5光的偏振态
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(张三慧教材)波动与光学Y第5章光的偏振
9
10
3. 偏振棱镜
11
*5.5 圆偏振光和椭圆偏振光
1. 波片
从单轴晶体切下来的薄片， 其表面与晶体的光轴平行。
12
( n n )d o e
2 n n ) d o e ( o e
1 波片 4
半波片
(n n o e)d 4
/2
2 2 2 2
2
18
d 2 2 I I sin 2 sin n n 2 1 0 e
当
时， K K 0 , 1 , 2
2
I2 0 , 出现消光现象，
当 2 K1
4
2 1 , I 2 达到极大。 时， s in
1. 偏振光的获得
14
1) 线偏振光：
从自然光获得线偏振光，用起偏器、波片、 玻片堆、偏振片、尼科耳棱镜等。 2) 椭圆偏振光： 自然光通过起偏器和一个波片即可。 2. 检验偏振光 设入射光有以下五种：
自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。
第一步
令入射光通过偏振片I ， 改变 I 的透振方向，观 察透射光强变化。 强度无变化 a. 令入射光依次通过
第五章
5.1 光的偏振状态
光波的横波性
光的偏振
1
偏振态
1 线偏振光
平面偏振
振动平面
（完全）线偏振光
2 自然光
无穷多个振幅相等，振动方向任意，彼此间没有固定 的相位关系的光振动的组合，称为自然光。
2 2 I A A x ix x
2
2 2 I A A y y iy
高中物理第5章光的干涉衍射和偏振第4节光的偏振第5节激光与全息照相鲁科版选择性必修第一册
12345
2.光的偏振现象说明光是横波,下列现象不能反映光的偏振特性的是( D ) A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射 光的强度发生变化 B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光与折射光之间的夹角 恰好是90°时,反射光是偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象 更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 解析 通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现 象,与偏振无关,故选项D符合题目要求。
目录索引
基础落实·必备知识全过关 重难探究·能力素养全提升 学以致用·随堂检测全达标
学习目标
1.观察光的偏振现象,知道偏振光和自然光的区别。(科学探究) 2.能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。(物理观念) 3.知道激光的特点及其应用。(物理观念)
思维导图
基础落实·必备知识全过关
一、光的偏振 1.偏振现象 (1)偏振:横波只沿着某一 特定 的方向振动的现象。 (2)偏振片和透振方向 偏振片是只让 某一方向 振动的光通过的一种光学元件。通常把这个
要点提示 立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向 一致的光才能通过。
知识归纳 1.振动方向比较 自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于 光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。 2.经过偏振片时现象比较 如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片 时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。
解析 电灯灯光是自然光,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;电灯灯光 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。
2.光的偏振现象说明光是横波,下列现象不能反映光的偏振特性的是( D ) A.一束自然光相继通过两个偏振片,以光束为轴旋转其中一个偏振片,透射 光的强度发生变化 B.一束自然光入射到两种介质的分界面上,当反射光与折射光之间的夹角 恰好是90°时,反射光是偏振光 C.日落时分,拍摄水面下的景物,在照相机镜头前装上偏振光片可以使景象 更清晰 D.通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹 解析 通过手指间的缝隙观察日光灯,可以看到彩色条纹,这是光的衍射现 象,与偏振无关,故选项D符合题目要求。
目录索引
基础落实·必备知识全过关 重难探究·能力素养全提升 学以致用·随堂检测全达标
学习目标
1.观察光的偏振现象,知道偏振光和自然光的区别。(科学探究) 2.能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。(物理观念) 3.知道激光的特点及其应用。(物理观念)
思维导图
基础落实·必备知识全过关
一、光的偏振 1.偏振现象 (1)偏振:横波只沿着某一 特定 的方向振动的现象。 (2)偏振片和透振方向 偏振片是只让 某一方向 振动的光通过的一种光学元件。通常把这个
要点提示 立体电影的光是偏振光。因为光是横波,只有与偏振片透振方向 一致的光才能通过。
知识归纳 1.振动方向比较 自然光在垂直于光的传播方向的平面内,沿所有方向振动;偏振光在垂直于 光的传播方向的平面内,沿某一特定的方向振动。 2.经过偏振片时现象比较 如图甲,自然光通过偏振片后变成偏振光,后面的屏是明亮的,转动偏振片 时,偏振光的振动方向随之变化,但屏上亮度不变。
解析 电灯灯光是自然光,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;电灯灯光 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。
第五章光的偏振晶体内o光和e光
（2）由先到达界面的B点作另一条边缘光线的垂线BA， 它就是入射的波面；求出光从A点到达C点所需时间，t＝ AC/c，令t＝AC/c＝1。
(3)对于方解石晶体
A
ne 1.486 no 1.658
B
C
空气
晶体
e no 1.658 . o ne 1.486
光轴
以B为圆心，以ot＝1.486为
o光和e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向
上，两波面相距最远。
❖正晶体和负晶体
在垂直于光轴的方向上：
若： e＜ o(或ne＞no)， e光的波面在o光波面内，称
为正晶体，如石英、冰等。
正晶体是球面包椭球面。
若： e＞ o （或ne＜no ）， e光的波面在o光波面外，
称为负晶体，如如方解石、红宝石等。
本节结束
（1）光轴垂直于晶体
表面，并平行于入射 面。 o光和e光沿同一
空气
方向传播，传播速度
晶体
相同，所以o和e光波 面重合。
光轴 o o
不发生双折射！
ee
（2）光轴平行于晶体表 （2） 面，并平行于入射面。
（3）光轴平行于晶体表 光轴 面，并垂直于入射面。
（2）、（3）两种情况， o光和e光沿同一方向传播，
则对o光来说其折射率为：
e光一般情况下不满足折射定 律，其传播速度与方向有关。
no
c
o
但是当e光垂直于光轴 方向传播时，e光的传 播方向与其波面垂直， 因此不论入射角为何 值，总是满足：
sin i1 c
sin i2e e
光轴
A
B
C 空气
晶体
o
(3)对于方解石晶体
A
ne 1.486 no 1.658
B
C
空气
晶体
e no 1.658 . o ne 1.486
光轴
以B为圆心，以ot＝1.486为
o光和e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向
上，两波面相距最远。
❖正晶体和负晶体
在垂直于光轴的方向上：
若： e＜ o(或ne＞no)， e光的波面在o光波面内，称
为正晶体，如石英、冰等。
正晶体是球面包椭球面。
若： e＞ o （或ne＜no ）， e光的波面在o光波面外，
称为负晶体，如如方解石、红宝石等。
本节结束
（1）光轴垂直于晶体
表面，并平行于入射 面。 o光和e光沿同一
空气
方向传播，传播速度
晶体
相同，所以o和e光波 面重合。
光轴 o o
不发生双折射！
ee
（2）光轴平行于晶体表 （2） 面，并平行于入射面。
（3）光轴平行于晶体表 光轴 面，并垂直于入射面。
（2）、（3）两种情况， o光和e光沿同一方向传播，
则对o光来说其折射率为：
e光一般情况下不满足折射定 律，其传播速度与方向有关。
no
c
o
但是当e光垂直于光轴 方向传播时，e光的传 播方向与其波面垂直， 因此不论入射角为何 值，总是满足：
sin i1 c
sin i2e e
光轴
A
B
C 空气
晶体
o
第五章光的偏振
三. 椭圆与圆偏振光的检偏
用四分之一波片和偏振片P可区分出自然
光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光
自然光 圆偏振光
四 自然光 分 之 一 线偏振光 波 片
偏 振
线偏振光
I不变
片
（ 转
线偏振光
I变, 有消光
动
）
以入射光方向为轴
部分 部分偏振光 四 偏振光
分 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片
偏 振
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)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平 光轴 行于此方向的直线均为光轴。
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
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。
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
光轴
正晶体 : ne> no
vet
(e< o) vot 负晶体 : ne<
子波源
no
(e>o)
正晶体 (vo > ve)
vet
光轴
vot vet
子波源 负晶体 (vo < ve )
三. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)
光轴 线偏振光
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片的起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
光的五种偏振态
光的五种偏振态
单纯的使用偏振无法完全区分,应该再加上一个1/4玻片,具体如下：在光源与光屏之间加一块偏振片，
将偏振片旋转一周进行观察,
1.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
2.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
3.如果随偏振片的转动出现两次消光,则这束光是线偏振光。
5光的偏振
非寻常光( e光 ) 非寻常光( 光 一般不遵从折射定律
二,晶体的光轴与主平面
1,晶体的光轴(Optical Axis) 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, 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双折射,该方 不发生双折射 向称为晶体的光轴 光轴. 向称为晶体的光轴. 102° A ° 例如, 例如,方解石晶体 光轴是一个特殊的方向 , 凡平 光轴是一个特殊的 方向, 方向 行于此方向的直线均为光轴. 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 双轴晶体: 双轴晶体: 有两个光轴的晶体 光轴 B
z
——可分解为两束振动方向相互垂直的,相干(具有固定位 可分解为两束振动方向相互垂直的,相干( 可分解为两束振动方向相互垂直的 相关系) 相关系)的线偏振光.
五,偏振度
总光强: 总光强: I 完全偏振光的强度 自然光的强度
P=
Ip In
Ip I
=
Ip In + I p
I =In + I p
完全偏振光 (线,圆,椭圆 ): 线
一,双折射现象
e o 晶体
寻常光( 光 寻常光(o光) 遵从折射定律
自然光 n1 n2 (各向异 各向异 性媒质) 性媒质
i re e光 光
ro
o光 光
n1 sin i = n2 sin ro
sin i ≠ const . sin re
发生双折射时: 发生双折射时: o光和 光的传播方向及速度不同 光和e光的传播方向及速度不同 光和 o光和 光均为线偏振光 光和e光均为线偏振光 光和 e光折射线也不一定在入射面内. 光折射线也不一定在入射面内. 光折射线也不一定在入射面内
光的偏振态
对于两个垂直振动的合成，不论相位差为何值， EXEY，总有 I=IX+IY，即合振动的强度简单地等于 两个垂直分振动的强度之和。这对线偏振光、圆 偏振光、椭圆偏振光都是适用的
二、光矢量E的空间变化
在给定时刻t（可取t=0）光矢量E在不同位置Z的取向变化
tan Ey0 cos(t kz ) Ey0 cos(kz )
凭借一检偏器，可将五种偏振态区分为三种，但
P
Ip It
Ip In I p
完全偏振光 (线、圆、椭圆) P =1；部分偏振光 0P 1； 自然光 (非偏振光 ) P = 0
偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
• 起偏：从自然光获得偏振光
要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的 偏振形态产生某种改变
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、不
等幅的、位相无关（不相干）的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
平行纸面的光振动较强
·· ·· ··
垂直纸面的光振动较强
偏振度
P Imax Imin Imax Imin
P =1线偏振光 ；0P 1 部分偏振光或椭圆偏振光； P =0自然光或圆偏振光
例： I （第一象限）
取两时间点：t=0, t=T/4; (=2/T)
*t=0: Ex Ex0 cost Ex0
表明E的末端处在椭圆轨迹与Ex=Ex0 的直线相切的切点
E E cos(t ) E cos 0
y
y0
y0
表明切点在X轴的上方
长轴朝第一、三象限倾斜
Ex0
（*注*）
t增 减
当迎着光的传播方向观察时，将会“看到”光矢 量E沿顺时针方向转动 （右旋）
二、光矢量E的空间变化
在给定时刻t（可取t=0）光矢量E在不同位置Z的取向变化
tan Ey0 cos(t kz ) Ey0 cos(kz )
凭借一检偏器，可将五种偏振态区分为三种，但
P
Ip It
Ip In I p
完全偏振光 (线、圆、椭圆) P =1；部分偏振光 0P 1； 自然光 (非偏振光 ) P = 0
偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
• 起偏：从自然光获得偏振光
要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的 偏振形态产生某种改变
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、不
等幅的、位相无关（不相干）的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
平行纸面的光振动较强
·· ·· ··
垂直纸面的光振动较强
偏振度
P Imax Imin Imax Imin
P =1线偏振光 ；0P 1 部分偏振光或椭圆偏振光； P =0自然光或圆偏振光
例： I （第一象限）
取两时间点：t=0, t=T/4; (=2/T)
*t=0: Ex Ex0 cost Ex0
表明E的末端处在椭圆轨迹与Ex=Ex0 的直线相切的切点
E E cos(t ) E cos 0
y
y0
y0
表明切点在X轴的上方
长轴朝第一、三象限倾斜
Ex0
（*注*）
t增 减
当迎着光的传播方向观察时，将会“看到”光矢 量E沿顺时针方向转动 （右旋）
《光的偏振》课件
光的偏振特性是光与物质相互作用的重要表现，深入研究光的偏振有助于深入理 解光与物质相互作用的机制。
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
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I0
P
E0 I
P E=E0cos
2、自然光
P 非偏振光I0 线偏振光 I 偏振化方向 (透振方向)
2 p
···
2 p
I0 E E
2E 2I
2 p
当偏振片旋转时，透过光强是不变的
1 I I0 2
I I cos
2 0
1 1 I cos d I 2 2
• 偏振片 常用的线起偏器
微晶型
基于某些晶体的二向色性，即对不同方向的电磁振 动具有不同吸收的性质 电气石，硫酸碘奎宁晶体（塞璐璐基片）
光轴 线偏振光 电气石晶片
非偏振光
·· ·
分子型 含有传导电子（某碘的化合物）的聚合物分子长链， P 线栅模型（细金属丝）
y
入射 电磁波 线栅起偏器
x z
z
偏振度
I max I min P I max I min
P =1线偏振光 ；0P 1 部分偏振光或椭圆偏振光； P =0自然光圆偏振光 凭借一检偏器，可将五种偏振态区分为三种，但
Ip Ip P It I n I p
完全偏振光 (线、圆、椭圆) P =1；部分偏振光 0P 1； 自然光 (非偏振光 ) P = 0
光的偏振状态
MAXWELL：EK，光波具有横波性（偏振性）
在与传播方向垂直的平面内光矢量E还可能有各式各样的振
动状态，该平面内的具体振动方式称为光的偏振态 完全偏振光 非偏振光即自然光 部分偏振光
？完全偏振光：设光沿z方向传播，E位于XY平面，根据正交 分解法，任何形式的光振动总可分解EX ，EY。如果这两个分 振动完全相关，即有完全确定的相位关系，则相应的光称为 完全偏振光（偏振光）
Ey0 Ex 0
tan为一正常数，E位于一、三象限中一个确定的 平面（振动面）内
y
Ey0
E
Ex0
x
2、=±
tan
y
E Ey0
Ey0 Ex 0
E位于二、四象限中一个确定的平面（振动面）内
2 2 E Ex0 E y 0
Ex0
x
I E E Ix I y
2 x0 2 y0
2 2 0 0
0
3、圆偏振光
两个相互垂直、振幅相等、相位差±/2的线偏振光的合成
2 2 2 I 0 E p E p 2E p
通过P后的光强为
1 I I0 2
与自然光的光强透过率相同；圆偏振光是完全偏振光，两 分量相干；自然光两分量非相干
单一P，无法判别自然光和圆偏振光
4、椭圆偏振光
波场中任意位置和时刻的波函数（合振动）
E( z, t ) Ex ( z, t ) Ey ( z, t )
y
Ey
E
Ex
x
合成光矢量E仍在XY平面内，仍保持其横波性。 以表示E与X轴正向所成的角
tan
Ey Ex
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
tan( t )
t增
（*注*） 减
当迎着光的传播方向观察时，将会“看到”光矢 量E沿顺时针方向转动 （右旋）
=/2，代入：
E x ( z , t ) E x 0 cos(t kz) E y ( z , t ) E y 0 cos(t kz )
2
2
E 02 cos 2
I I 0 cos 马吕斯定律（1809）
0， , I I max I 0
3
， , I min 0 2 2
偏振片对不同偏振态的光强响应
各种偏振结构的光通过理想偏振片时的光强变化
1、线偏振光
马吕斯定律
2
I I 0 cos
二、光矢量E的空间变化
在给定时刻t（可取t=0）光矢量E在不同位置Z的取向变化
tan
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
E y 0 cos(kz ) Ex 0 cos(kz)
=0，±（线偏光），振动平面的空间取向不变，其他 情况将随位置Z的变化而变化 右旋圆偏振光 (时间）
2
2 Ey
=0，± 或 Ex0=0 或 Ey0=0 椭圆偏振光 线偏振光
2
; Ex0 E y 0 A
椭圆偏振光 圆偏振光
圆偏振光可看作两个相互垂直、振幅相等、相位差 ±/2的线偏振光的合成
I E E 2A
2 x0 2 y0
2
椭圆偏振光可看作两个相互垂直、但振幅不相等、 有固定相位差的线偏振光的合成 线偏振光可看作两个相互垂直=0,±的线偏振 光的合成 线偏振光和圆偏振光都可看作椭圆偏振光的特例 对于两个垂直振动的合成，不论相位差为何值， EXEY，总有 I=IX+IY，即合振动的强度简单地等于 两个垂直分振动的强度之和。这对线偏振光、圆 偏振光、椭圆偏振光都是适用的
y
传播方向
E 0 右旋圆 偏振光
y
x
x
/2
z
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
自然光 辐射单元（原子） ：相互独立、彼此无关、方
向各不相同、各次随机、但机会均等
没有优势方向
自然光的分解
自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、 位相无关（不相干）的线偏振光。
Ex E y
自然光的表示法：
I Ix Iy
的大小，即E在XY平面内的指向,将随位置Z和时 间t而变化 （旋转性） 一、光矢量E的时间变化（Z为定值，可取Z=0，振动的合成）
2m 2 ,
(m 1,2,.....) [ , ]
特例：
1、=0
tan
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
• 起偏：从自然光获得偏振光
要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的 偏振形态产生某种改变
• 起偏器:
起偏的光学器件
根据输出光的偏振形态：线起偏器、圆起偏器 等
• 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
各种起偏器的作用过程都必须包含某种不对称性，它可 以是介质在不同作用条件（例如不同的入射角）下的不 同响应，更多的则是介质本身的各向异性
偏振片的起偏与检偏作用
M
偏振化方向 （振透方向） N
M'
起偏器
N'
检偏器
检偏
P
待检光
?
用偏振器件分析、检验光的偏振态
• I不变？是什么光
I
• I变，有消光？是什么光
• I变，无消光？是什么光
M
N
透过第2个偏振片 的光强如何？
M'
N'
起偏器
检偏器
I0
P
E0 I
P E=E0cos
IE
完全偏振光—线偏振光，圆偏振光、椭圆偏振光
1. 线偏振光（光矢量E的振动方位保持不变的光）
若固定某一位置Z考察光矢量的时间变化，则其末端在xy 平面上扫描出一个确定的线段；若固定某一时刻t考察光 矢量的空间变化，则各处的光矢量位于一个确定的平面 (振动面)
向 传播方
E
·
迎着对光传播方向看
线偏振光的表示法：
E xo E yo ,
tan tankz
2 kz
当Z值从零增大时，值将线性增大； 故E矢量将沿着光的传播方向作逆时针以此排列
由于E的长度不变，其在以XY平面上半径为E的圆为底，以Z 轴为轴线的正圆柱的侧面上绘出一条螺旋线 该螺旋是右手螺旋，即用右手握圆柱，四指沿螺线的转动方 向，拇指即指向螺旋的进动方向
Ex E xo
2
Ey 1 E yo
2
x y 1 a b
2
2
E的末端随时间变化在XY平面上扫描的轨迹，是一个正椭圆。
两半轴分别位于X轴和Y轴，两半轴长分别为Ex0，Ey0
Ey0
= /2
Ex0
两列同频率、振动方向相互垂直、同向传播的 平面光波的叠加---偏振光的形成及特征
两个相互垂直的振动方向分别取为X、Y轴，波 的传播方向为Z，不失一般性，取x0=0，并记 Y振动相对于X振动的相差为:
y
E
y x
x
Ey
Ex
z
则X，Y方向的光矢量E波函数 （ *注* ）
E x ( z , t ) E x 0 cos(t kz) E y ( z , t ) E y 0 cos(t kz )
透过P的光强I，EY0，EX0在P 的振透方向投影的合成
y
Ey0 Ex0
P x
Exop Exoeix cos
E yop E yoe
i y
sin
二投影振动方向相同，有确 定的相位差，（干涉）
I EE* (Exop Eyop )(Exop Eyop )*
· ··
部分偏振光（光波即不是完全偏振，也不是自然光，而
是两者的混合，各振动方向都有，有一个方向占优势 ）
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、不 等幅的、位相无关（不相干）的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
· ·
平行纸面的光振动较强
· · · · · ·
垂直纸面的光振动较强
E的末端随时间变化在XY平面上 扫描的轨迹，亦是一个正椭圆。 （左旋椭圆偏振光）
5、为任意值（一般情况）
P
E0 I
P E=E0cos
2、自然光
P 非偏振光I0 线偏振光 I 偏振化方向 (透振方向)
2 p
···
2 p
I0 E E
2E 2I
2 p
当偏振片旋转时，透过光强是不变的
1 I I0 2
I I cos
2 0
1 1 I cos d I 2 2
• 偏振片 常用的线起偏器
微晶型
基于某些晶体的二向色性，即对不同方向的电磁振 动具有不同吸收的性质 电气石，硫酸碘奎宁晶体（塞璐璐基片）
光轴 线偏振光 电气石晶片
非偏振光
·· ·
分子型 含有传导电子（某碘的化合物）的聚合物分子长链， P 线栅模型（细金属丝）
y
入射 电磁波 线栅起偏器
x z
z
偏振度
I max I min P I max I min
P =1线偏振光 ；0P 1 部分偏振光或椭圆偏振光； P =0自然光圆偏振光 凭借一检偏器，可将五种偏振态区分为三种，但
Ip Ip P It I n I p
完全偏振光 (线、圆、椭圆) P =1；部分偏振光 0P 1； 自然光 (非偏振光 ) P = 0
光的偏振状态
MAXWELL：EK，光波具有横波性（偏振性）
在与传播方向垂直的平面内光矢量E还可能有各式各样的振
动状态，该平面内的具体振动方式称为光的偏振态 完全偏振光 非偏振光即自然光 部分偏振光
？完全偏振光：设光沿z方向传播，E位于XY平面，根据正交 分解法，任何形式的光振动总可分解EX ，EY。如果这两个分 振动完全相关，即有完全确定的相位关系，则相应的光称为 完全偏振光（偏振光）
Ey0 Ex 0
tan为一正常数，E位于一、三象限中一个确定的 平面（振动面）内
y
Ey0
E
Ex0
x
2、=±
tan
y
E Ey0
Ey0 Ex 0
E位于二、四象限中一个确定的平面（振动面）内
2 2 E Ex0 E y 0
Ex0
x
I E E Ix I y
2 x0 2 y0
2 2 0 0
0
3、圆偏振光
两个相互垂直、振幅相等、相位差±/2的线偏振光的合成
2 2 2 I 0 E p E p 2E p
通过P后的光强为
1 I I0 2
与自然光的光强透过率相同；圆偏振光是完全偏振光，两 分量相干；自然光两分量非相干
单一P，无法判别自然光和圆偏振光
4、椭圆偏振光
波场中任意位置和时刻的波函数（合振动）
E( z, t ) Ex ( z, t ) Ey ( z, t )
y
Ey
E
Ex
x
合成光矢量E仍在XY平面内，仍保持其横波性。 以表示E与X轴正向所成的角
tan
Ey Ex
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
tan( t )
t增
（*注*） 减
当迎着光的传播方向观察时，将会“看到”光矢 量E沿顺时针方向转动 （右旋）
=/2，代入：
E x ( z , t ) E x 0 cos(t kz) E y ( z , t ) E y 0 cos(t kz )
2
2
E 02 cos 2
I I 0 cos 马吕斯定律（1809）
0， , I I max I 0
3
， , I min 0 2 2
偏振片对不同偏振态的光强响应
各种偏振结构的光通过理想偏振片时的光强变化
1、线偏振光
马吕斯定律
2
I I 0 cos
二、光矢量E的空间变化
在给定时刻t（可取t=0）光矢量E在不同位置Z的取向变化
tan
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
E y 0 cos(kz ) Ex 0 cos(kz)
=0，±（线偏光），振动平面的空间取向不变，其他 情况将随位置Z的变化而变化 右旋圆偏振光 (时间）
2
2 Ey
=0，± 或 Ex0=0 或 Ey0=0 椭圆偏振光 线偏振光
2
; Ex0 E y 0 A
椭圆偏振光 圆偏振光
圆偏振光可看作两个相互垂直、振幅相等、相位差 ±/2的线偏振光的合成
I E E 2A
2 x0 2 y0
2
椭圆偏振光可看作两个相互垂直、但振幅不相等、 有固定相位差的线偏振光的合成 线偏振光可看作两个相互垂直=0,±的线偏振 光的合成 线偏振光和圆偏振光都可看作椭圆偏振光的特例 对于两个垂直振动的合成，不论相位差为何值， EXEY，总有 I=IX+IY，即合振动的强度简单地等于 两个垂直分振动的强度之和。这对线偏振光、圆 偏振光、椭圆偏振光都是适用的
y
传播方向
E 0 右旋圆 偏振光
y
x
x
/2
z
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
自然光 辐射单元（原子） ：相互独立、彼此无关、方
向各不相同、各次随机、但机会均等
没有优势方向
自然光的分解
自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、 位相无关（不相干）的线偏振光。
Ex E y
自然光的表示法：
I Ix Iy
的大小，即E在XY平面内的指向,将随位置Z和时 间t而变化 （旋转性） 一、光矢量E的时间变化（Z为定值，可取Z=0，振动的合成）
2m 2 ,
(m 1,2,.....) [ , ]
特例：
1、=0
tan
E y 0 cos(t kz ) Ex 0 cos(t kz)
偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
• 起偏：从自然光获得偏振光
要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的 偏振形态产生某种改变
• 起偏器:
起偏的光学器件
根据输出光的偏振形态：线起偏器、圆起偏器 等
• 起偏的原理：利用某种光学的不对称性
各种起偏器的作用过程都必须包含某种不对称性，它可 以是介质在不同作用条件（例如不同的入射角）下的不 同响应，更多的则是介质本身的各向异性
偏振片的起偏与检偏作用
M
偏振化方向 （振透方向） N
M'
起偏器
N'
检偏器
检偏
P
待检光
?
用偏振器件分析、检验光的偏振态
• I不变？是什么光
I
• I变，有消光？是什么光
• I变，无消光？是什么光
M
N
透过第2个偏振片 的光强如何？
M'
N'
起偏器
检偏器
I0
P
E0 I
P E=E0cos
IE
完全偏振光—线偏振光，圆偏振光、椭圆偏振光
1. 线偏振光（光矢量E的振动方位保持不变的光）
若固定某一位置Z考察光矢量的时间变化，则其末端在xy 平面上扫描出一个确定的线段；若固定某一时刻t考察光 矢量的空间变化，则各处的光矢量位于一个确定的平面 (振动面)
向 传播方
E
·
迎着对光传播方向看
线偏振光的表示法：
E xo E yo ,
tan tankz
2 kz
当Z值从零增大时，值将线性增大； 故E矢量将沿着光的传播方向作逆时针以此排列
由于E的长度不变，其在以XY平面上半径为E的圆为底，以Z 轴为轴线的正圆柱的侧面上绘出一条螺旋线 该螺旋是右手螺旋，即用右手握圆柱，四指沿螺线的转动方 向，拇指即指向螺旋的进动方向
Ex E xo
2
Ey 1 E yo
2
x y 1 a b
2
2
E的末端随时间变化在XY平面上扫描的轨迹，是一个正椭圆。
两半轴分别位于X轴和Y轴，两半轴长分别为Ex0，Ey0
Ey0
= /2
Ex0
两列同频率、振动方向相互垂直、同向传播的 平面光波的叠加---偏振光的形成及特征
两个相互垂直的振动方向分别取为X、Y轴，波 的传播方向为Z，不失一般性，取x0=0，并记 Y振动相对于X振动的相差为:
y
E
y x
x
Ey
Ex
z
则X，Y方向的光矢量E波函数 （ *注* ）
E x ( z , t ) E x 0 cos(t kz) E y ( z , t ) E y 0 cos(t kz )
透过P的光强I，EY0，EX0在P 的振透方向投影的合成
y
Ey0 Ex0
P x
Exop Exoeix cos
E yop E yoe
i y
sin
二投影振动方向相同，有确 定的相位差，（干涉）
I EE* (Exop Eyop )(Exop Eyop )*
· ··
部分偏振光（光波即不是完全偏振，也不是自然光，而
是两者的混合，各振动方向都有，有一个方向占优势 ）
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、不 等幅的、位相无关（不相干）的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
· ·
平行纸面的光振动较强
· · · · · ·
垂直纸面的光振动较强
E的末端随时间变化在XY平面上 扫描的轨迹，亦是一个正椭圆。 （左旋椭圆偏振光）
5、为任意值（一般情况）