光的偏振1

光的偏振与衍射知识点总结光的偏振和衍射是光学中的重要概念和现象，它们在许多领域中都有广泛的应用。

本文将对光的偏振和衍射的知识点进行总结和解析，帮助读者更好地理解和掌握这些内容。

一、光的偏振光的偏振是指光波振动方向的特性。

在自然光中，光波的振动方向是各向同性的，即在任意方向上都有振动。

而经过某些介质的作用后，光可以变成具有特定振动方向的偏振光。

光的偏振可以通过偏振镜或偏振片实现。

在偏振光中，光波的电场振动方向垂直于光传播的方向。

常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。

线偏振光的电场振动方向只在一个平面上，圆偏振光的电场振动方向则以圆轨迹旋转。

光的偏振在许多领域中都有应用，如光通信、偏振显微镜、液晶显示等。

它可以提供更好的光学性能和更高的图像分辨率。

二、光的衍射光的衍射是指光波通过障碍物或孔径后产生的干涉现象。

当光波通过孔径时，会发生弯曲和弯折，使得光波以某种方式传播并形成干涉图案。

光的衍射是光的波动性质的重要体现。

根据衍射的不同形态，可以将其分为菲涅尔衍射和弗朗宁衍射。

菲涅尔衍射是指光波通过不同孔径大小的圆形孔产生的衍射现象；弗朗宁衍射是指通过狭缝产生的衍射现象。

此外，光的衍射还包括单缝衍射、双缝衍射和衍射光栅等形式。

光的衍射在光学中有广泛的应用。

例如，通过光的衍射可以分析光波的频谱成分，用于光谱分析和光学检测。

此外，利用衍射现象还可以实现激光的调制与控制，应用于激光工程和光通信等领域。

三、偏振与衍射的关系光的偏振和衍射之间存在密切的关系。

当偏振光通过衍射物体时，衍射现象会影响光的偏振性质。

例如，当线偏振光通过狭缝时，由于衍射的作用，光的振动方向会发生变化。

这种现象又称为Huygens-Fresnel原理。

此外，还可以利用偏振光的偏振特性来控制光的衍射。

通过选择不同方向的偏振光，可以实现对衍射图案的调制和改变。

这一技术在激光显示、光存储等领域具有重要应用价值。

总结：光的偏振和衍射是光学中的重要知识点。

光的偏振是指光波振动方向的特性，可以通过偏振片实现。

光的偏振现象光的偏振现象是指光波在传播过程中，由于不同方向的振动方式而导致的现象。

这是一个重要的光学现象，在科学研究和实际应用中都有广泛的应用。

本文将介绍光的偏振现象的基本概念和原理，以及其在光学仪器和通信技术中的应用。

一、光的偏振现象的基本概念和原理1. 偏振光的特点光是由电场和磁场相互垂直振动而构成的电磁波，而偏振光则是指在某个方向上振动的光。

偏振光具有以下特点：（1）振动方向：偏振光只在一个特定的方向上振动，而垂直于该振动方向的光则被滤去。

（2）振动相位：偏振光的振动相位是固定的，即光波在传播过程中的相位差保持不变。

2. 光的偏振方式光的偏振方式主要有线偏振和圆偏振两种形式。

（1）线偏振：线偏振光是指光波中的电场矢量沿着特定方向振动的光。

线偏振光的传播方向可以是任意方向。

（2）圆偏振：圆偏振光是指光波中的电场矢量在传播过程中绕光轴旋转形成的光。

圆偏振光可以分为左旋圆偏振和右旋圆偏振两种形式。

3. 光的偏振现象原理光的偏振现象可以通过光波的叠加原理来解释。

当两束偏振方向不同的光波叠加时，交替相加或相互抵消，从而形成了偏振现象。

二、光的偏振现象在光学仪器中的应用1. 偏光镜偏光镜是一种根据光的偏振特性来控制光线传播方向的光学元件。

它广泛应用于显微镜、摄影镜头、激光器和光学仪器中。

通过偏光镜的使用，可以选择性地通过或滤除特定方向上的偏振光，从而实现对光线的调节和控制。

2. 偏振片偏振片是一种能够选择性地通过或滤除特定方向上偏振光的光学元件。

它常用于液晶显示器、太阳镜等光学设备中。

偏振片通过特殊的制备工艺，使得只有特定方向的偏振光能够通过，从而实现对光线的调节和过滤。

三、光的偏振现象在通信技术中的应用1. 光纤通信光纤通信是一种利用光的偏振特性传输信息的技术。

通过控制光的偏振方向和相位，可以实现光信号的调制和传输。

光纤通信具有高速、大容量和长距离传输等优点，已成为现代通信领域的重要技术。

2. 光栅光栅是一种使用光的偏振现象进行信息编码和解码的光学元件。

光的偏振与光的散射光是由电磁波组成的，而电磁波有许多的性质，其中包括光的偏振和光的散射。

在本文中，我们将探讨光的偏振和光的散射的原理和应用。

一、光的偏振光的偏振是指电磁波中的电场矢量在某一方向上振动的现象。

正常的自然光是不偏振的，即电场矢量在所有方向上都振动。

然而，当光通过某些材料或者经过特定的装置时，它的电场矢量就会被限制在某个特定的方向上振动，形成偏振光。

1.1 偏振光的产生偏振光可以通过自然光经过偏振片或偏振器来产生。

偏振片是由具有一定特性的材料制成的，可以选择性地传递或阻挡特定方向的电场振动。

当自然光经过偏振片时，只有与偏振片特定方向振动相同的电场分量能够透过，而垂直于该方向的分量将被阻挡，从而形成偏振光。

1.2 偏振光的应用由于偏振光具有特定的方向性，因此在许多领域都有广泛的应用。

在显微镜中，利用偏振片可以调节光的偏振状态，从而增加对样品的对比度和细节观察。

在液晶显示器中，利用偏振光的旋转特性来控制液晶分子的排列，实现显示效果的切换。

偏振光还在光学通信、偏振成像等领域发挥着重要的作用。

二、光的散射光的散射是指光在传播过程中遇到物质微粒或表面不平整等障碍物，使光的传播方向发生改变的现象。

光的散射可以分为弹性散射和非弹性散射。

2.1 弹性散射弹性散射是指光在与物质相互作用后，仅改变传播方向而不改变波长的现象。

其中，瑞利散射是一种常见的弹性散射现象，它是由于光与比光的波长大数倍的物体（如空气中的气体分子）相互作用而导致的。

瑞利散射使得夜晚的天空呈现出蓝色的原因，因为太阳光中的各种波长的光在大气中发生散射时，蓝色光的散射强度比其他颜色的光要强，所以我们才能看到蓝色的天空。

2.2 非弹性散射非弹性散射是指光与物质相互作用后，波长发生改变的现象。

拉曼散射是一种常见的非弹性散射现象，它产生于光与物质分子之间的相互作用。

在拉曼散射中，光子与物质分子发生相互作用后，能量的差别将导致散射光的频率发生变化，从而使得散射光的波长与入射光不同。

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 = 21I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 02I 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) = 02I cos 2α[1-sin 2(θ-α)]=08I [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°= 932 I 0N 1题5.3图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I =16πI 0（1-cos4ωt ）.解: I = 12I 0 cos 2ωt cos 2（2π-ωt ） = 12 I 0cos 2ωtsin 2 ωt = 18 I 0 1-cos4t2ω= I 0（1-cos4ωt ）`5. 线偏振光入射到折射率为1.732的玻璃片上，入射角是60°，入射光的电失量与入射面成30°角。

实验十一 偏振光的产生和检验光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。

本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E 和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。

光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。

目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。

利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。

一、实验目的1、观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。

2、掌握产生和检验偏振光的原理和方法。

二、实验原理1、偏振光的概念光的波动的形式在空间传播属于电磁波，它的电矢量E 与磁矢量H 相互垂直。

E 和H 均垂直于光的传播方向，故光波是横波。

实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E 的方向定为光的振动方向。

自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。

这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。

自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。

如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。

偏振光电矢量E 的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。

2、获得线偏振光的方法自然光变成偏振光称作起偏，可以起偏的器件分为透射和反射2种形式。

(1) 反透射式起偏器自然光在两种媒质的界面处反射和折射，当入射角b φ满足12tan /b n n φ=时，反射光成为振动 方向垂直于入射面的线偏振光，这个规律称布儒斯特定律，bφ称为布儒斯特角或起偏角，而折射光为部分偏振光。

如果自然光以入射角b φ投射在多层的玻璃堆上，经过多次反射后，透射出的光也接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。

(2)透射式起偏器晶体起偏器：利用某些晶体的双折射现象可以获得较高质量的线偏振光，如尼科尔棱镜，这类偏光器件价格昂贵。

光的偏振光是一定波段范围的电磁波，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。

我们的眼睛能够看到的只是电磁波中的一个很小的波长范围，即400纳米到700纳米左右，这个范围的电磁波称为可见光。

电磁波的振动方向与传播方向是垂直的，我们称之为横波。

横波就必然有一个偏振的问题。

由于同光学发展历史有关的原因，人们常把磁矢量的方向叫做偏振方向，并把磁矢量的传播方向所决定的平面叫做偏振面。

图1一、几种偏振光（1）非偏振光：虽然光从本质上来说是偏振的，但是自然界的大多数情况下，光表现出非偏振的。

这是因为我们所看到的自然光（如太阳光，灯光）是由许多光波串组成的。

这些光波串中每一串都是偏振的，但是它们的偏振方向是随机的，不断变化着的。

在我们的观察时间段里平均后，在任何一个方向上都没有优势。

非偏振光也叫自然光。

（2）线偏振光：让自然光通过一个起偏振器件（比如某些晶体）后，只有一个方向的偏振光能够通过这个器件，我们就得到了线偏振光。

线偏振光的振动方向是确定的。

你可以通过一个实验想象这是一种什么景象：你把一根绳子的一头拴在邻居院子里的树上，另一头拿在你手里。

再假定绳子是从篱笆的两根竹子的正当中穿过去的。

如果你现在拿绳子上下振动，绳子产生的波就会从两根竹子之间通过，并从你的手传到那棵树上。

这时，那座篱笆对你的波来说是"透明的"。

但是，要是你让绳子左右波动，绳子就会撞在两根竹子上，波就不会通过篱笆了，这时这座篱笆就相当于一个起偏振器件。

（3）部分偏振光：如果线偏振光中混有一部分自然光，也就是说，这种光包含着各种方向的偏振光，而在某一方向的上体现出偏振的优势。

这就是部分偏振光。

（4）园偏振光：这种光的偏振方向是有规律的旋转着的。

而光矢量在旋转过程中的强度是保持一定的。

也就是光矢量是沿着一个园旋转的。

这就是园偏振光。

在我们的观察时间段中平均后，园偏振光看上去是与自然光一样的。

但是园偏振光的偏振方向是按一定规律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。