知道，在垂直于传播方向的平面内，光振动在平面内各个方向的分布是均匀的，不显示偏振性，这样的光叫做自然光.
（3）偏振片：由特殊材料制成的，只让某一方向振动的光通过，而不让其他振动方向的光通过的一种光学元件.偏振片上的“狭缝”若不借助特殊仪器，用肉眼无法观察到.起偏器和检偏器都是偏振器.把偏振光能完全通过的方向称为这个偏振器的偏振化方向.
（4）偏振光：只沿着一个特定方向振动的光叫做偏振光.
（5）自然界中的起偏器：江湖或海洋的水面、皮革、鱼鳞、毛皮等.
3.偏振现象的应用
（1）立体电影.
（2）摄影时利用偏振片消除反光.
（3）利用偏振现象检查应力的分布.
（4）汽车挡风玻璃上安装偏振片可以减弱对面车灯射来的光.
（5）液晶显示也是利用了偏振现象.
（1）我们平时所看到的光，除直接从光源射来的光，其他多为偏振光.
（2）自然光经镜面反射后的反射光是偏振光.
（3）当光照射到界面上发生折射与反射时，若折射光线与反射光线垂直，光发生完全偏振.
如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧.旋转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是（）
A.A、B均不变
B.A、B均有变化
C.A不变，B有变化
D.A有变化，B不变
[解题探究]（1）白炽灯光是自然光还是偏振光？
（2）偏振光通过偏振片后，光的强度如何变化？
[解析]白炽灯光包含各个方向的光，且各个方向的光强度相等，所以旋转偏振片P时各方向透射光强度相同，故A点光的强度不变；白炽灯光经偏振片P后为偏振光，此时只有偏振片Q与P的偏振方向一致时偏振光才能完全透过Q，因此在旋转P时B点的光强有变化，选项C正确.
[答案] C
（1）偏振片是由特殊材料制成的，每个偏振片都有特定的透振方向，沿与透振方向垂直振动的光不能透过偏振片.
（2）获得偏振光的两种方式
①让自然光通过偏振片；②自然光射到两种介质的分界面上，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直.
1.下面关于光的偏振现象的应用正确的是（）
①自然光通过起偏器后成为偏振光，利用检偏器可以检验出偏振光的振动方向
②立体电影利用了光的偏振现象
③茶色眼镜利用了光的偏振现象
④拍摄日落时水面上的景物，在照相机镜头前装一个偏振片可减弱水面反射光的影响
A.①②③B．①②④
C.②③④D．①②③④
解析：选B.起偏器和检偏器都是偏振片，故①对；立体电影放映时是通过两个相互垂直的偏振片把偏振片光射到银幕上，观众戴上偏振片制作成的眼镜才能看立体电影，故②对；茶色眼镜没有利用光的偏振现象，是滤光片，故③错；水面反射光强，且是偏振光，故④对.所以选B项.
激光的特点与应用
1.光的产生：原子获得能量后处于不稳定状态，会以光的形式向外发射能量.
2.自发发射：一般光源自发地发出光，所发出的光频率不一、相差不稳定、方向不同.这种光是自然光，即普通光.
3.受激发射：原子受到外来光脉冲的激发，会发射出与这个外来光脉冲“四同”（同频率、同相差、同偏振、同传播方向）的光，这种光就是激光.
4.激光的特点及其应用
特点
（比普通光）
特点内容应用
相干性好
频率单一，相差恒定，易发生干涉现象，
可像无线电波一样调制
光纤通信、光的干涉、激光全息照相
平行度好
激光的方向性非常好，是一束几乎不发
散的平行光，可以会聚到很小的点上测距和跟踪目标、DVD、CD唱片、
计算机光盘
亮度高
激光能在很小的空间、很短的时间内集
中很大的能量
“光刀”、激发核反应
下列说法正确的是（）
①激光可用于测距
②激光能量十分集中，只可用于加工金属材料
③外科研制的“激光刀”可以有效地减少细菌的感染
④激光可用于全息照相，有独特的特点
A.①②③B．②③④
C.①③④D．①②③④
[思路点拨]解答本题应熟记激光的特点.
[解析]激光平行度好，即使在传播了很远的距离之后，它仍保持一定的强度，此特点可用于激光测距，①正确.激光的亮度高，能量十分集中，可用于金属加工，激光医疗，激光美容，激光武器等，②错误.激光具有很高的相干性，可用于全息照相，由于它记录了光的相位信息，所以看起来跟真的一样，立体感较强，④正确.由于激光亮度高、能量大，在切割皮肤等的同时，也能杀灭细菌，所以③正确.
[答案] C
2.在演示双缝干涉的实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的（）
A.亮度高B．平行度好
C.单色性好D．波动性好
解析：选C.频率相同的两束光相遇才能发生干涉，激光的单色性好，频率单一，通过双缝时能够得到两束相干光.故本题的正确答案是C.
光的偏振 1．下列关于偏振光的说法中正确的是() A．自然光就是偏振光 B．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光 C．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光 D．单色光就是偏振光 答案：C 解析：自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光。所以选项C正确。 2．(2010·石家庄市第一中学高二检测)P是一偏振片，P的透振方向(用带箭头的实线表示) 为竖直方向。下列四种入射光束中哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？() 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 答案：ABD 解析：只要光的振动方向不与偏振片的透振方向垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、沿与竖直方向成45°角振动的光均能通过偏振片。
3．在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q。在Q的后边放上光屏，以下说法正确的是() A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变 B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱 C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变 D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱 答案：BD 解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。 4. 如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则() A．图中a光为偏振光 B．图中b光为偏振光 C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮 D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮 答案：BD 解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。从电灯直接发出的光为自然
光的衍射、偏振、色散、激光 一、选择题 1．如图所示，a 、b 两束光以不同的入射角由介质射向空气，结果有相同的折射角，下列说法正确的是( )． A ．b 在介质中的折射率比a 大 B ．若用b 光做单缝衍射实验，要比用a 时中央条纹更宽 C ．用a 更易观察到泊松亮斑 D ．做双缝干涉实验时，用a 光比用b 光条纹间距更大 2．如图所示的四个图形中哪个是著名的泊松亮斑的衍射图样( )． 3．如图所示的四种明暗相间的条纹，分别是红光、蓝光各自通过同一个双缝干涉仪器形成的干涉图样以及黄光、紫光各自通过同一个单缝形成的衍射图样(黑色部分表示亮纹)．则在下面的四个图中从左往右排列，亮条纹的颜 色依次是( )． A ．红黄蓝紫 B ．红紫蓝黄 C ．蓝紫红黄 D ．蓝黄红紫 4．关于自然光和偏振光以下说法正确的是( )． A ．自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同 B ．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光 C ．自然光透过一块偏振片后就成为偏振光，偏振光透过一块偏振片后又还原为自然光 D ．太阳、电灯等普通光源发出的光都是自然光 5．如图所示，让自然光照射到P 、Q 两偏振片上，当P 、Q 两偏振片的透振方向夹角为以下哪些度数时，透射光的强度最弱？( )． A ．0° B ．30° C ．60° D ．90° 6．水中同一深度排列着四个不同颜色的球．如果从水面上方垂直俯视各球，感觉最浅的是( )． A ．红球 B ．黄球 C ．绿球 D ．紫球 7．如图所示，一束红光和一束蓝光平行入射到三棱镜上，经三棱镜折射后会聚于光屏M 上的一点N ，这两束单色光分别用a 、b 表示．对于这两束光的颜色以及在玻璃中的传播速度，下列说法中正确的是( )． A ．a 为红光，在玻璃中的传播速度小于b 光 B ．a 为蓝光，在玻璃中的传播速度小于b 光 C ．b 为红光，在玻璃中的传播速度小于a 光 D ．b 为蓝光，在玻璃中的传播整小于于a 光 8．如图所示，在水中有一厚度不计的薄玻璃片制成的中空三棱镜，里面是空气，一束白光A 从棱镜的左边射入，从棱镜的右边射出了发生了色散，射出的可见光分布在a 点和b 点之间，则( )． A ．从a 点射出的是红光，从b 点射出的是紫光 B ．从a 点射出的是紫光，从b 点射出的是红光 C ．从a 点和b 点射出的都是红光，从ab 中点射出的是紫光 D ．从a 点和b 点射出的都是紫光，从ab 中点射出的是红光 9．如图所示，一细束复色光从空气中射到半球形玻璃体球心O 点，经折射分为a 、b 两束光，分别由P 、Q 两点射出玻璃体．PP′、QQ′均与过O 点的界面法线垂直．设光线a 、b 在玻璃体内穿行所用的时间分别为a t 、b t ，则:a b t t 等于( )． A ．QQ′: PP′ B ．PP′: QQ′ C ．OP′: OQ′ D ．OQ′: OP′ 16．如图所示，a 和b 都是厚度均匀的平玻璃板，它们之间的夹角为 ，一细光束以入射角α从
6 光的偏振 一、选择题(1题为单选题，2～4题为多选题) 1．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光和折射光恰好是振动方向互相垂直的偏振光。因此，可以推断出玻璃的折射率为() A．2B．3 C． 3 2D． 3 3 2．“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量。偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示，S 是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是() A．到达O处光的强度会明显减弱 B．到达O处光的强度不会明显减弱 C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α 3.如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2。现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直。在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是() A．反射光束1消失 B．透射光束2消失 C．反射光束1和透射光束2都消失
D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°角，透射光束2消失 4.如图所示是一种利用温度敏感光纤测量物体温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的偏振方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化。关于这种温度计的工作原理，正确的说法是() A．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大 B．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小 C．到达检偏器的光的偏振方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越小 D．到达检偏器的光的偏振方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越大，表示温度变化越大 二、非选择题 5．一束光由真空入射到平面玻璃上，当其折射角为30°时，反射光恰好发生完全偏振(反射光线与折射光线垂直)，由此可以计算出玻璃的折射率是多少？此时的入射角称为起偏角，也叫布儒斯特角，试求折射率为n的介质的布儒斯特角的通用表达式。
《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角． (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态． (2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？ 解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245?＝I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245?＝I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行． 2分 (2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变． 1分 2. 两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成α1＝30°时，观测一束单色自然光．又在α2＝45°时，观测另一束单色自然光．若两次所测得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比． 解：令I 1和I 2分别为两入射光束的光强．透过起偏器后，光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律，透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意，21I I '='，于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起．已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直．一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16．求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角． 解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ．透过第一个偏 振片后的光强 I 1＝I 0 / 2． 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2，由马吕斯定律， I 2＝(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3， I 3 ＝I 2 cos 2(90°－θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3＝I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2， ()2/2sin 211-=θ＝22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60，一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角． (1) 求透过每个偏振片后的光束强度； (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光，求透过每个偏振片后的光束强度．
偏振激光雷达 Kenneth Sassen 2.1 引言 光的基本性质是电磁波的电场E矢量任意时间在空间上所表现的方向取向。这个方向取向可以是固定、易于改变的线偏光或者是随时间旋转的圆偏光或椭圆偏振光。偏振的随机取向是一种非常重要的状态：光束和单一光线所表现的状态是不同的，当然使用光学分析仪是不能观察到这种单一状态的。重要的是，偏振的任意状态在光学设备的帮助下可以转换成其它状态。光子的运动是易于被改变的。 历史上，对光的偏振本质的发现是通过一种光敏材料的实验发现的，这种材料就是冰晶石，它是方解石类的双折射晶体的一种，光通过这类晶体能够产生两个像。双像现象代表光通过晶体传输在两个垂直偏振平面时产生的偏离光传输方向的偏转。惠更斯和牛顿都证明了这种双折射现象是光的本质特性，并不是由于晶体的引入而造成的改变。因为牛顿忠诚于光的粒子学说（光被看作一个一个粒子），所以他当时并不能解释这种现象。但是，正是因为他对Opticks的质疑的论文，暗示了双折射现象象征了一种类似于电磁作用。因此，“偏振”这个词诞生了。进一步的研究导致了罗歇、尼科耳、渥拉斯顿偏振棱镜的发展，以及我所欣赏的格兰偏振激光雷达的应用。对偏振光科学发展的回顾参见文献[1]。 幸运的是，正如我们所看到的那样，在激光雷达中广泛采用的脉冲激光本质上产生线形偏振光，这是因为激光介质（举例说，参杂玻璃棒）的晶体本质决定的，另外这种方法也被应用到巨脉冲，这种巨脉冲依赖偏振旋转设备（举例说，泡可耳斯盒）把发射激光阻挡在激光腔中直到最大的瞬间输出能量。因此，基本偏振激光雷达应用包括线性偏振激光脉冲的发射和探测，是通过后向散射光的垂直和平行的偏振平面的光束分束器。两个通道的光学和电子增益的不同调节之后，这两种信号的比值被称为线性退偏比或δ值。然而，通过采用不同光学部件对激光后向散射退偏特性的其它种类的测量也是可能，依赖于输出激光脉冲的整形和偏振通道的数目。 在更进一步详述之前，应该强调偏振激光雷达技术起初是借鉴与之相类似20世纪50年代（在激光器发明之前）发展的微波雷达方法。正因为这，我将参照地基微波雷达退偏特性的研究结果。截至到上世纪60年代，然而，人们已经普遍接受：与由于非球形颗粒（典型的是颗粒物小于入射波长）造成的微波退偏现象相比，激光的退偏（颗粒物的直径大于激光波长）是相当强的。因此可以预见，偏振激光雷达在研究气溶胶和云以及沉淀物（换句话说，水汽的凝结体）方面具有很好的前景。 在这章后面部分，将讨论目前在使用的对退偏测量的种类，结合近似理论和实验解释大气中激光退偏的原因，提供基本大气研究实例，所采用技术主要源自我们激光雷达研究计划。激光雷达偏振技术大大拓展了不同激光方法探测大气能力，并且是一种特别经济的方法。另外，在最后部分将要讨论，对偏振激光雷达的更进一步发展仍然存在巨大的潜能，毫无疑问，将在不遥远的将来充分利用这些潜能。 2.2 退偏的测量和不确定性 正如上面所述，偏振激光雷达领域广为使用的变量是距离分辨的线形退偏比δ，根据文献[2]中定义： δ(R) = [β⊥(R)/β||(R)] exp(τ|| ?τ⊥), (2.1)
光的偏振参考解答 一 选择题 1．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后，出射光的光强为I= I 0/8，已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P 2，要使出射光的光强为零，P 2最少要转过的角度是 （A ）30° （B ）45° （C ）60° （D ）90° [ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ，则8 2s i n 8s i n c o s 202 0220I I I I === ααα ，所以4/πα=，若I=0 ，则需0=α或πα= 。可得。 2．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振 片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 （A ）1/2 （B ）1/5 （C ）1/3 （D ）2/3 [ A ] [参考解] 设自然光与线偏振光的光强分别为I 1与 I 2 ，则 1212 1 521I I I ?=+ ，可得。 3．某种透明媒质对于空气的全反射临界角等于45°，光从空气射向此媒质的布儒斯特角是 （A ）35.3° （B ）40.9° （C ）45° （D ）54.7° [ D ] [参考解] 由n 1 45sin = ，得介质折射率2=n ；由布儒斯特定律，21t a n 0==n i ，可得。 4．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° （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，但须知两种介质的折射率才能确定折射角 （D ）部分偏振光且折射角是30° [ D ] [参考解] 由布儒斯特定律可知。
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：
第3节光的偏振 第4节激光与全息照相 1.了解振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象，知道光是一种横波. 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.（重点＋难点） 3.知道激光的产生原理和主要特点，了解激光的特性和应用.（重点） 4.知道激光在全息照相中的应用原理和特点. 一、光的偏振 1.偏振现象 （1）如果横波只沿某一个特定的方向振动，在物理学上就叫做波的偏振.只有横波才有这种特性.因为纵波的振动方向和传播方向始终在同一直线上，所以纵波不存在偏振. （2）光波属于电磁波，是横波，具有偏振性.太阳、电灯、蜡烛等普通光源发出的光不显示偏振性. 2.偏振片：只让某一方向振动的光通过，而不让其他方向振动的光通过的一种光学元件. 3.光的分类 （1）自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，在垂直于传播方向的平面内，光波可沿任何方向振动，光的振动在平面内是均匀分布的. （2）偏振光 ①自然光通过偏振片（起偏器）之后，只有振动方向与“狭缝”方向相同的光波才能完全通过.自然光通过偏振片后，就能获得偏振光. ②起偏器和检偏器：用于获得偏振光的偏振片叫起偏器，用于检查通过起偏器的光是不是偏振光的偏振片叫检偏器. ③偏振器的偏振化方向：偏振光能完全通过的方向. 4.偏振现象的应用 （1）立体电影. （2）在照相机镜头前装一偏振片，并适当旋转偏振镜片，能够阻挡偏振光，消除或减弱光滑物体表面的反光或亮斑.
（3）利用偏振光通过受力的塑料或玻璃时，偏振化方向会发生变化这一现象，检查应力的分布情况以及用于地震预报. 1.（1）只有横波才能发生偏振，纵波不能发生偏振.（） （2）光的偏振现象证明光是横波.（） （3）自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光.（） 提示：（1）√（2）√（3）× 二、激光与全息照相 1.激光及其特性 （1）激光是原子受激辐射产生的光.发光的方向、频率、偏振方向均相同，两列相同的激光相遇可以发生干涉.激光是人工产生的光. （2）激光具有相干性好、单色性好、亮度高、方向性强等特点. （3）激光用途很广，在农业领域可以用来育种，在医疗领域可以用激光作为手术刀来切割组织，在军事领域可以制作各种激光武器，在工业领域可以利用激光进行切割金属等难熔物质. 2.激光与全息照相 （1）全息照相是利用光的干涉来实现的. （2）作为光源的激光被分成两部分：一部分通过凹透镜发散后射到照相胶片上，另一部分射向一个平面镜，经反射后通过另一个凹透镜发散后射向被拍照的物体，该物体把光线反射到照相胶片上并与第一束光发生干涉，两束光干涉的结果就在照相胶片上记录下被拍摄物体的三维图像信息，这就是全息照相. 2.（1）激光用于光纤通信是利用了它亮度高的特点.（） （2）激光可用做“光刀”来切开皮肤，是利用了激光的相干性好.（） （3）全息照相技术只能记录光波的强弱信息.（） 提示：（1）×（2）×（3）×
第五章 光的偏振 1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）] E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）]的偏振态。 解 ：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面 通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60°。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少？已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。 解∶∵亮度比 = 光强比 设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600?(1-10%) 因此： ∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600?(1-10%) = 10.125%. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大？设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。 解：设：P 3与P 1夹角为α，P 2与P 1的夹角为 θ = 600 I 1 = 21 I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 0 2I cos 2αcos 2(θ-α) 要求通过系统光强最大，即求I 2的极大值 I 2 = I 2cos 2αcos 2(θ-α) = 0 2I cos 2α[1-sin 2(θ-α)] = 08 I [cosθ+ cos （2α-θ）] 2 由 cos （2α-θ）= 1推出2α-θ = 0即α = θ/2 = 30° ∴I 2max = 21 I 0 cos 2αcos 2(θ-α) = 21 I 0 cos 230° cos 230° = 9 32 I 0 4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转（见题 5.4图），若入射的自然光强为I 0，试证明透射光强为 N 1 题5.3图
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 1I 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
光的偏振激光 出题人：左发明()1.列哪些波能发生偏振现象A.声波B.电磁波C?横波D ?纵波 ()2.如图所示，让太阳光通过M中的小孔 S,在M的右方放一偏振片P, P的右方再放 一光屏Q,现以光的传播方向为轴逐渐旋转 偏振片P,关于光屏Q上光的亮度变化情 况，下列说法中正确的为 A ?先变暗后变亮B.先变亮后变暗 C?亮度不变D.先变暗后变亮，再变暗，再变亮 ()3 .某些特定环境下照像时，常在照相机镜头前装一片偏振滤光片使景象清晰，关于其原理，下列说法中正确的是 A ?增强透射光的强度B.减弱所拍摄景物周围反射光的强度 C.减弱透射光的强度 D.增强所拍摄景物周围反射光的强度 ( )4.让太阳光通过两块平行放置的偏振片，关于最后透射光的强度，下列说法正确的是 A .当两个偏振片透振方向垂直时，透射光强度最强 B. 当两个偏振片透振方向垂直时，透射光强度最弱 C. 当两个偏振片透振方向平行时，透射光强度最弱 D. 当两个偏振片透振方向平行时，透射光强度最强 ()5.下列关于电磁波叙述中，正确的是 A .麦克斯韦预言了电磁波的存在，安培用实验首先证实了电磁波的存在 B .电磁波在任何介质中的传播速度均为3. 0X 108 m/s C.电磁波由真空进入介质传播时，波长将变短 D .电磁波不能产生干涉，只能产生衍射现象 ()6.下列关于声波和电磁波的叙述中，正确的是 A .由于它们都能产生干涉、衍射现象，所以都是横波 B .它们都能在真空中传播 C.声波能产生反射但不能产生折射现象，而电磁波能产生反射和折射现象 D .如果它们分别由空气进入介质，声波传播速度变大而电磁波速度变小 ()7.气象卫星向地面发送的云图，是由卫星上的红外线感应器接收云层发出的红外线而形成的图象，云图上的黑白程度由云层的温度高低决定，这是利用了红外线的 A .不可见性 B .穿透性C.热效应D.化学效应 ()8.在应用电磁波的特性时，下列叙述符合实际的是 A.医院里常用X射线对病房和手术室进行消毒 B .“远红外烤箱”加热食品时主要是靠烤箱中人能观察到的红光来实现的 C.人造卫星对地球拍摄，是利用紫外线照相有较好的分辨能力 D .在医学上常用伦琴射线穿透能力强，来检查人体内的病变及骨骼情况 ()9.关于红外线、紫外线、X射线和丫射线，下列说法正确的是 A . X射线的频率一定比紫外线的频率咼 B .红外线是原子的内层电子受到激发后产生的 C.高速电子流轰击固体可以产生X射线 D . 丫射线是原子的外层电子受到激发后产生的 ()10.—种电磁波入射到一个直径为1 m的圆孔上，衍射现象明显，这种波属于电磁波谱中的哪个区域 A .可见光B.无线电波C.紫外线D.红外线()11 .关于光的偏振现象，以下说法中正确的是 A、光具有偏振现象，所以光是一种横波 B、光具有偏振现象，所以光都是偏振光 C、自然光射到两种介质的界面上，如果反射光与折射光线相互垂直，则反射光和折射光的偏振方向相互垂直 D、自然光射到两种介质的界面上，如果反射光与折射光线相互垂直，则反射光和折射光的偏振方向相互平行 ()12.关于激光的应用问题，以下说法正确的是 A .光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号来进行调制，使其在光导纤维中进行传递信息 B .计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用了激光是相干光的特点来进行的C.医 学上用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点 D . “激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点 ()13.可以利用激光来切割各种物质，这是应用了激光的 A .相干性好的特性B.平行性好的特性 C.亮度高的特性 D.单色性好的特性 ()14.在做双缝干涉实验时，常用激光做光源，这主要是应用激光的 A .单色性好的特性 B .平行性好的特性 C.波动性好的特性 D .亮度高的特性 ()15.将激光束的宽度聚集到纳米级(10-9 m)范围内，可以修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症，遗传疾病等彻底根除，这是应用了激光的 A .平行性好的特性B.单色性好的特性 C.亮度高的特性 D.粒子性好的特性 16. 有些动物夜间几乎什么都看不到，而猫头鹰在夜间却有很好的视力. ()(1)其原因是 A .不需要光线，也能看到目标B.自身眼睛发光，照亮搜索目标 C.可对红外线产生视觉 D.可对紫外线产生视觉 (2)根据热辐射理论，物体发出光的最大波长入m与物 体的绝对温度的关系满足：T ?入m=2. 90X 10-3( K ? m)，若猫头鹰的猎物——蛇在夜间的体温为 27 C,则它发出光的最大波长为_____________ m,属于_ 17. 如图所示，一束自然光自空气射到玻璃的界面 上，入射角a =60 °,已知玻璃的折射率为n =.3，贝阪射光线 为__________ 光，折射光线为 ____ 光. 波段.
第十四章 光的偏振和晶体光学 1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率 1.54n =，试计算（1）反射 光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解：光由玻璃到空气，354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=??? ? ??-====θθθn n n n o ①()()()() 06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+-- =θθθθθθθθp s r r 002 22 2 min max min max 8.93=+-=+-=p s p s r r r r I I I I P ②o B n n 3354.11tan tan 1121 =?? ? ??==--θ ③()() 4067.0sin 1sin ,0,57902120 21=+-- ===-==θθθθθθθθs p B B r r 时， 02 98364 .018364.011 ,8364.01=+-===-=P T r T p s s 注：若2 21 122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη=== )(cos ,212 2 22 2 0min 0max θθ-=+-= ==p s s p s p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上，试计算透射光的偏振度。 解：每片玻璃两次反射，故10片玻璃透射率( ) 20 22010.83640.028s s T r =-== 而1p T =，令m m I I in ax τ=，则m m m m I I 110.02689 0.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---= ===+++
高中物理选修3-4 光的偏振、色散、激光 题型1（光的偏振） 1、自然光 太阳、点灯等普通光源直接发出的光，包含垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫自然光。 2、偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。图（b）中P 为起偏器，Q为检偏器自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射光和折射光之间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。如图（a）。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。 3、光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两相互垂直。 4、光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，将E的振动称为光振动 5、应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。 1、如图，P是偏振片，P的透振方向（用带的箭头的实线表示）为竖直方向。下列四种入射光束中，哪几种照射P时能在P的另一侧观察到透射光？（ABD） 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 2、如图所示，白炽灯的右侧依次平行放置偏振片P和Q，A点位于P、Q之间，B点位于Q右侧。偏转偏振片P，A、B两点光的强度变化情况是（C） A. A、B均不变 B. A、B均有变化 C. A不变，B有变化 D. A有变化，B不变 3、如图所示，人眼隔着片着片B、A去看一只电灯泡S，一束透射光看不到，那么，以下说法中哪些是正确的（C） A. 使A和B同时转过90°，能够看到透射光 B. 单使B转过90°过程中，看到光先变亮再变暗
贵州省人教版物理高二选修2-3 3.4光的偏振同步训练 姓名:________ 班级:________ 成绩:________ 一、选择题 (共15题；共30分) 1. （2分）下列说法正确的是（） A . 用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象 B . 用X光机透视人体是利用光电效应 C . 光导纤维传输信号是利用光的干涉现象 D . 门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象 2. （2分） (2017高二下·临猗期末) 两个偏振片紧靠在一起，将它们放在一盏白炽灯的前面以致没有光通过．如果将其中的一个偏振片旋转180°，在旋转过程中，将会产生下述的哪一种现象（） A . 透过偏振片的光强先增强，然后又减弱到零 B . 透过偏振片的光强先增强，然后减弱到非零的最小值 C . 透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D . 透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强 3. （2分）用很弱的光做单缝衍射实验，改变曝光时间，在胶片上出现的图象如图所示，该实验表明（） A . 光的本质是波 B . 光的本质是粒子 C . 光的能量在胶片上分布不均匀 D . 光到达胶片上不同位置的概率相同
4. （2分）下列说法中正确的是（） A . 在光导纤维束内传送图象是利用光的衍射现象 B . 用透明的标准样板和单色光检查平面的平整度是利用了光的干涉现象 C . 全息照片往往用激光来拍摄，主要是利用了激光的高亮度性 D . 拍摄玻璃橱窗内的物品时，往往在镜头前加一个偏振片以增加透射光的强度 5. （2分）如图所示，让太阳光通过遮光板M中的小孔S，在M的右方放一偏振片P，P的右方再放一光屏Q，现以光的传播方向为轴逐渐旋转偏振片P，关于屏Q 上光的亮度变化情况，下列说法中正确的是（） A . 先变亮后变暗 B . 先变暗后变亮 C . 亮度不变 D . 光先变暗后变亮，再变暗，再变亮 6. （2分） (2018高二下·莆田期中) 下列关于光学现象的说法中正确的是（） A . 用光导纤维束传送图像信息，这是光的衍射的应用 B . 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果 C . 在照相机镜头前加装偏振滤光片拍摄日落时的景物，可使景象更清晰 D . 透过平行于日光灯的窄缝观察正常发光的日光灯时能看到彩色条纹，这是光的色散现象 7. （2分）关于光的现象，下列说法正确的是（） A . 用光导纤维束传送图象信息，这是光的衍射的应用 B . 太阳光通过三棱镜形成彩色光谱，这是光的干涉的结果
激光的偏振 “偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。布儒斯特窗或Q 调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。 激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。 第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac 效应形成激光频率分裂。 从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。从1988年在Optics Communications 发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
光的偏振态的仿真 一、课程设计目的 通过对两相互垂直偏振态的合成 1．掌握圆偏振、椭圆偏振及线偏振的概念及基本特性； 2．掌握偏振态的分析方法。 二、任务与要求 对两相互垂直偏振态的合成进行计算，绘出电场的轨迹。要求计算在?=0、 ?=π/4、?=π/2、?=3π/4、?=π、?=5π/4、?=3π/2、?=7π/4时，在E x =E y 及E x =2E y 情况下的偏振态曲线并总结规律。 三、课程设计原理 平面光波是横电磁波，其光场矢量的振动方向与光波传播方向垂直。一般情况下，在垂直平面光波传播方向的平面内，光场振动方向相对光传播方向是不对称的，光波性质随光场振动方向的不同而发生变化。将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质，称为光波的偏振特性。它是横波区别于纵波的最明显标志。 1) 光波的偏振态 根据空间任一点光电场E 的矢量末端在不同时刻的轨迹不同，其偏振态可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。 设光波沿z 方向传播，电场矢量为 )cos(00?ω+-=kz t E E 为表征该光波的偏振特性，可将其表示为沿x 、y 方向振动的两个独立分量的线性组合，即 y x jE iE E += 其中 ) cos() cos(00y y y x x x kz t E E kz t E E ?ω?ω+-=+-= 将上二式中的变量t 消去，经过运算可得 ??2002020sin cos 2=??? ? ?????? ??-???? ??+???? ??y y x x y y x x E E E E E E E E 式中，φ=φy -φx 。这个二元二次方程在一般情况下表示的几何图形是椭圆，如图1-1所示。
第十九章 光的偏振 一 选择题 1. 把两块偏振片一起紧密地放置在一盏灯前，使得后面没有光通过。当把一块偏振 片旋转180?时会发生何种现象：（ ） A. 光强先增加，然后减小到零 B. 光强始终为零 C. 光强先增加后减小，然后又再增加 D. 光强增加，然后减小到不为零的极小值 解：)2 π(cos 20+=αI I ,α从0增大到2π的过程中I 变大；从2π增大到π的过程中I 减小到零。 故本题答案为A 。 2. 强度为I 0的自然光通过两个偏振化方向互相垂直的偏振片后，出射光强度为零。 若在这两个偏振片之间再放入另一个偏振片，且其偏振化方向与第一偏振片的偏振化方向夹角为30?，则出射光强度为：（ ） A. 0 B. 3I 0 / 8 C. 3I 0 / 16 D. 3I 0 / 32 解：0000202032 341432)3090(cos 30cos 2I I I I =??=-= 。 故本题答案为D 。 3. 振幅为A 的线偏振光，垂直入射到一理想偏振片上。若偏振片的偏振化方向与入 射偏振光的振动方向夹角为60?，则透过偏振片的振幅为：（ ） A. A / 2 B. 2 / 3A C. A / 4 D. 3A / 4 解：0222'60cos A A =，2/'A A =。 故本题答案为A 。 4. 自然光以60?的入射角照射到某透明介质表面时，反射光为线偏振光。则（ ） A 折射光为线偏振光，折射角为30? B 折射光为部分偏振光，折射角为30? C 折射光为线偏振光，折射角不能确定 D 折射光为部分偏振光，折射角不能确定 解：本题答案为B 。 5. 如题图所示，一束光垂直投射于一双折射晶体上，晶体的光轴如图所示。下列哪种叙述是正确的？ （ ） A o 光和e 光将不分开 e o 选择题5图