偏振光与自然光的区别
光的偏振
偏振现象的应用
立体电影的录制和放映
1、纵波不可能产生的现象（ A ）
A.偏振现象
B.反射现象
C.折射现象
D.折射线线
2、如图所示，让太阳光先后通过两个偏振片P和Q，当 P、Q两偏振片的透振方向夹角为以下哪个度数时， 透射光最弱（ D ） A.0° B.30° C.60° D.90°
自然光 P
Q
3、如图所示，P是一偏振片，P的振动方向（用带有箭 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
13.6 光的偏振
横波：质点的振动方向与波的传播方向相互垂直 纵波：质点的振动方向与波的传播方向在同一直线上
横波
纵波
偏振
纵波不能产生偏振现象
自然光
亮
自然光
暗
光能发生偏振现象，是横波自然光 自然光 自然光亮度无变化 亮度无变化
自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向 的振动，并且沿着各个方向振动的光波强度都相 同
偏振光：垂直于传播方向的平面上，只沿着某个 特定方向振动的光
自然光
偏振光
§6 光的偏振
一、纵波不能发生偏振现象 二、光能发生偏振现象——光是横波 三、自然光与偏振光
偏振现象的应用
相机镜头前加上 偏振镜可以减弱 水面反射光的影 响
n1 n2
偏振现象的应用
司机佩戴偏光眼镜，有效地滤 除光束中的散射光线，使视野 清晰自然。
（ 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
光束 P
大学物理 光的偏振
光的偏振
1.自然光（非偏振光）
在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都
相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。
IxA x 2 A i2x
IyA y 2 A i2y
1 Ix Iy 2 I0
2.线偏振光
光的振动方向在同一平面内， 只沿某一固定方向振动的光。
平面202偏1/6/1振6 光 完全偏振光
2.透振方向（偏振化方向）：
当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向 的光通过，这个方向叫此偏振片的透振方向。
2021/6/16
透振方向
5
起偏器
E 0 I0
三、马吕斯定律：
EI
检偏器
一束光强为 I0 的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：
I I0 cos2
是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角。
2.晶体主截面 界面的法线和光轴构成的平面
B 方解石晶体
3.晶体主平面 晶体20中21/6某/16光线和光轴构成的平面
单轴晶体 双轴晶体
产生双折射的原因
10
寻常光线（O光） 光振动方向始终与光轴垂直，在晶体中的传 播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。
no
c vo
常量
非常光线（e光）
光轴 O光波阵面
2021/6/16
19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律
1. 反射和折射起偏
反射光：部分偏振光
n 垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。
折射光：部分偏振光
1
n 平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。
2
ii
布儒斯特定律
玻璃
tg i0
n2 n1
自然光与偏振光
1.3.4 菲涅耳公式
1.0 |tp| 0.5 |ts| |rs| |rp| 0 0 30 60 90
i1/(o)
i1/(o)
图1.3-7 振幅反射比与振幅透射比曲线（n1=1，n2=1.5）
⑤ 线偏振光入射时，反射光和透射光仍为线偏振光，但振动面相对于原入射 光有一定偏转。
1 光波、光线与光子 1.3.5 斯托克斯倒易关系
1.3 自然光与偏振光
定义：外反射：自然光以入射角i1由介质1进入介质2时的反射
内反射：自然光以入射角i2由介质2进入介质1时的反射 取：振幅外反射比：rs、rp， 振幅外透射比：ts、tp 振幅内反射比：rs'、rp'，振幅内透射比：ts'、tp'
时间分布的均匀性表明各个光矢量的初相位取0到2p之间的任意值
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
1.3.2 自然光(完全非偏振光)
自然光：偏振面具有各种不同取向且相位随机分布的平面偏振光之集合
说明：自然光实际上可分解成两个强度相等、振动方向正交但相位各自
随机变化的线偏振光 注意：构成自然光的两个线偏振光分量的相位各自独立地随机变化，因
分量）的线偏振光，透射光变为椭圆偏振光。 ③ 线偏振光以布儒斯特角入射时，若其振动面与入射面垂直，则反射光
和透射光均为振动面垂直于入射面的线偏振光；若入射光振动面与入 射面平行，则反射光强度为0，即全部透射。
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
玻片堆特点：可对入射光的偏振态及振幅进行调制。
右旋 左旋
d=0
p/4
p/2
3p/4
光的偏振课件
1．自然光和偏振光主要区别是什么？ 提示：在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动， 偏振光沿某一特定方向振动。
2．为什么戴上偏振片眼镜时，可以清楚地看到水中的游鱼？ 提示：由于水面反射的光对人眼产生干扰，使人不能清楚地 看到水下的物体，从水面反射的光中包含有很多偏振光，偏振片 眼镜可不让这些偏振光进入眼晴，则水中的游鱼可以比较清楚地 被看到。
Байду номын сангаас
对偏振片认识的两个误区 [示例] 如图所示，P 是偏振片，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
解析：根据光的现象，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，故 A、B、D 正确。
[疑后小练] 现实生活中，拍摄日落时水面下的游鱼，由于 水面反射光的干扰，常使照片上的图象不清晰。为此，常在照相 机的镜头前装有一偏振片，让偏振片的透振方向与水面的反射光 的振动方向( )
A．一致即成 0°夹角 B．适当调整成 45°夹角 C．垂直即成 90°夹角 D．随所拍摄景物的远近而随时调整，其方向间夹角为 0°～ 90°间某一值
例 2 在垂直于太阳光的传播方向上，前后放置两个偏振片 P 和 Q，在 Q 的后面放上光屏，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
大学物理课件-自然光和偏振光
作業 練習十八、九
1
四、偏振光的應用
光的偏振在科學技術及工業生產中有著廣泛的應用。比如在機械工業中， 利用偏振光的干涉來分析機件內部應力分佈情況，這就是光測彈性力學的課 題。在化工廠裏，我們可以利用偏振光測量溶液的濃度。偏光干涉儀、偏光 顯微鏡在生物學、醫學、地質學等方面有著重要的應用。在航海、航空方面 則制出了偏光天文羅盤。
尼科耳棱鏡可用於起偏和檢偏
M
e光
N
e光
最明
00
M
N
最暗
900
1
i0
i0
i0
i
i
i
1
例1 一自然光自空氣射向一塊平板玻璃，入射角為布儒斯特角i0， 問在介面1、2的反射光是什麼光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空氣 1 線偏振光 2
1
例2 一束自然光以某一入射角入射到玻璃上，這時反射光成為 偏振光，折射角為320，求(1)入射角；(2)玻璃的折射率。
解：(1) (2)
結論：大量原子所發出的光的合振動的振動面是隨機的，且 各個方向的幾率相同。
觀測光向量在各個方向的平均值,沒 有哪一個方向佔優勢,也沒有在任何 時間段內佔優勢,即這種光在時間上 具有均勻性,在空間上具有對稱性.這1 就是自然光.
1 自然光：一般光源發出的光中，包含著各個方向的光向量
在所有可能的方向上的振幅都相等(軸對稱)這樣的光叫自然光。
光軸 1020 A
1020 1020
780
780
B 光軸
1
主截面：在晶體內，晶體光軸與晶面法線方向構成的平面。
o光的主平面：在晶體中o光與光軸所組成的平面叫做o光的 主平面。
e光的主平面：在晶體中e光與光軸所組成的平面叫e光的主 平面。 實驗表明：o光的振動方向垂直於其主平面，e光的振動方向 在其主平面內。
高中物理(人教版)精品讲义—光的偏振、激光
高中物理（人教版）精品讲义—光的偏振、激光课程标准课标解读1.观察振动中的偏振现象,知道只有横波才有偏振现象。
2.知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。
3.知道激光与自然光的区别。
1.认识光的偏振现象，知道光是横波.2.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振现象在生产与生活中的一些应用，如立体电影、液晶显示屏等．知识点01自然光和偏振光自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)【即学即练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．知识点02激光的特点及其应用1.激光：激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光波。
2.激光的特点(1)“纯净”:激光的频率、相位、偏振方向、传播方向都相同，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中。
(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。
(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
(4)激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。
光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。
【即学即练2】让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息经过处理后还原成声音和图象，这是利用激光的()A．平行度好，可以会聚到很小的一点上B．相干性好，可以很容易形成干涉图样C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量D．波长短，很容易发生明显的衍射现象【答案】A【解析】激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．考法01光的偏振1.偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。
自然光与偏振光线偏振光与部分偏振光
物质的二向色性
二向色性：物质所具有的对相互垂直的两个光振动
的选择吸收作用。
有些能够产生双折射的单轴晶体，对o光和e光的吸 收作用有很大不同，对其中的一个吸收作用很强，而 对另一个很弱。
在高分子化合物中，使高分子长链沿某个方向有规 则的排列，经特殊加工后，它会对相互垂直的两个光 振动产生不同的吸收作用。
线偏振光
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
v E
符号表示
3 部分偏振光及偏振度
部分偏振光 ：某一方向的光振动比与之垂直方向 上的光振动占优势的光为部分偏振
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不 等幅的、不相干的线偏振光。
部分偏振光
部分偏振光的分解
符号表示
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
包含各个方向的光矢量在所有可能的方 向上的振幅都相等 .
自然光与偏振没光有线偏优振势光方与部向分偏
振光
自然光的分解
• ※ 机理：原子自发辐射具有独立性、间歇 性和随机性普通光源所发出的光, 波列之间 是相互独立的，没有固定的关联（相位、 振动方向、振幅、波列长短等），按统计 原理，无论哪一方向的振动在各方向上的 分布是对称的，振幅也可看成是完全相等 的（统计平均）.
Ib In I p 自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
偏振度
P Imax Imin Imax Imin
IM — 在某一方向上的偏振光强度最大值
In — 与之垂直方向的偏振光强度最小值
平面偏振光
P=1
自然光 ( 非偏振光 )
P=0
部分偏振光
0<P<1
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
图示：
自然光与偏振光线偏振光与部分偏 振光
第十二章光的偏振3
I0
4.圆偏振光和椭圆偏振光 在垂直于光的传播方向的平面内，光 矢量以一定的频率旋转。 椭圆偏振光：矢量端点轨迹为椭圆 圆偏振光：矢量端点轨迹为圆
I0
I0
二、起偏与检偏
偏振片：吸收某方向光振动，而与其
垂直方向的光振动能通过的装置
偏振化方向：能通过光振动的方向
偏振片
偏振化 方向
I0
I0
非常光线（e光） (extraordinray rays) A 不服从折射定律的光线 B
.. e o. . D C ...
. . e o. . . .
不服从折射定律指的是：
1. 折射光线一般不在入射面内；
2. 入射角的正弦与折射角正弦之比不是 常量，即折射率和入射光线的方向有关。
当方解石晶体旋转时，o 光不动， e 光围绕 o 光旋转。 各向异性透明介质，都会发生双折 射现象。
n水 tg i1 n空气
例：如图，线偏振光入射到两介 质分界面，i0 为起偏振角。分别画出 反射光和入光射的振动情况。
i0 i0
n1 n2
n1 n2
解：
i0 i0
n1 n2
i0
n1 n2
反射光强度为零
五、 光的双折射
1.双折射现象
双折 射 双折 双 折
方解石晶体
o光 e光
寻常光线（o光）(ordinary rays) 服从折射定律的光线
0
e o
光轴
ne = 1.4864 ~1.6584
n =1.55
加
ne = 1.516
no = 1.6584
n 加 n o 且 φ =77 0 >临界角， o 光发生全反射 因为 n 加 > ne > 所以 e 光不会发生全反射
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1 / 4
偏振光与自然光的区别
光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，
光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。通常光源发出的光，它的
振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振
性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，
P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过
偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果
我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2
转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；
继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的
入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光
经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于XP-800P偏振片中存在着某种
特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂
直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一
个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振
光。必须依靠第二片偏振片P2去检查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行
时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振
面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个XP-800P偏振片帮助我们辨别出偏
振光，因此它也称为“检偏器”。
光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光
波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的
方向上，光波矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光
矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 偏振光是
指光矢量的振动方向不变，或具有
某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光
和椭圆偏振、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内，则这
种偏振光称为平面偏振光，因其电矢量的末端轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。
如果光波电矢量随时间作有规则地改变，即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆
形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某
一确定的方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。
1．自然光
振动方向随机，相对于波矢对称，叠加是按强度进行叠加。
可沿任意方向正交分解，在任一方向的强度为总强度之半。
自然光是大量原子同时发出的光波的集合。其中的每一列是有一个原子发出的，有一个
偏振方向
和位相，但光波之间是没有任何关系的。所以，他们的集合，就是在各个方向振动相等、位
相差随机
的自然光。
.
2 / 4
在直角坐标系中，一列与X轴夹角为θ的光，在X方向的振幅为，
由于各个光波在X
方向总强度是光强相加，故有
同理
而总光强，故
2．平面偏振光（线偏振光）
只包含单一振动方向的电矢量。
在任一方向的光强，马吕斯定律。
用偏振片可以获得平面偏振光。
消光比=最小透射光强/最大透射光强
3．部分偏振光
介于自然光和线偏光之间。
偏振度=（IMAX-IMIN）/（IMAX+IMIN）
4．圆偏振光
电矢量端点轨迹的投影为圆。
.
3 / 4
每一时刻的电矢量可以分解为振幅相等、位相差为π/2、相互垂直的振动。
迎着光的传播方向观察。
用偏振片检验，圆偏光相同。
5．椭圆偏振光
电矢量端点轨迹的投影为椭圆。每一时刻的电矢量可分解为
.
4 / 4
椭圆长轴或短轴余坐标轴的夹角
自然光
1．普通光源中各个分 子或原子内部运动状态的变化是随机的，发光过程又是间歇的，
他们发出的光是彼此独立的，从统计规律上来说，相应的光振动将在垂直于光速的平面上遍
布所有可 能的方向，而且所有可能的方向上相应光矢量的振幅（光强度）都是相等的。我
们把“在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量呈对称分布”的光就称为 自然
光。
2．任何取向的一个光矢量都可分解为两个相互垂直方向上的分量。
3．由于自然光的对称性，所有取向 的光矢量在这两个方向上的分量的时间平均值彼此
相等。因此自然光可分解为两个任意垂直方向上的、振幅相等的独立分振动，它们的相位之
间没有固定的关系，不 能把它们叠加成一个具有某一方向的合矢量，两者的光强度各等于
自然光总光强度的一半。
4．自然光的表示方法如下图所示。图中用短线和点子分别表示在纸面内和垂直于纸面
的光振动。
线偏振光
1． 光矢量只沿某一固定方向振动的光为线偏振光（演示）。偏振光的振动方向与传播
方向组成的平面称为振动面。线偏振光也可称为完全偏振光或平面偏振光，有时也简称偏振
光。光的偏振的特性，说明了光不仅是一种波，而且是横波。
2． 线偏振光也可以用传播方向相同、相位相同或相差、振动相互垂直的两列光波的叠
加描述。
部分偏振光
1． 部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有，但振幅不对
称，在某一方向振动较强，而与它垂直的方向上振动较弱。（见部分偏振光一）
2． 部分偏振光的光矢量可分解为两个振幅不等、振动相互垂直的独立分振动。（见部
分偏振光二）。