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大学物理——光的偏振

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大学物理——光的偏振

大学物理——光的偏振

二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 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。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。

大学物理光的偏振

大学物理光的偏振

偏振片
自
然 光
偏 振 化 方 向 线 偏振 光
2、起偏 ∶自然光通过偏 振片后变为线偏振光 ， 称为 起偏 。 3、检偏 ∶偏振片又可用来 检验光线的偏振化程度 ，称 为检偏 。
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器 检偏器
§15-12 马吕斯定律
自然光 线偏振光
. .
起偏器
I0
I A
A0 a A
L (no ne )d 2 2 2 1 L (no ne )d L (no ne )d 4 2 (no ne )d 2 L (no ne )d 2 2 (no ne )d
一、 尼科耳棱镜 原理：利用o、e光的折射率不同，设法使其中一束 光产生全反射。 设计巧妙！
尼科耳棱镜：将一块方解石切成两半，再用加拿大树 胶粘合而成。 加拿大树胶
90 A 48
68
B
D
e光
O光
C
no 1.658
ne 1.486
n胶 1.55
加拿大树胶的折射率介于o、e光折射率之间
§15-13 反射光和折射光的偏振
一、布儒斯特定任意角度入射时，反射光和 折射光都为部分偏振光。 反射光中垂直于入射面振动 的光的强度比较大，折射光中 在入射面内振动的光的强度比 较大，均为部 分偏振光 。
r
n
1
n2
以布儒斯特角入射
当改变入射角，使之满足 ∶
§15-11 光的偏振
振动面：光矢量E与传播方向组成的平面。 偏振: E的振动方向对传播方向的不对称性。 E
光矢量 振动面
0
H
v

大学物理 光的偏振

大学物理 光的偏振
成α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//

A cos 0
而光强 I A2
I // IO

A/2/ A0 2

( Ao
c os a) 2 A0 2
I I0 cos2 a
AM 0
A

N

A//
o
14
如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式
一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动， 振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。
所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。
x E
c z
y
S
5
光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又有空间分 布的均匀性，具有这种特性的光就叫自然光 。 ( 或者说，具有各个方向的光振动， 且又无固定的位相关系的光)。
9
§14-2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、偏振片的起偏、检偏
起偏： 把自然光变成偏振光。
1、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。 有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动
光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的二向色性。 自然光通过这种晶体薄片后，只剩下一个方向的振动，而
另一个方向的振动则被吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。
n sin i0 1.73
sin 0
或者，由
将i0=600代入，得
tan i0

n2 n1
n2
n=1.73
26
§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：

大学物理--光的偏振(完全)

大学物理--光的偏振(完全)

e
方 解 石 的 主 平 面

o
图
21
3.惠更斯原理研究双折射现象 作图方法 1. o光在各个方向的传播速度相同，子波面应为 球面。 e光的传播速度随方向变化，但可以证明子波面 为旋转椭球面。 2. o光和e光在光轴方向传播速度相同，故子波 面在光轴方向相切；实验表明，在垂直于光轴的方 向上速度相差最大。 3.对负晶体(如方解石)，在垂直于光轴的方向上, o<e , no>ne ,故e光的子波面(旋转椭球面)应包围o光 的子波面(球面)。
图
例题 一束光是自然光和线偏振光的混合。当它通 过一偏振片后，测得最大透射光强是最小透射光强的5 倍，求入射光中自然光和线偏振光的光强之比。 解 设入射光中自然光的光强为I1，线偏振光的光 强为I2，则透射光强
1 1 I max I1 I 2 , I min I1 2 2 I max 2I 2 I 2 2 5 1 , I1 I min I1
图
8
例题 自然光连续通过两个叠在一起的偏振片后， 透射光强为入射光强的四分之一，求两个偏振片偏振 化方向之间的夹角。 解 设两偏振片偏振化方向间的夹角为，于是 Io
自然光
1 Io 2
图

1 2 ( I o ) cos 2
由
解得： =45°(or 135°)。
9
1 1 2 I I o cos I o 2 4
2
1.自然光 部分偏振光 线偏振光 普通光源发出的光、阳光都是自然光。 由于原子发光的间歇性和无规则性，使得普通光源发 出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的 速度取0~360°内的一切可能的方向，且没有哪一个 方向占有优势。具有上述特性的光，称为自然光。

大学物理-14章：光的偏振

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

大学物理第6章-光的偏振

大学物理第6章-光的偏振
起偏 检偏 马吕斯定律 (polarizing, analyzing and Malus law)
1.偏振片(polarizing plate), 起偏, 检偏
1)偏振片: 只允许某一个方向的振动透过的光学元件
(6)
2)偏振片的用途
(a)作起偏振器
I0
I0/2
(b)作检偏振器
偏振光
光强为零 (消光)
2.波片(wave plate)
(23)
出波片C 时, o光和e光的振动:
A
Ao
Ae
光轴
P1
偏振片P1
单色自然光
波片C
d
x
y(光轴)
A
Ae
Ao
光轴
d
e光
o光
所以
则
合成为线偏振光
合成为正椭圆偏振光
合成为斜椭圆偏振光
合成为圆偏振光
k=0, 1, 2,
1) 1/4波片
思考: (1)线偏光通过1/4波片后, 出射光的偏振态和 光强如何?
O
z
O
z
部分偏振光的分解
部分偏振光
·
·
·
·
·
·
·
·
图示法
(4)
部分偏振光可以看成是自然光和线偏振光的混合。
(5)
4.椭圆和圆偏振光(elliptic and circular polarized light)
Ex
Ey
E
x
y
y
x
z
x
y
x
Ex
Ey
E
y
z
光矢量E的大小和方向在垂直于传播方向的平面上有规律地变化, 光矢量末端轨迹为椭圆称为椭圆偏振光;末端轨迹为圆称为圆偏振光。

(大学物理)光的偏振

(大学物理)光的偏振
在迎光矢量图上，光矢量端点沿逆时针方向旋转的称为 左旋偏振光；沿顺时针方向旋转的称为右旋偏振光。
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。

大学物理-第七节光的偏振

大学物理-第七节光的偏振

另外，在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物的玻璃上反射 过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。由于光是横波，所以这些强烈的来 自上空的散射光基本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射竖直 方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分的散射光。
2、观看立体电影
在拍摄立体电影时，用两个摄影机，两个摄影机的镜头相当于人的两只眼 睛，它们同时分别拍下同一物体的两个画像，放映时把两个画像同时映在银 幕上。如果设法使观众的一只眼睛只能看到其中一个画面，就可以使观众得 到立体感。为此，在放映时，两个放放像机每个放像机镜头上放一个偏振片， 两个偏振片的偏振化方向相互垂直，观众戴上用偏振片做成的眼镜，左眼偏 振片的偏振化方向与左面放像机上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化 方向与右面放像机上的偏振化方向相同，这样，银幕上的两个画面分别通过 两只眼睛观察，在人的脑海中就形成立体化的影像了。
M
I0 • • • o • • •
I0 2
一束光强为I0的自然光透过检偏器，透射光强为I0 /2
讨论
•当检偏器以入射光为轴转动时，透射光强度将有变化。
•起偏器与检偏器偏振化方向平行时：α=0 或α=π，I=I0，
透射光强度最大；
•起偏器与检偏器偏振化方向垂直时：α=π/2 或α=3π/2，
I=0，透射光强度最小；
•α为其它角度时，透射光的强度介于0～I0之间。
•马吕斯定律是对偏振光的无吸收而言的，对于自然光并不成立。 若是自然光I0，通过偏振片后，I＝I0/2，偏振片在这里实际上 起着起偏器的作用。
•当两个偏振片互相垂直时，光振动沿第一个偏振片偏振化方向 的线偏振光被第二个偏振片完全吸收，出现所谓的消光现象。
三、双折射 偏振棱镜
折射定律

大学物理光的偏振

大学物理光的偏振

（A）
玻璃门表面的 反光很强
（B）
用偏光镜减弱 反射偏振光
（C）
用偏光镜消除 反射偏振光， 使玻璃门内的 人物清晰可见
例1：一束自然光从空气射向一块平板玻璃，设入射角等于布 儒斯特角，则在界面2的反射光为（ B ）
A)自然光 B) 线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面 C)线偏振光且光矢量的振动方向平行于入射面 D) 部分偏振光
z
y x
左旋光 . 分 右旋光 .
实际为相差为 /2 两垂 直方向线偏振光的合成
部分偏振光 partial polarized light
光矢量振动方 向的角分布不均匀
部分偏振光示意图
=
+
光矢量投影
部分偏振光可视 为自然光与线偏振光 的叠加。
自然光经反射或折射后得到的光多为部分偏振光。见§24-3
光的偏振
的电场光强实度质E上 称是为电光磁矢波，量电。磁波都是横波。通常把光波中
对确定的传播方向，光矢量可能 的方向并不唯一。
所谓偏振是指：光矢量总是与光
的传播方向垂直的特性。 事实上就是电磁波的横波性
光矢量
传播方向
光矢量 振动方向
光的偏振
本章主要内容
§24-1 光的偏振状态 §24-2 线偏振光的获得与检验 §24-3 反射和折射时光的偏振
§24-1 光的偏振状态
偏振态——光矢量的振动状态。（振动方向及其角分布）
非偏振光 通常光有三类不同的偏振态： 完全偏振光
部分偏振光
非偏振光——自然光
光矢量角分布均匀
在垂直于传播方向的平面上，沿各方向振动光矢量都 有，分布均匀，具有轴对称性，而且振幅相等、没有固定 的相位关系。

大学物理课件-光的偏振

大学物理课件-光的偏振

布儒斯特角：
tan i0
n2 n1
駕駛員戴上偏振太陽鏡可以防止馬路反射光的炫目。 照相機按上偏振鏡可以產生不同的效果，看出來了嗎？
I
I1
cos2
I2
cos2 (
2
)
I1
I
轉動一周出現兩次強度最強，兩 次最弱，無消光現象。
I2
結論：
1、偏振片轉動一個角度後，透過的強度及偏振態 均不變，則入射光一定是自然光。
2、偏振片轉動一周，有消光現象，則入射光一定 是線偏振光。
3、偏振片轉動一周無消光現象，都有強度的強弱 之分，則入射光是部分偏振光。
§12-5 光的偏振
12-5-1 自然光與偏振光
一、光的偏振性：振動方向相對傳播方向的不對稱性。 （只有橫波能產生偏振，縱波不具有偏振性。）
光是一種電磁波（橫波）。電向量 E與磁向量 H相
互垂直，它們分別又與電磁波的傳播方向垂直。
光振動：電磁波的E 振動。 光向量：電磁波的E 向量。
E
v
二、三種偏振態 1、線偏振光：某一光束只含有一個方向的光振動。（平面偏振光）
一、偏振片，二向色性 偏振片：能吸收某一方向的光振動，而只讓與之垂直方向上 的光振動通過的一種透明薄片。 是一種獲得線偏振光的偏振器件。
偏振化方向：允許通過的光振動方向。
偏振片的用途：“起偏”和“檢偏”
二、馬呂斯定律
1、自然光入射偏振片
偏振片轉動一個角度後， 透過的強度及偏振態均 不變，只是振動的方向 變化。
自然光I0
起偏 線偏振光I0/2
（自然光可以任意分解！）
偏振片的透光方向就是線偏振光的振動方向。
2、線偏振光 I1
:偏振片的透振方向與入射光的振動方向的夾 角。

大学物理 光的偏振

大学物理 光的偏振

···
·
i0
· · · · · · · ·· · · · ·· · · · ···· · · ·
I′ ≈ 7% I0
玻璃片堆
(接近线偏振光) 接近线偏振光)
20
玻璃片堆检偏 玻璃片堆检偏 入射到界面上， 让待检光以布儒斯特角 i0入射到界面上，以入射 线为轴旋转界面（ 不变） 线为轴旋转界面（保持 i = i0不变）
λ /2
某时刻右旋圆偏振光E随 的变化 某时刻右旋圆偏振光 随z的变化
z
7
§24.2 起偏和检偏 马吕斯定律
一、起偏和检偏 • 起偏：从自然光获得偏振光。 起偏：从自然光获得偏振光。 • 起偏器: 起偏的光学器件。 起偏器: 起偏的光学器件。 起偏的原理：某些材料在光学性质上的各向异 起偏的原理： 利用介质吸收引起光的偏振。 性,利用介质吸收引起光的偏振。
·
·
·· ·· ··
垂直板面的光振动较强
4
平行板面的光振动较强
四、圆偏振光和椭圆偏振光
横截面 传播方向
垂直于光传播方向的任一截面内， 垂直于光传播方向的任一截面内，光振动矢量为 一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。 一旋转矢量，端点运动轨迹是一个圆。
5
端点运动轨迹是一个椭圆。 端点运动轨迹是一个椭圆。 椭圆
n1
•
ib ib
•
•
•
线偏振光
n2
γ
• •
18
(空气) (玻璃) 例如 n1 =1.00(空气)， n2 =1.50(玻璃)，则 −1 1.50 = 56°18 玻璃→ 玻璃→空气 iB = tg 1.00 互余 −1 1.00 = 33°42 空气→ 空气→玻璃 iB = tg 1.50 应用举例 外腔式激光器谐振腔

大学物理20光的偏振

大学物理20光的偏振

I I0 cos
2
例、已知自然光通过两个偏振化方向相交60°的偏振
片，透射光强为I1，今在 这两偏振片之间再插入另一 偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片的偏振化方 向均夹30°角，则透射光强为多少？
解：
Io
I
Io 2
I1
1 I 4
I1 I cos2 I cos2 60
折射光线的偏振态. . i
空气
. i
i0
n
无反射光
.i0
i0
二. 由折射获得偏振光
玻璃片堆法:
玻璃片堆
从玻璃片堆透射出来的折射光几乎为线偏振光, 其 振动面平行于入射面. ib n1 r n1 n2 n2
n2 tanib n1
n1 tanr n2
在任一面上的入射角均为布 儒斯特角。
[例]:如图, 已知 i0 = arctg n, i ≠i0 , 试画出反射光线和
1
P2
解： 光强经P1后小于0.5I0，说明 偏振片有吸收。
0.32I 0 透过率为 0.64 I0 0.5I 0
0.32I0
I =？
由马吕斯定律，通过P2后的出射光强为
I I1 cos2 0.64 0.32I0 cos2 30 0.15I0
考虑偏振片的吸收，马吕斯定律：
ib

ib 90
sin ib sin ib sin ib n2 tan ib cos ib cos( 90 ) sin n1
布儒斯特角 (起偏角)：
n2 称布儒斯特定律. ib arctan n1
n2 ib arctan n1
n1 =1.00 (空气)， 空气 → 玻璃 ib 5618 互余 n2 =1.50 (玻璃)， 玻璃 → 空气 ib 3342

大学物理实验——光的偏振

大学物理实验——光的偏振

基本方法:在检偏器前加一块l/4波片 基本方法:在检偏器前加一块l/ l/4
检偏器
区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 区别自然光和圆偏振光:转动检偏器, 有最大光强和消光的为圆偏振光, 有最大光强和消光的为圆偏振光,没有 变化的则为自然光. 变化的则为自然光.
区别部分偏振光和椭圆偏振光: 区别部分偏振光和椭圆偏振光: 同时转动波片和检偏器, 同时转动波片和检偏器 , 有消光现象的为 椭圆偏振光, 椭圆偏振光 , 没有消光现象的为部分偏振 光.
�
2,验证马吕斯定律: ,验证马吕斯定律:
移回望远镜,旋转检偏器, 移回望远镜,旋转检偏器,用激光功率计 观测检偏器P2转过的角度与光强I的变化 规律. 规律.在0~90间每10测一次. ~90间每10测一次. 间每10
3,观察线偏振光通过波片后的偏振状态 ,
1) 旋转检偏器至消光,然后将1/4波片置于 旋转检偏器至消光,然后将1/4 1/4波片置于 载物台,再旋转波片至消光, 载物台,再旋转波片至消光,
光的偏振
物理实验中心
一,实验原理
(1)什么是偏振光? 什么是偏振光? E
c
H
线偏振光
v E 代表光波振动方向
v v E = E0 sin ωt
Ey
E
Ex
E
椭圆偏振光
圆偏振光
椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 椭圆和圆偏振光可以看作是两个振动方向 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成. 互相垂直,相位差恒定的线偏振光的合成.
椭圆偏振光. (3)其它情况→椭圆偏振光. )
返回
自然光: 自然光:各个方向上的
部分偏振光:某些方向 部分偏振光:
光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机. 光强相等,相位差随机. 上光强强,相位差随机.

大学物理光的偏振课件

大学物理光的偏振课件
步骤3
旋转检偏器，观察光斑的变化。当检 偏器的晶格方向与偏振片一致时，光 斑消失；当检偏器的晶格方向与偏振 片垂直时，光斑重新出现。
步骤2
打开光源，观察屏幕上是否出现光斑。 若出现光斑，表示偏振光已经产生。
步骤4
重复步骤3，改变检偏器的旋转角度， 观察光斑的变化，以验证光的偏振现 象。
实验结果ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
利用偏振光的特性，开发新型光学加密和安全技 术，保障信息安全。
感谢您的观看
THANKS
量子隐形传态
通过偏振光的传输，实现 量子态的远程传输，为未 来量子通信网络奠定基础。
偏振编码
利用偏振光的偏振态进行 信息编码，提高信息传输 的容量和可靠性。
偏振光在生物医学领域的应用
生物分子检测
利用偏振光对生物分子进行检测， 提高检测的灵敏度和特异性。
医学成像
通过偏振光成像技术，获取生物 组织的结构和功能信息，为医学
诊断和治疗提供依据。
光疗与光动力治疗
利用偏振光的能量，对生物组织 进行光疗和光动力治疗，提高治
疗效果。
偏振光在其他领域的应用
光学传感与测量
利用偏振光的特性，开发新型光学传感器和测量 仪器，提高测量精度和可靠性。
光学信息处理
利用偏振光进行光学信息的处理和传输，提高信 息处理的速度和效率。
光学加密与安全
偏振滤镜在摄影中用于控制反光和眩光，提高色彩饱和度和对比度。通过消除非金属表面的反光和眩光，偏振滤镜可 以使照片更加清晰自然。
摄影中偏振滤镜的应用场景
在拍摄水面、玻璃、金属等反光物体时，使用偏振滤镜可以有效地消除反光和眩光，提高照片质量。此外，在拍摄风 景、人像等场景时，偏振滤镜也可以提高色彩饱和度和对比度，使照片更加生动。

光的偏振 大学物理

光的偏振 大学物理

第24章 光的偏振(Polarization of light)§1光的偏振状态光的偏振证明了光的横波性。

一.线偏振光1.线偏振光：光波中的光矢量(E )只沿单一方 向振动的光称作线偏振光 (linearpolarized light)。

面对光的传播方向看(a)(b)线偏振光的振动方向2.振动面：由光矢量的振动方向和光的传播方向组成的面。

·光矢量在振动面内·线偏振光又称平面偏振光3.线偏振光的分解：线偏振光的光振动可沿两个相互垂直的方向分解。

E x= E cosαE y= E sinα依赖于x, y方向的选取。

思考：分解后的两振动相位关系如何?4.线偏振光的表示法x线偏振光的分解·····光振动垂直板面线偏振光的表示法光振动平行板面二.自然光(非偏振光) 1.普通光源发光的是自然光·普通光源各原子发光是独立的，所发波列 的振动方向间没有必然的关系(振动方向 随机)。

·光波中包含了所有方向的横振动，没有 优势方向。

所以普通光源所发的光—自 然光(natural light)又称非偏振光(nonpolarized light ，unpolarized light)。

· 各方向振动间没有必然的相位关系，不 能相互抵消。

2.自然光的分解(a)自然光(b)自然光的分解自然光及其分解·自然光的光振动可分解为两个振动方向相互垂直的、振幅相等的、无固定相位差的振动。

·一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。

·E x = E y---与x、y方向选择无关。

·总光强I = I x + I y—非相干叠加I x= I y = (1/2)I3.自然光表示法自然光的表示法三.部分偏振光(partial polarized light)1.部分偏振光部分偏振光是彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合。

大学物理第五章1光的偏振

大学物理第五章1光的偏振

i
n1
n2
i
n1
n2
i0 i0
n1
n2
理论和实验证明： 反射光的偏振化程度和入射角 i 有关。 当入射角等于某一特定值 i0 时， 反射光是光振动垂直入射面的线偏光， 这一特定角 i0 称为起偏角或布儒斯特角。
二．布儒斯特定律
实验中还发现
当i = i0 时， i0 +r0 =
i0 i0
n1
n2
n1 sin i0 n2 sin r0
A
如天然方解石 平行六面体
101 . 5
78 . 5
B
A
如天然方解石 平行六面体 2. 单轴晶体、多轴晶体
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。
101 . 5
78 . 多轴晶体：不只一个光轴的晶体。
如：蓝宝石（双轴晶体）
3. 主平面
晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。
'
自
I
t
T
§5.3 反射光和折射光的偏振
一．反射光和折射光的偏振
自然光在两种各向同性媒质分界 面上反射和折射时， 不仅光的传播方向要改变，而且 偏振状态也要发生变化。 一般情况下，反射光和折射光 不再是自然光，而是部分偏振光。 反射光中垂直于入射面的光振动多于平行入射面的光振动； 折射光中平行于入射面的光振动多于垂直入射面的光振动
第五章 光的偏振
5 .1 光的偏振态
光是电磁波，是横波
对横波： 光波中光矢量的振动方向总和光的传播方向相垂直 （光波） E 传播方向
x
H
当光的传播方向确定时，我们只知道光矢量在垂直于光的传播方 向的平面内，至于在这个平面内的哪个方向是不能完全确定的.

大学物理——光的偏振

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（2）布儒斯特定理
a.布儒斯特定理：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
其中，i0称布儒斯特角或偏振角
b.布儒斯特角与折射角的关系
布儒斯特角满足入射光线与折射光线相互垂直
c.布儒斯特定理的应用
自然光以布儒斯特角入射时，反射是线偏振光，这样我们能通过反射得到线偏振光，当光以布儒斯特角入射到一片透明介质是，在没有吸收的情况下，透射光中电矢量的平行分量全部透射，根据这一性质，我们可以用使自然光以布儒斯特角透过玻璃片堆的办法，获得线偏振光。
★主要以教师讲授为主
教学内容
教学设计
(4).椭圆偏振光
定义：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿椭圆轨道以确定角速度旋转(左或右旋转)的光线，称椭圆偏振光。图19-6所示
特征：光矢量旋转的角速度恒定，且其强度不同，光矢量可以看作为两个互相垂直、同频率、相位差确定的线偏振光的叠加。
当 时为椭圆偏振光
当 ，且振幅相等时为圆偏振光
★课后思考题
1.两块性质完全相同的偏振片平行放置，其通光方向P1，P2间夹角为 /6。光强为I0的自然光垂直入射，经过第一块偏振片后的光强为0.32I0，求经过第二块偏振片后的出射光强（有吸收情况）？
2.光在两种介质的表面折射时，是否都遵守折射定律？
程守洙等主编的《普通物理学》第十九章课后作业选做两题
解：(1)自然光透射偏振片后的光强
线偏振光透射偏振片后的光强
如果两种成分光线透射后的光强相等，则在之后所通过的所有偏振片后的光强都相等，于是
其中，q为线偏振光与偏振片偏振化方向的夹角。欲使最后的出射光线与入射光中的线偏振光偏振方向垂直，则还需要一偏振片，其偏振方向与第一偏振片的出射光夹角为450。
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大学物理——光的偏振
教学内容
教学设计 (1).线偏振光(平面偏振光) 定义：光矢量在一固定平面内沿一固定方向振动的偏振
光
特征：偏振面为一固定平面 如图19-1所示 (2).自然光定义：大量原子随机发射的光波列的集合，每个光波列的频率、相位、
振动方向、波列长度均不同，振动方向具有以轴为中心对称、均匀分布且各方向光振动的振幅相等的光线 ，如图19-2所示
特征：振动方向、振幅轴对称且均匀分布各振动方向之间相位没有相互关系
如图19-3所示，用两个特殊方向表示自然光，每一方向光矢量的强度为总能量的一半。

（3）部分偏振光
光矢量的振动方向不具有轴对称分布，而是在某一方向占优势，实际光矢量和图示分别如图19-4和19-5所示。

★提示：插图、动画为本讲的重要教学手段，使概念形象化，便于学生理解和掌握。

★主要以教师讲授为主
教学内容
教学设计
图19-2
图19-1 图19-3
图19-4
图19-5
(4).椭圆偏振光 定义：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量沿椭圆轨道以确定角速度旋转(左或右旋转)的光线，称椭圆偏振光。

图19-6所示
特征：光矢量旋转的角速度恒定，且其强度不同，光矢量可以看作为两个互相垂直、同频率、相位差确定的线偏振光的叠加。

[]10cos .ϕω+-=kx t E E y y
[]20cos ϕω+-=kx t E E z z 21ϕϕϕ-=∆
当πϕ,0≠∆时为椭圆偏振光 当2
π
ϕ±
=∆，且振幅相等时为圆偏振光
（5）圆偏振光
圆偏振光在旋转过程中强度相同，其它特征与椭圆偏振光相同。

★椭圆和圆偏振光的理论解析，应提醒学生注意椭圆偏振光和圆偏振光的区别。

教学内容
教学设计
图19-8 图19-7
图19-6
三、起偏、检偏与马吕斯定律 （1）相关概念
起偏：将自然光变为线偏振光的过程，称为起偏
起偏器：使自然光线变为线偏振光线的光学仪器，称起偏器 检偏：检验某束光是否为偏振光的过程，称为检偏
检偏器：用来检验光线是否为偏振光的仪器，称为检偏器 偏振片：只容许光线的某一特定振动方向通过的仪器，自然光通过偏振片后得到线偏振光。

偏振片也可以作为检偏振器来使用。

偏振化方向：偏振片容许光线某一特定振动方向通过，称该方向为偏振片的偏振化方向。

（2）起偏与检偏
一般使用使自然光通过偏振片的办法来得到线偏振光。

偏振片用具有二向色性的透明薄片制成，它能吸收某一方向的振动，而只让与这个方向正交的光振动通过。

用偏振片也可以判断偏振光的类别
自然光：偏振片旋转一周，透射光的光强不会发生任何变化，这束光是自然光。

部分偏振光：偏振片旋转一周，透射光的光强会发变化，但不出现消光现象，这束光是部分偏振光。

线偏振光：偏振片旋转一周，透射光出现两次最强光与两次消光现象，这束光是线偏振光。

(3)马吕斯定律
强度为0I 的线偏振光，透过检偏器后，透射光的强
度为 α2
0cos I I = （19-1）
式中α是线偏振光的光振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角，
图19-9中为线偏振光的振动方向，为检偏器的偏
振化方向，将线偏振光的振动方向分解为与检偏器的偏振化方向平行和与检偏器的偏振化方向垂直，只有平行与与检偏器的偏振化方向的分量才能通过检偏器，因此，透射光的振幅为αcos 0A A =，0A 是入射线
偏振光的振幅，透射光的光强为2
0cos I I α=。

从上式看出，当
001800或=α时，透射光强最大，等于入射光强。

当0
027090或=α时，透射光强最小，为0。

★强调本讲教学重点，引导学生推导马吕斯定律，加深理解。

教学内容
教学设计
图19-9。