大学物理光的偏振与反射
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 .
大学物理第六章 波动光学(3)
178第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振一．基本要求1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用；3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象；5．了解偏振光的应用。
二．内容提要和学习指导（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得：①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。
偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。
布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。
当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射（或/2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。
一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。
其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。
另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。
o 光和e 光均是线偏振光。
o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。
光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。
在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。
利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。
2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α20cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。
②利用反射和折射偏振。
③利用偏振棱镜。
（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。
大学物理实验报告 偏振光
大学物理实验报告偏振光大学物理实验报告：偏振光引言在物理学中，光是一种电磁波，它的振动方向可以是任意的。
然而，当光通过特定的材料或经过特定的处理后，它的振动方向会被限制在一个特定的方向上，这种光称为偏振光。
偏振光在现代科技中有着广泛的应用，例如液晶显示屏、偏振墨镜等。
本次实验旨在通过实际操作和测量，深入了解偏振光的特性和相关原理。
实验一：偏振片的特性实验一旨在研究偏振片的特性。
我们使用了一束白光，通过一系列偏振片，观察光的强度变化。
首先，我们将一片偏振片放在光源前方，并调整偏振片的方向。
我们观察到，当偏振片的方向与光的振动方向垂直时，光的强度最小；而当偏振片的方向与光的振动方向平行时，光的强度最大。
这表明偏振片可以选择性地通过特定方向的光，而阻挡其他方向的光。
接下来，我们在光源后方再放置一片偏振片，并将其方向与前一片偏振片的方向垂直。
我们发现，光的强度几乎为零，无法通过第二片偏振片。
这是因为第一片偏振片已经选择性地通过了特定方向的光，而第二片偏振片的方向与通过的光垂直，导致光无法通过。
实验二：马吕斯定律的验证实验二旨在验证马吕斯定律，即光的振动方向在经过偏振片后会发生旋转。
我们使用了一束偏振光，并在光路中加入了一片旋转的偏振片。
通过调整旋转偏振片的角度，我们观察到光的强度发生了周期性的变化。
这说明光的振动方向在经过旋转偏振片后发生了旋转。
进一步实验表明，当旋转偏振片的角度为90°时，光的强度最小；而当旋转偏振片的角度为0°或180°时，光的强度最大。
这与马吕斯定律的预期结果一致。
实验三：马吕斯定律的应用实验三旨在利用马吕斯定律，实现光的偏振和解偏振。
我们使用了一束偏振光，并在光路中加入了一片旋转的偏振片。
通过调整旋转偏振片的角度，我们可以改变光的偏振方向。
然后，我们加入一片固定方向的偏振片，将光通过。
我们观察到，当旋转偏振片的角度与固定偏振片的方向垂直时，光无法通过；而当旋转偏振片的角度与固定偏振片的方向平行时，光可以通过。
大学物理 11.8 光的偏振
机械横波与纵波的区别
光的干涉、衍射 . 光的偏振 .
机 械 波 穿 过 狭 缝
11.8 光的偏振
一、光的偏振态
偏振: 波的振动方向相对传播方向的不对称性。 E
0
H
v
光的偏振态: 光矢量在与光传播方向垂直的 平面内的振动状态。
自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光
1、自然光（非偏振光） 自然光在垂直其传播方向 的平面内，沿各方向振动的光 矢量都有，各方向的光矢量振 动方向和初相位是无规则随机 分布的，各方向上光矢量分布 均匀，而且各方向光矢量的振 幅也都相同，没有哪个方向上 的光矢量振动更占优势。 一般光源发出的光都是自然光.
π cos i0 sin cos( ) 2
sin i0 n2 sin n1
n2 sin i0 tan i0 n1 cos i0
i0
2
光的偏振
i0 i0
玻璃
n1 n2
i0
玻璃
n1 n2
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
v
E
符号表示
可以用任意两个相互垂直且等幅的振动来表示，它们 是所有各个方向上的振动在这两个垂直方向上投影的 结果。
2、线偏振光（平面偏振光） 在垂直于光传播方向的平面内，光矢量只沿着一个固定 的方向振动。
光矢量的振动方向与光的传播方向所确定的平面称为振动面
E
振动面
符号表示
v
3、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 符号表示
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关。 英国物理学家布儒斯特发现，当自然光的入射角满足 一定条件时，反射光为线偏振光。
大学物理光的偏振原理与反射定律分析
大学物理光的偏振原理与反射定律分析在大学物理中，光的偏振原理与反射定律是重要的概念，它们能够帮助我们理解光的传播与反射现象。
本文将对光的偏振原理与反射定律进行详细分析。
一、光的偏振原理光是一种电磁波，其电场和磁场都是按照垂直于传播方向的波动。
光的偏振是指电场矢量在特定方向上的振动，而非在所有方向上都振动。
光的偏振现象可以通过偏振片来观察和分析。
1.1 偏振片偏振片是一种能够选择性通过特定方向光振动的光学元件。
它可以将非偏振光转化为偏振光，或者将偏振光按照特定方式进行过滤。
偏振片的主要原理是根据振动方向来选择性地吸收或通过光的电场振动分量。
1.2 光的偏振方向光的偏振方向是指光的电场矢量振动的方向。
在垂直于传播方向上观察光时，如果电场矢量沿着一个确定的方向振动，则我们称之为线偏振光。
若电场矢量沿不同方向变化，则称之为非偏振光。
1.3 偏振的产生光的偏振可以通过吸收、散射和干涉等现象产生。
例如，当光线穿过介质时，根据介质的性质，光的特定方向振动的分量会被吸收或散射，从而导致光的偏振。
二、反射定律在光的传播中，反射是一种常见的现象。
反射定律描述了光线在界面上反射时的行为与规律。
2.1 入射角与反射角当一束光线从一种介质射入到另一种介质时，光线会在界面上发生反射。
入射角是光线与法线的夹角，而反射角是反射光线与法线的夹角。
根据反射定律，入射角与反射角之间的关系为：入射角等于反射角。
2.2 法线与界面在反射现象中，法线是垂直于界面的一条直线。
光线入射到界面上时，根据反射定律，反射光线与法线的夹角等于入射光线与法线的夹角。
2.3 界面的性质界面的性质对反射光线的行为有重要影响。
界面的光学特性包括折射率和反射率等。
折射率是介质对光传播速度的影响程度，而反射率则是界面上光的反射强度。
三、光的偏振与反射定律的应用光的偏振原理与反射定律在科学研究和实际应用中有广泛的应用价值。
3.1 光学仪器和装置光的偏振与反射定律的应用在许多光学仪器和装置中具有重要作用，如偏振镜、偏振显微镜、晶体和偏振片等。
光的偏振性 反射和折射光的偏振 东北大学 大学物理
线偏振光
n1 · ·· iB iB ····
n2
rB ·
起偏角
tg iB
n2 n1
n1 sin iB
n2 cos iB
sinrB cos iB
n1 sin iB n2 sin rB
iB +rB / 2
一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特
角i0 ,问 在界面 2 的反射光是什么光？
第十讲 光的偏振性 反射和折射光的偏振
一、 光的偏振性
电磁波是横波
E
V
H
偏振性：振动方向对于传播方向的不对称性
只有横波才有偏振现象:是区别于纵波的明显标志
1、自然光
在垂直光的传播方向的平面里，将光矢量向任意两 个互相垂直的方向分解。
自然光图示法
没有优势方向
自然光的分解
2、线偏振光(完全偏振光)：光矢量始终沿一个方向振动的光
I1
1 2
I0
p3
p1
p2
p3
I0
p1
I1
p2
I2 p3
I3
I3
1 8
I0
sin 2
2
I2
I1 cos2
I0 cos2
2
I3
I2
cos2 (π 2
)
I0
p1
I1
1 2
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
若
在 0 ~ 2π 间变化，I 3 如何变化？
I3
1 8
I0
sin 2
平行纸面的光振动较强 垂直纸面的光振动较强
振动面：电矢量与传播方向所构成的平面称为振动面
光的偏振性的图示法：
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
Ix
Iy
1 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,
平面偏振光 完全偏振光
E v
振动面
3.部分偏振光
3
某一方向的光振动比与其垂直方向上的 光振动占优势的光,称为部分偏振光,
4.椭圆偏振光和圆偏振光
频率相同,振动方向互相垂直,且有固定 相位差的两列线偏振光的合振动,
xAxcos(t1) yAycos(t2)
满足椭圆方程,合成椭圆偏振光
x2 Ax2
A y2y2
2 xy cossin2
d 晶体厚度 晶体的旋光度 率
2 液体: d
溶液浓度 旋光率
左旋
24
右旋
2 磁致旋光
VlB
l : 样品长度 B : 磁场 V : 费尔德常数
偏振总结
25
1.起偏方法 吸收起偏,反射,折射,晶体双折射
2.检偏方法
3.马吕斯定律 I I0 cos2
4.布儒斯特定律
tg i0
n2 n1
i0 900
产生附加相位差,
通过第二片偏振片后O光和e光是相干光,合成光强为
IA 2 2A o 2 2A e 2 2 2 A 0 2A e2c o s(2)
1
3 6
I0
29
例3. 用方解石晶体 负晶体 切成一个截面为正三角形的棱镜, 光轴方向如图,若自然光以入射角 i 入射并产生双折射,试 定性地分别画出 o 光和 e 光的光路及振动方向,
大学物理02反射和折射时的偏振光布儒斯特定律
i
n1 n2
折射光中振动方向平行入射面的成分比垂直于入射 面的成分占优势；
二、布儒斯特定律
光从折射率为 n1 的介质射向折射率为 n2 的介质时， 当入射角满足: n2
t gib
n1
2
反射光就变为振动方向垂直 于入射面的完全偏振光。而 折射光仍为部分偏振光。
ib
ib
n1 n2
ib 称为布儒斯特角
Байду номын сангаас
4
理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自 然光总能量的7.4%，而约占85%的垂直分量和全部 平行分量都折射到玻璃中。 为了获得强度较大的线偏振光，可采用玻璃片堆 的办法。一束自然光以起偏角56.30入射到20层平板 玻璃上， ib ib 在玻璃片下表面处的 反射，其入射33.70也正 是光从玻璃射向空气的 起偏振角，所以反射光 仍是垂直于入射面振动 的偏振光。如图：
1）当入射角为布儒斯特角时，反射光为振动方向垂 直入射面的线偏振光，而折射光仍为振动方向平行 于入射面的成分占优势的部分偏振光。 这是因为反射光线很弱，光强达不到自然光的一半。 2）要注意布儒斯特角与全反射角的区别： 两者条件不同。全反射时对n1 、 n2 有要求； 而布儒斯特角无此要求； 入射角大于全反射角时都会发生全反射，但只有入 射角为布儒斯特角时反射光才是完全线偏振光。
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布儒斯特定律
1
一、反射和折射的偏振光
当自然光入射到介质表面时，反 射光和折射光都是部分偏振光。 反射光中振动方向垂直入 射面的成分比平行于入射面 的成分占优势；
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大学物理光的偏振与反射
光是一种波动现象，具有振动方向的特性，称为偏振。
光的偏振与反射是大学物理中一个重要的概念。
本文将就光的偏振与反射的原理和应用进行探讨。
一、光的偏振原理
1.1 光波的横波性质
光是一种电磁波，具有横波性质。
横波的振动方向垂直于波的传播方向。
这使得光具有受到偏振的可能性。
1.2 光的振动方向
光波的振动方向可以在任意平面内。
我们可以将光波的振动方向与平面垂直的方向定义为s方向，与平面平行的方向定义为p方向。
在光的偏振中，通常关注s和p方向的振动。
1.3 偏振器
偏振器是一种能够选择性地传递或阻挡某个方向偏振光的器件。
常见的偏振器有偏振片和偏振板。
二、光的反射与偏振
2.1 反射光的偏振
当光在介质表面发生反射时，反射光的振动方向将与入射光发生改变。
反射光中的振动方向决定了光的偏振状态。
2.2 垂直入射光的偏振
当光垂直入射时，反射光在平面上产生偏振。
这种偏振状态称为s 偏振，它的振动方向与入射光垂直。
2.3 斜入射光的偏振
当光斜入射时，反射光在平面上产生两种偏振：s偏振和p偏振。
s 偏振的振动方向与入射光垂直，p偏振的振动方向与入射光平行。
三、光的偏振应用
3.1 偏振片的应用
偏振片广泛应用于光学仪器和光电子设备中，如液晶显示器和偏振镜等。
通过调节偏振片的角度，可以改变光的偏振状态，实现液晶显示器的图像显示和光强的控制。
3.2 光的偏振与3D技术
光的偏振在3D技术中也起到重要作用。
通过使用偏振器将左右眼所看到的图像分别偏振处理，然后戴上对应的偏振眼镜，左右眼只接收到对应偏振方向的图像，从而产生立体感。
3.3 光的偏振与天文观测
光的偏振在天文观测中有着广泛的应用。
通过检测天体的偏振光，可以获取关于恒星、行星和星系等天体的重要信息，如它们的物质构成、磁场性质等，有助于天文学家深入研究宇宙的奥秘。
总结：
光的偏振与反射是大学物理光学中的重要概念。
光的偏振是由光波的横波性质和振动方向决定的，可以通过偏振器选择性地传递或阻挡某个方向的偏振光。
光在反射时，会发生偏振现象，不同入射角度下形成的反射光偏振状态不同。
光的偏振应用广泛，包括液晶显示器、3D技术和天文观测等领域。
通过深入理解光的偏振与反射，我们可以更好地应用光学原理，推动科学技术的发展。