大学物理基础知识光的偏振与光的介质
大学物理第7章第11节-反射光和折射光的偏振 布鲁斯特定律
N
时, 反射光变成线 偏振光. i0 : 布儒斯特 角或起偏振角
i0
M
n1
n2
M
N
当一束自然光以布儒斯特角从一种各 向同性的均匀媒质射到另一种各向同性的 均匀媒质界面时, 利用折射定律和布儒斯特 定律
n1 sini0 n2 sin tan i0 n2 n1 sin cos i0 , i0 2
1
2
i
i
解 设空气、水和玻璃的折射率分别为 n2 1.33 和 n3 1.5 , n1 1 、 水面反射的光是完全偏振光,
i 90
i
n3
n1 n2
i
i
由图中的几何关系,
i 90, 90
i
考虑空气中的入射光和水中的折射光, 根据折射定律 i
n1 sin i n2 sin
n1 sin sin i n2 n1 n1 sin(90 ) cos n2 n2
n3
n1 n2
i
n1 1 1 36.94 tan , arctan n2 1.33 1.33
即反射光与折射光垂直.
i0
n1 n2 n1 n2
n1 n2
例 7.12 如图所示, 一束自然光从空气 中以入射角 i 入射到 i 折射率为1.33的水面 n n 上时, 反射光为线偏 i n 振光. 在水中有一折 射率为1.5的玻璃片, 如要使进入水中的折 射光受到玻璃的反射时反射光也成为线偏 振光, 求水平面与玻璃片之间的夹角 .
大学物理《光的偏振、衍射》习题课课件
( AC BD) (a b)(sin sin ) k (2).
水平线下方的角度取负号即可。
11
6. 以波长为 = 500 nm (1 nm = 10-9 m)的单色平行光斜入射在光栅常数为
d = 2.10 mm、缝宽为a = 0.700 mm的光栅上，入射角为i = 30.0°，求能看
成的半波带数目为
(A) 2 个． (B) 4 个． (C) 6 个． (D) 8 个．
答案：(B)
根据半波带法讨论，单缝处波阵面可分成的半波带数
目取决于asin 的大小，本题中
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a 4, 300.
a sin 2 4 ,
2
满足单缝衍射暗条纹的公式： a sin 2k , (k 1,2...)
到哪几级光谱线．
解：(1) 斜入射时的光栅方程
光栅 透镜
屏
G L2
C
d sin i
d sin d sin i k k = 0，±1，±2，…n
第k 级谱线
n
i
分析在900 < < 900 之间，可呈现的主极大：
i = 30°，设 = 90°， k = kmax1，则有
d sin
kmax1 (d / )(sin 90 d sin 30) 2.10
解： a b 1 mm 3.33μm 300
(1) (a + b) siny =k， ∴ k= (a + b) sin24.46°= 1.38 mm
∵ R=0.63─0.76 mm， B＝0.43─0.49 mm，第二级开始会有谱线重叠。
对于红光，取k=2 , 则 R=0.69 mm； 对于蓝光，取k=3, 则 B=0.46 mm.
大学物理波动光学知识点总结.doc
大学物理波动光学知识点总结.doc波动光学是物理学中的重要分支，涉及到光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
作为大学物理中的一门必修课程，波动光学是大学物理知识体系重要的组成部分。
以下是相关的知识点总结：1. 光的波动性光可以被看作是一种电磁波。
根据电磁波的性质，光具有波动性，即能够表现出干涉、衍射等现象。
光的波长决定了其在物质中能否传播和被发现。
2. 光的反射光在与物体接触时会发生反射。
根据反射定律，发射角等于入射角。
反射给人们带来很多视觉上的感受和体验，如反光镜、镜子等。
当光从一种介质向另一种介质传播时，光的速度和方向都会发生改变，这个现象称为折射。
光在空气、玻璃、水等介质中的折射现象被广泛应用到光学、通信等领域中。
4. 光的干涉当两束光相遇时，它们会相互干涉，产生干涉条纹。
这是因为两束光的干涉条件不同，它们之间产生了相位差，导致干涉现象。
干涉可以分为光程干涉和振幅干涉。
光经过狭缝或小孔时，其波动性会导致光将会分散成多个波阵面。
这种现象称为衍射。
衍射可以改变光的方向和能量分布，被广泛应用于成像和光谱分析等领域。
6. 偏振偏振是光波沿着一个方向振动的现象，产生偏振的方式可以通过折射、反射、散射等途径实现。
光的偏振性质在光学通信、材料研究等领域有着广泛的应用。
总结波动光学是大学物理学知识体系不可或缺的一部分，它涉及到光的波动性、光的反射、折射、干涉、衍射等现象。
对于工程、光学、材料等领域的学生和研究者来说，深入了解波动光学的基本原理和理论，都有助于提高知识和技术水平。
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。
(完整word)大学物理教案 光的干涉、衍射与偏振
教学目标 掌握惠更斯-菲涅耳原理；波的干涉、衍射和偏振的特性,了解光弹性效应、电光效应和磁光效应。
掌握相位差、光程差的计算,会使用半波带法、矢量法等方法计算薄膜干涉、双缝干涉、圆孔干涉、光栅衍射。
掌握光的偏振特性、马吕斯定律和布儒斯特定律，知道起偏、检偏和各种偏振光。
教学难点 各种干涉和衍射的物理量的计算。
第十三章 光的干涉一、光线、光波、光子在历史上，光学先后被看成“光线"、“光波”和“光子”，它们各自满足一定的规律或方程，比如光线的传输满足费马原理，传统光学仪器都是根据光线光学的理论设计的。
当光学系统所包含的所有元件尺寸远大于光波长时(p k =)，光的波动性就难以显现，在这种情况下,光可以看成“光线”，称为光线光学,。
光线传输的定律可以用几何学的语言表述，故光线光学又称为几何光学。
光波的传输满足麦克斯韦方程组，光子则满足量子力学的有关原理。
让电磁波的波长趋于零,波动光学就转化为光线光学，把电磁波量子化，波动光学就转化为量子光学。
二、费马原理光线将沿着两点之间的光程为极值的路线传播，即(,,)0QPn x y z ds δ=⎰三、光的干涉光矢量（电场强度矢量E )满足干涉条件的，称为干涉光。
类似于机械波的干涉，光的干涉满足:222010*********cos()r r E E E E E ϕϕ=++-1020212cos()r r E E ϕϕ-称为干涉项,光强与光矢量振幅的平方成正比，所以上式可改写为:12I I I =++(1—1）与机械波一样，只有相干电磁波的叠加才有简单、稳定的结果，对非干涉光有：1221,cos()0r r I I I ϕϕ=+-=四、相干光的研究方法（一)、光程差法两列或多列相干波相遇，在干涉处叠加波的强度由在此相遇的各个相干波的相位和场强决定。
能够产生干涉现象的最大波程差称为相干长度(coherence length ）。
设光在真空中和在介质中的速度和波长分别为,c λ和,n v λ，则,n c v νλνλ==，两式相除得n vcλλ=，定义介质的折射率为： c n v=得 n nλλ=可见，一定频率的光在折射率为n 的介质中传播时波长变短，为真空中波长的1n倍.光程定义为光波在前进的几何路程d 与光在其中传播的介质折射率n 的乘积nd .则光程差为(1)nd d n d δ=-=-由光程差容易计算两列波的相位差为21212r r δϕϕϕϕϕπλ∆=-=-- （1—2)1ϕ和2ϕ是两个相干光源发出的光的初相。
第15章 光的偏振 - 1
纵波 u
x u
x
E
对传播方 向不对称
对传播方 向对称
横波有偏振现象，纵波无偏振问题 机械横波与纵波的区别
二、光的偏振态
自然光 光 偏振光
线（平面）偏振光 ② 完全偏振光 椭圆偏振光 ④ 圆偏振光 ⑤
①
部分偏振光 ③
1、自然光：普通光源发光，包含各个方向的光矢 量；
每个光波列：横波——偏振光
一束光：由于光振动方向的随机性，统计结果显 示，各种取向的光矢量振幅相等。 光矢量对传播方向均匀对称分布——非偏振
正交分解
Ix=Iy=I0/2
I0
符号表示
自然光以两互相垂直的互为独立的（无确定的相 位关系）振幅相等的光振动表示，并各具有一半
1 tan n玻
i0
折射光：近似线偏振光(∥) (垂直振动成分一次次被反
射掉)
应用：利用偏振片过滤镜面反射光
反射光为部分偏振光 或者完全线偏振光
加偏振片消除了 反射光的干扰
未使用偏振片
使用偏振片 照相机与镜面 成任意角度
使用偏振片 照相机与镜面 成布儒斯特角
试比较起偏角与全反射临界角 条件 关系式 现象
I0
P1
I1 P2
偏振光
I2
偏振光
2、自然光通
过偏振片后变 为线偏振光， 称为起偏
自然光 起偏
检偏 3、利用偏振片检验光线的偏振化程度，称为检偏
I0
I0/2
I0/2
光强最强
光强最弱
I0
I0/2
——消光
自然光通过旋转的检偏器，光强不变。
线偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化，有消光现象
大学物理课件光学
当X射线或γ射线与物质相互作用时，光子将部分能量转移 给电子，使电子获得动能并从原子中逸出。康普顿效应进 一步证实了光的粒子性。
02
光的干涉现象及应用
双缝干涉实验及原理
双缝干涉实验装置与步骤
介绍双缝干涉实验的基本装置，包括 光源、双缝、屏幕等，以及实验的操 作步骤。
双缝干涉现象观察
双缝干涉原理分析
光的偏振现象
横波特有的现象，纵波不发生偏振。 光的偏振证明了光是一种横波。
光的量子性描述
光子概念
光是由一份份不连续的能量子组成的，每一份能量子称为 一个光子。光子具有能量ε=hν和动量p=h/λ，其中h为普 朗克常量，ν为光的频率，λ为光的波长。
光电效应 当光照在金属表面时，金属中的电子会吸收光子的能量并 从金属表面逸出，形成光电流。光电效应实验证明了光的 量子性。
大学物理课件光学
目录
• 光学基本概念与理论 • 光的干涉现象及应用 • 光的衍射现象及应用 • 光的偏振现象及应用 • 现代光学技术与发展趋势 • 实验方法与技巧
01
光学基本概念与理论
光的本质和特性
01 光是一种电磁波
光具有波粒二象性，既可以表现为波动性质，也 可以表现为粒子性质。
02 光速不变原理
偏振光
光振动在某一特定方向的光，在垂直于传播方向的平面 上，只沿某个特定方向振动。
马吕斯定律和布儒斯特角
马吕斯定律
描述线偏振光通过检偏器后透射光强与检偏器透振方向夹角的关系，即透射光强与夹角的余弦值的平方成正比。
布儒斯特角
当自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于 平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。当入射角满足某种条件时，反射光中垂直振动的光完全消失，只剩 下平行振动的光，这种光是线偏振光，而此时的入射角叫做布儒斯特角。
偏振光的原理及应用
大
1/4波片转过的角度（°） 0
学物理实验
使检偏器P2转过360时观察到 的光强变化
透过1/4波片的光的偏振态
15
30
45
60
75
90
大学物理实验
v
E
二互相垂直方向是任选的。
符号表示
大学物理实验
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 偏振光 .
符号表示
大学物理实验
偏振光（平面偏振光、线偏振光、完全偏振光） 光振动只沿某一固定方向的光 .
符号表示
椭圆偏振光
大学物理实验
圆偏振光
大学物理实验
线偏振光、圆偏振光都是椭圆偏振光在特殊情况下的表示
大学物理实验
四、移相器件-波片和圆偏振光、椭圆偏振光的产生
波晶体中还存在一个特定的方向，当光从这个方向上进入材料时不会分成两束，符合一般的折射 定律，这个特殊的方向就是材料的光轴方向。
在晶片中，o光与e光传播方向相同，由于传播速度不同，经过厚度为d的晶片后，o光与e光之间
将产生位相差
2 o
2
实验仪器
大学物理实验
光学实验导轨、二维可调半导体激光器、激光功率指示计、偏振片、1/4波片、 白屏
实验内容
大学物理实验
1. 起偏与检偏 观察起偏器与检偏器的偏振化方向变化时光斑强度的变化
2. 验证马吕斯定律
记录起偏器与检偏器的偏振化方向夹角每变化10 时
o
光斑强度的变化，并作图。
3.用1/4波片产生圆偏振光与椭圆偏振光
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大学物理基础知识光的偏振与光的介质
光是一种电磁波，它具有特定的波长和频率。
然而，光波并不是在
一个固定的方向上振动的，它可以在不同的方向上振动。
这与光的偏
振性质有关。
在光的传播过程中，光波的振动方向可以沿着任意方向，也可以分解为两个垂直方向上的振动。
本文将探讨光的偏振及其与光
的介质之间的关系。
一、光的偏振
光的偏振是指光波振动方向的特性。
根据振动方向与光传播方向之
间的关系，光的偏振可以分为不同类型。
1. 线偏振
线偏振是指光波振动方向沿着直线的偏振。
当光波的振动方向沿着
一个特定的方向时，我们称之为线偏振。
线偏振可以进一步细分为水
平偏振和垂直偏振两种类型。
2. 圆偏振
圆偏振是指光波振动方向按照圆周轨道进行偏振。
在圆偏振的情况下，光波振动方向绕着传播方向旋转。
3. 椭偏振
椭偏振是指光波振动方向按照椭圆轨道进行偏振。
椭偏振是线偏振
和圆偏振的组合，振动方向在垂直于传播方向的平面上形成一个椭圆。
二、光的介质
光的介质指的是光传播的媒介，包括空气、水、玻璃等物质。
光在不同介质中的传播速度和偏振性质都会发生变化。
1. 光在介质中的传播速度
电磁波在介质中的传播速度会发生变化，这是由于介质中的原子和分子与电场的相互作用导致的。
根据电磁波理论，光在真空中的速度为光速，即约为3.0×10^8米每秒。
然而，在不同介质中，光的传播速度会降低。
这是因为介质中的原子和分子对电场的响应时间较慢，导致传播速度减小。
2. 光的偏振性质在介质中的变化
光的偏振性质在介质中也会发生变化。
根据介质的性质，光的偏振方向可能会旋转或发生偏移。
2.1 法布里-珀罗兹法则
光在介质中的传播受到介质的吸收、散射和折射等因素的影响，其偏振方向可能发生改变。
根据法布里-珀罗兹法则，当光从一个介质射入另一个介质时，入射角、折射角和偏振方向之间存在特定的关系。
这一定律为解释光在介质中的偏振性质提供了基础。
2.2 偏振介质和非偏振介质
介质可以分为偏振介质和非偏振介质两种类型。
偏振介质具有选择性地吸收或透射特定方向上的振动光，而非偏振介质对所有方向上的光都具有相同的吸收或透射能力。
三、光的偏振与光的介质之间的关系
光的偏振与光的介质之间密切相关。
不同介质对光的偏振性质有不同的影响。
1. 介质对光的偏振性质的影响
介质中的原子和分子结构可以通过吸收、散射和折射等方式对光的偏振性质产生影响。
例如，某些介质可以选择性地吸收或透射特定偏振方向的光，这就是光偏振的产生和选择性吸收。
2. 偏振光在介质中的传播
偏振光在介质中的传播路径也会受到介质本身的制约。
在不同介质中，偏振光的传播速度和传播方向可能会发生改变。
这是由于介质的光学性质和电磁波与介质原子和分子的相互作用产生的。
3. 偏振滤波器
偏振滤波器是一种可以选择特定偏振方向的光通过的光学器件。
它们通常由偏振材料制成，可以根据不同的偏振方向选择性地透过或屏蔽光。
偏振滤波器在光学、通信和光学仪器等领域有广泛的应用。
结论
光的偏振与光的介质密不可分，介质对光的偏振性质有重要影响。
了解光的偏振及其与光的介质之间的关系，对于深入理解光的性质和其在应用中的作用具有重要意义。
通过对光的偏振与光的介质之间关
系的研究，能够为光学器件和光学技术的发展提供理论支持和实验基础。