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光的偏振现象原理
光的偏振现象是指光在传播过程中，电矢量的振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
这个平面称为光的振动方向或偏振方向。
光的偏振现象可以通过介质对光波进行滤波或反射来实现。
光波的振动方向与电场矢量方向之间有着固定的关系，这种关系可以用偏振方程来描述。
光的偏振状态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
线偏振是指光波振动方向沿着特定的直线进行。
线偏振可以通过通过透明介质上的透明膜或光栅来实现，这样只有特定方向的电场分量才能透过，并达到偏振的效果。
圆偏振是指光波振动方向沿着特定的圆弧进行。
圆偏振可以通过将线偏振光经过适当的光学元件（如1/4波片或1/2波片）进行转换而实现。
椭圆偏振是指光波振动方向在一个特定的平面内进行，且振动方向沿着椭圆轨迹变化。
椭圆偏振可以通过将圆偏振光或线偏振光经过适当的光学元件进行转换而实现。
光的偏振现象具有重要的应用价值。
例如，在光学显微镜中，通过选择特定偏振方向的光来观察样品，可以获得更清晰的图像。
在液晶显示器中，利用液晶分子的偏振特性，可以控制光的透射和反射，实现图像的显示。
总之，光的偏振现象是光在传播过程中，电场矢量振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
通过透明介质的滤波或光学元件的转换，可以实现光的偏振效果。
光的偏振和光强的关系光是一种波动性质的电磁辐射，它能够传播并携带能量。
在光学中，我们经常会遇到光的偏振和光强这两个概念，它们之间存在一定的关系。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量在空间中的振动方向。
根据振动方向的不同，可以分为无偏振光、线偏振光和圆偏振光。
1. 无偏振光：无偏振光是指光波中电场矢量在空间中振动方向随机分布的光。
这种光的电场矢量在空间中无规律地振动，不具有偏振特性。
2. 线偏振光：线偏振光是指光波中电场矢量在空间中只沿着一条直线振动的光。
这种光的电场矢量在空间中具有明确的振动方向，可以分为水平偏振光和垂直偏振光。
3. 圆偏振光：圆偏振光是指光波中电场矢量在空间中以圆轨迹进行旋转振动的光。
这种光的电场矢量在空间中既有水平分量，又有垂直分量，并且两者的振幅和相位差是一定的。
二、光强与光的偏振的关系光强是指光波的能量流密度，表示单位时间内通过单位面积的能量。
对于不同偏振状态的光，其光强可能会有所不同。
1. 无偏振光的光强：由于无偏振光的电场矢量在空间中随机分布，其振幅大小和方向都没有规律可言。
因此，无偏振光的光强是所有偏振状态中最大的，因为它包含了所有可能的振动方向。
2. 线偏振光的光强：线偏振光的电场矢量只在一条直线上振动，其振幅大小和方向是明确的。
由于线偏振光只有一个明确的振动方向，它的光强要小于无偏振光。
3. 圆偏振光的光强：圆偏振光的电场矢量在空间中以圆轨迹旋转，其振幅大小和方向会有所变化。
圆偏振光的光强介于无偏振光和线偏振光之间，取决于旋转的速度和振幅的大小。
需要注意的是，光的偏振状态不会对光的速度和波长造成影响，只会影响光的传播方向和振动方向。
光的偏振在实际生活中有着广泛的应用，例如偏光镜、液晶显示屏等。
总结起来，光的偏振和光强之间存在一定的关系。
无偏振光的光强最大，线偏振光的光强稍小，圆偏振光的光强介于两者之间。
光的偏振状态是由电场矢量的振动方向决定的，不会影响光的速度和波长。
光的偏振偏振光的性质与应用光的偏振和偏振光的性质与应用光是由电磁波组成的，它有一个特殊的性质叫偏振。
偏振光是指光波中的电磁场矢量沿着特定方向振荡的光，它具有许多有趣的性质和广泛的应用。
本文将探讨光的偏振和偏振光的性质以及在科学技术中的应用。
一、光的偏振光是由电磁场的振荡产生的，而电磁场的振动方向有多种可能。
当光波中的电磁场沿着一个确定的方向进行振荡时，我们称之为偏振光。
光的偏振性质可以通过偏振片来观察，偏振片是一种能够选择特定方向光进行透射的光学元件。
二、偏振光的性质1. 光的偏振方式偏振光可以分为线性偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光三种方式。
线性偏振光是指电磁场振荡方向固定不变的光，其电场矢量的振动方向可以与光传播方向垂直或平行；圆偏振光是指电磁场振荡方向在垂直于光传播方向的平面内旋转的光；椭圆偏振光是指电磁场振荡方向在垂直于光传播方向的平面内，且振动方向由一个方向逐渐变化到另一个方向的光。
2. 光的偏振特性偏振光的一个重要特性是偏振方向，即电场矢量的振动方向。
偏振片可以选择特定方向的光进行透射，而将垂直于该方向的光进行吸收。
这种特性可以应用于许多领域，如光学器件中的偏振光分析和调制。
3. 线偏振器的原理线偏振器是一种用来产生或选择特定方向线偏振光的器件。
它通常由有机薄膜或金属网格制成，其结构能够产生特定方向的透射。
通过调整线偏振器的方向和角度，可以选择性地改变透射光的偏振方向，实现光的分析、调制和控制。
三、偏振光的应用1. 光学显微镜偏振光在光学显微镜中有广泛的应用。
通过使用偏振片、偏振器和偏振滤光片，可以干扰样品中的光在显微镜中的传播和反射。
这种技术可以提供更多关于样品中微小结构和材料特性的信息，如晶体的方向和组织，纤维的方向和构造等。
2. 光通信偏振光在光通信中也发挥着重要的作用。
利用偏振调制和解调技术，可以实现高速、高容量的光信号传输。
偏振光通信系统可提供更高的信号品质和抗干扰能力，适用于各种长距离和高速数据传输的应用。
光的偏振现象和原理
光的偏振现象指的是光的振动方向在某个特定方向上发生的变化。
光波是电磁波，它的电场和磁场沿着垂直传播方向的均匀波前发生振动。
而光波的偏振方向指的是电场振动的方向。
原则上，光可以在所有方向上振动，这种光被称为非偏振光。
然而，光可以通过某些方法进行偏振，这使得光只在一个特定方向上振动。
光的偏振现象可以通过一些方式实现，其中最常见的方法是使用偏振滤波器。
偏振滤波器是一种光学器件，它可以选择性地透过或阻挡特定方向上的偏振光。
例如，偏振片通常是由长链有机分子构成的，它们可以选择性地吸收或透过特定方向上的光。
另一种实现光偏振的方法是使用光的散射。
当光与物体相互作用时，光的偏振方向可能发生改变。
例如，根据散射过程的特点，光在大气中的散射会导致分散的光中偏振方向的变化。
光的偏振现象在许多应用中都是非常重要的。
例如，在液晶显示器中，利用液晶材料的对光的偏振特性，通过控制光的偏振方向来达到显示不同图像的目的。
偏振还广泛应用于显微镜、激光以及光通信等领域。
总而言之，光的偏振现象是指光振动方向的变化，可以通过偏振滤波器或光的散
射等方式实现。
这个现象在许多领域中都有重要的应用。
光的偏振和光谱分析光是人类生活中十分重要的一种物理现象，它不仅在我们日常生活中扮演着重要的角色，还在科学研究中具有广泛的应用。
其中，光的偏振和光谱分析是光学中的两个重要概念。
本文将对光的偏振和光谱分析进行深入探讨，并介绍它们的原理、应用以及相关技术。
一、光的偏振1. 原理与特点光的偏振是指光波在传播过程中振动方向的特性。
正常情况下，光波的振动方向在各个方向上均匀分布，称为自然光。
而偏振光是指光波的振动方向在某个特定平面内的光波，其具有振动方向集中的特点。
2. 光的偏振现象光的偏振现象存在于许多光学现象中。
例如，透过偏振片的自然光，会发生部分光线被偏振片吸收或透射的现象。
在大自然中，例如阳光经过大气层的散射，会发生偏振现象，表现为颜色的变化。
3. 应用领域光的偏振在许多实际应用中起到重要作用。
例如，在液晶显示器中，通过控制电场来改变液晶分子的取向，实现光的偏振状态的改变，从而显示不同的图像。
此外，光的偏振还广泛应用于光学传感器、激光技术、光通信等领域。
二、光谱分析1. 原理与分类光谱分析是通过分析光的频谱特征来研究物质的一种方法。
光谱分析可以分为两大类：连续谱和线谱。
连续谱是指光波在频谱上连续分布的现象，例如，太阳光就是一种连续谱。
线谱是指光波在频谱上只出现某些特定波长的现象，例如，氢原子发射光谱就是一种线谱。
2. 谱仪的原理与应用光谱分析中使用的主要设备是谱仪，它能够将复杂的光信号分解成不同波长的光谱。
常见的谱仪有分光计、光谱仪和质谱仪等。
谱仪通过将光分散成不同波长的光线，并使用探测器对各个波长的光强进行检测，从而得到光谱图像并进行分析。
3. 应用领域光谱分析在许多领域都有广泛的应用。
例如，在天文学中，通过观测宇宙中的天体光谱，可以了解宇宙的组成和演化过程。
在化学分析中，光谱分析可以用于分析物质的成分和结构。
此外，光谱分析还在医学和环境监测中具有重要作用。
结语光的偏振和光谱分析是光学领域中的两个重要概念。
光的偏振与偏振定律光是一种电磁波，具有振动特性。
当光通过介质传播时，它的振动方式可以是多样的，其中之一就是偏振。
光的偏振性质对于很多光学应用和科学研究具有重要意义。
在本文中，我们将介绍光的偏振现象及其相关的偏振定律。
一、光的偏振现象光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
普通光是一种无偏振光，即电场矢量在各个方向上都随机振动，没有明显的偏好方向。
而偏振光则呈现出特定的振动方向，电场矢量只在一个特定平面上振动。
二、偏振器与透偏光要获得偏振光，常用的方法是使用偏振器。
偏振器是一种光学元件，可以选择性地传递特定偏振方向的光线，将其他方向的光线吸收或反射。
常见的偏振器有偏振片和偏振镜等。
偏振片是由一系列并排的分子链组成的，这些分子链只允许一个特定方向的光通过，其他方向的光则被吸收。
当普通光通过偏振片时，只有与偏振片允许的方向相一致的光能够透过，形成透偏光。
三、马吕斯定律法国物理学家马吕斯于1808年提出了偏振定律，描述了光的偏振性质与其传播方向之间的关系。
马吕斯定律可以总结为以下几点：1. 光波的偏振方向与入射角无关：偏振方向完全由偏振器决定，与光波入射角度无关。
2. 入射光垂直于偏振方向时完全反射：当入射光的偏振方向与偏振器垂直时，光将完全被反射。
这一现象被称为布儒斯特角。
3. 入射光与偏振方向平行时完全透射：当入射光的偏振方向与偏振器平行时，光将完全透过偏振器。
四、偏振光的应用光的偏振性质在很多领域都有广泛的应用，以下是其中的几个例子：1. 3D电影与电视：在3D电影和电视中，通过使用偏振光的特性来实现立体影像效果。
观众戴上特制眼镜，每只眼睛只能看到不同方向的偏振光，从而形成立体影像。
2. 液晶显示屏：液晶显示屏是光的偏振特性的应用之一。
通过在液晶屏幕中引入偏振片和电场，可以控制液晶分子的排列方向，从而控制光的透过与阻塞，实现图像显示。
3. 光传输与通信：在光传输与通信系统中，利用光的偏振性质可以增加信号的传输容量和稳定性。
~光的偏振~科目：光电子学(一)开课班级：物三乙报告题目：光的偏振指导老师：郭艷光教授姓名：陈麒生学号：8522016缴交日期：88.06.10目录一、简介光的偏振 1二、简介偏振片 4三、从反射和折射获得偏振光 4四、从散射获得偏振光6五、双折射7六、晶体的研究11七、人为双折射现象12八、旋光性12九、结论13 附注14 参考书目14一、 简介光的偏振：就先前对光的认识而言，光是具有二相性的，从整体上来看，波的性质较为显著，但从细微的角度来看，粒子性则显得较为重要。
一般光源含有大量的发光原子或分子，他们所发出的光的振动方向彼此毫不相关。
但由于发光原子和分子的数量相当庞大，因而在与光波传播方向垂直的平面上，与任何一个振动方向相联系的原子或分子数目基本上是相等的。
换言之，这样的光源在一切可振动方向上的光振动机率是相等的。
从能量的角度上来看，光振动平面内任何方向上都具有相同的能量，或者说光振动的功率密度都相同，这种振动方向漫无规律的光波就是自然光。
由于光是电磁波的一种，到目前为止我们仅考虑在固定平面上的电场矢量；而此电场矢量所在之平面也称为电场振动平面；而此时在固定平面振动传播之光波称为偏振光。
若光波的波矢量总是沿着一条直线作反覆振动，则称为线偏振光(linearly polarized light)。
线偏振光的振动面是固定的平面，故也称为平面偏振光。
若线偏振光与自然光相掺杂，则为部分偏振光(partially polarized light)，这时发出沿线偏振方向光振动的原子或分子比发出沿其他方向光振动的原子或分子要多，因而这个方向光振动的功率密度比其他方向的光振动的功率密度要大。
通常用偏振度(degree of polarization)P 来量度线偏振的程度，仿照可见度的定义，偏振度定义为mM m M I I I I P +-= 式中I M 和I m 是部分偏振光在两个特殊方向上的功率密度，分别对应于最大和最小的功率密度。
若P=1，是线偏振光；P=0是自然光；而P<1是部分偏振光。
与一切振动相同，光振动也可分解成两个方向相垂直的振动。
自然光中的每一个光振动都可分解成这两个互相垂直的光振动。
由于自然光中各方向上的光振动都相等，因而他们在这二方向上的分振动之和也相等，即自然光可用功率密度相等、振动方向互相垂直的两个线偏振光来表示。
且每个线偏振光的功率密度都是自然光功率密度的一半，而且这两个线偏振光之间无周相联系。
以下我们就几种不同的偏振光分别来加以讨论：(一) 线性偏振光(linearly Polarization)：若考虑两同频率垂直光波，其电场如下： ：兩向量之相對相角差εε+-=-=j)wt kz cos(B E i )wt kz cos(A E Y X图 一，有兩種情況：當此兩光波相互作用後.......4,3,2,1,0n n )(.2.1E B A )wt kz cos()j B i A (E (b))E(.2E B A )wt kz cos()j B i A (E a))(E(2.1=π±ε--=π±ε-+=π±ε，其中須為兩光波之相位角差。
兩光波之頻率必須相同光必須符合下列兩點：互作用欲得到線性偏振由以上可知，兩光波相為固定方向之向量。
為常數，可知合成向量，由於圖一之之整數倍時，合成向量為為固定方向之向量。
為常數，可知合成向量，由於圖一之之整數倍時，合成向量為(二) 圆状偏振光(Circular Polarization)：圆状偏振光与线性偏振光最大的差异乃在于相对相角差。
前者相对相角差为2π之奇数倍，后者则为π之整数倍。
兩種情況：此兩波相互作用後，有為相對相角差光波，其電場如下：若考慮兩同頻率之垂直εε+-=-=j)wt kz cos(A E i )wt kz cos(A E Y X))b (()t ,z (E E A )j )wt kz sin(i )wt kz (cos(A E E m m 22.2))a (()t ,z (E E A )j )wt kz sin(i )wt kz (cos(A E E m m 22.1圖二之螺旋向量。
為一逆時針旋轉之圓狀為常數，由於為為整數時，合成向量，為圖二之螺旋向量。
為一順時針旋轉之圓狀為常數，由於為為整數時，合成向量，為 =---=π±πε=-+-=π±π-ε 图 二....4,3,2,1m m 22)(.2.1=π±π±ε，須為兩光波之相對相角差率。
兩光波必須有相同的頻 (三) 椭圆偏振光(Elliptical Polarization)：椭圆偏振光发生之原理与圆状偏振光相类似，其不同处为：1. 两光波之振动纯量不同，即下式中A ≠Bj)wt kz cos(B E i )wt kz cos(A E Y X ε+-=-= 2.两光波之相对相角ε，并没有特别限制，下图说明不同之合成偏振光。
光必須有下列二條件：互作用欲得到圓狀偏振由以上可知，兩光波相E y 领先E X 2π 7π/4 3π/2 5π/4 π 3π/4 π/2 π/4 0EyE xE x E y 0 π/4 3π/4 π 5π/4 7π/4 2π 图 三二、 简介偏振片：有些晶体对入射光的两个互相垂直的光振动的吸收不同，这种特性叫作晶体的二向色性(dichroism)。
具有二向色性的晶体内部有一个特殊方向，叫作主轴或光轴。
入射光波中垂直于光轴的电场分量会被强烈地吸收，而沿光轴方向的光轴分量则可以透过晶体。
当自然光入射到足够厚度的这种晶体片上时，与光轴方向垂直的光振动可以被全部吸收，透射光中只剩下沿光轴方向的光振动，这样就得到了线偏振光。
因此称这种晶体片为偏振片(polaroid)，称光轴方向为偏振片的偏振化方向或主方向，又可称为偏振片的透光方向。
自然光入射到偏振片上，透射的是线偏振光。
从自然光得到偏振光的过程叫作起偏。
起偏作用的光学元件叫作起偏器(polarizer)。
偏振片就是一种起偏器，除此之外还有圆起偏器和椭圆起偏器。
如果入射到偏振片上的是线偏振光，则当偏振片的偏振方向与线偏振光的振动方向一致时，出射光最强；旋转偏振片，当这两个方向互相垂直时，则没有透射光。
入射到偏振片上时，旋转偏振片，透射光的功率密度不发生变化。
而当部分偏振光入射时，旋转偏振片，透射光的功率密度要发生变化，但不存在功率密度为零的情况，总之，旋转偏振片，观察透射光功率密度的变化特点，可以确定入射光的偏振特点。
确定光的偏振特点的过程叫作检偏，起检偏作用的光学元件叫作检偏器(analyzer)。
偏振片也可以作为检偏器。
线偏振光入射到偏振片上时，旋转偏振片，当偏振光振动方向与偏振片偏振化方向的夹角为θ时，透射光的功率密度I 为θ=20c o s I I 式中I 0是入射线偏振光的功率密度。
这是Malus 在1809年得到的，被称为Malus 定律。
从振动的分解可以理解这一定律，入射线偏振光的振幅为E 0，他在偏振化方向上的分量为E 0cos θ，这就是透射光的振幅，他的平方就是功率密度。
三、 从反射和折射获得偏振光：在获得偏振光的各种方法中，以Malus 在1808年所发现的用反射获得偏振光的方法最为简单。
如图四所示，平行光的自然光柱SP 入射到平面镜P 上，图四反射光柱为PR。
反射光的性质与自然光不同。
如再放一个与P平行的平面镜A，便能发现再经过A反射的光柱的功率密度与原入射光柱相去甚远。
如改变光柱的入射角i，出射光柱的功率密度也要发生变化。
光束经两种介质的界面反射后，光的性质有什么变化呢？图五表示的是入射光SP沿任意入射角i入射到界面时的情形，入射光是自然光。
实验表明反射光PR和折射光PT都同时含有不等的”˙”和” ”两种振动方向的成分，即两者都是部分偏振光。
所不同的是前者含有”˙”的成份较多，而后者含有” ”的成份较多。
入射角i不同，反射光和折射光的偏振度也不同。
当入射角为某一特殊值时，反射光为线偏振光。
图五运用Fresnel公式可对上述实验现象做出解释。
当i+r=90°时，入射光线沿一特殊角度i=i p 方向入射到界面时，反射光PR 中将不含有” ”成份的振动，于是PR 成为线偏折光。
在这种情况时反射光PR 与折射光PT 的夹角恰好是90°，应用snell 定律，可得Brewster 定律p pp p p 12i t a n i c o s i s i n r s i n i s i n n n === 式中n 1和n 2分别为入射光和折射光所在介质的绝对折射率，满足上式的特殊入射角叫作偏振角(polarizing angle)或Brewster 角。
(注一)Brewster 定律的意义是：当光线沿着偏振角入射到反射面时，反射光是偏振光(透射光是部分偏振光)；偏振角的正切等于两种介质的相对折射率。
若因反射镜用折射率n 2=1.5的冕牌玻璃制成，则偏振角约为57°。
因为介质的折射率随波长而变化，所以偏振角也随着波长变化而略有差别。
若让自然光以偏振角的方向入射至若干互相平行排列的玻璃片时，则测量折射光和反射光的功率密度，可以发现” ”方向振动的光能够全部折射入玻璃片内；而”˙”方向振动的光将是部分地折射入片内和部份地被反射。
因此可知，当自然光通过一定数量的玻璃片之后，透射光里” ”方向振动的光依旧全部存在，而”˙”方向振动的光将减少至接近零，此时透射光也就很接近于线偏振光。
为了获得透射的偏振光，可采用镀多层膜的方法，即将高折射率和低折射率的膜交替重复地镀在玻璃面上。
四、 从散射获得偏振光：天空是蓝色的，此乃空气分子将阳光散射(Scattering)蓝色的光到达我们的眼睛所致。
如果没有空气分子的散射，则无此种现象，例如在月球上空，分子稀薄而无散射现象，因此月球上空是黑色的。
因此要讨论散射现象，必须由大气层中的分子的本质说起。
图六于图六之(a)中，阳光由左边沿着z轴通过观察者的头顶，此观察者沿着y轴向上看，O点是一大气层中的一个分子。
阳光的光束使的分子的电荷以波的频率做强迫振动。
阳光可认为是二个方向互相垂直的光振动的合成，分子的电荷的受迫振动也就沿着这两个互相垂直的方向。
由于光是横波，因此阳光中的电场之任何分量均在x-y平面上，也因此分子的振动是在x-y平面上，z轴方向没有振动。
带电质点的振动要辐射光，就是散射光，其光振动方向也沿着这两个方向，这两个方向的光振动的功率密度是相同的，但周相彼此无关。
如图六之(b)所示，其振幅及偏振方向因方向而异。
此振幅与垂直于视线之振动振幅之投影成正比，因此在y-z平面上之散射振幅将随cosθ而变，在直角时变为零，及沿y轴。
