反射光和折射光的偏振
光的偏振,反射和折射产生偏振和双折射现象
椭圆偏振光
线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的光振动均可分解为两个相互垂直
同频率相差恒定线偏振光振动的合成 x = A1 coswt y = A2 cos(wt + Dj )
对线偏振光，刚入射时相差为 Dji = π 或 0
垂直入射波晶片后，分解为振动方向相互垂直的 o 光和 e 光，取 x 轴方
向为 o 光振动方向，y 轴方向为 e 光振动动方向
-
ne )d
波晶片分类
(no - ne )d = λ 4
(no - ne )d = λ 2 (no - ne )d = λ
Dj = π 2 Dj = π Dj = 2π
1 4 波片 半波片 全波片
Ø说明: 一定的波晶片是针对某一特定波长而言的.
26/28
波晶片可用于改变光的偏振态
？ 如 线偏振光经 1 4 波片后变为
出波片后相位差为
Dj f
=
Dji
+
2π λ
(no
-
ne )d
=
Dji
+
π 2
Dji = π
Dji = 0
Dj f
=
3π 2
1 4波片
· · ·
Dj f
=
π 2
27/28
• 波晶片对光偏振的影响:
入射光
波晶片
透射光
线偏振光 ( D j 0 = 0 ,p ) 圆偏振光 (Dj0 =p 2,-p 2) 自然光
例
14/28
n1
i · · · · ·
·
i
· ·
n2 ·
·
·
i i n1
· ···· B
· · B·
反射和折射时的偏振光布儒斯
·
tgi 1
n1 n2
·· n 2 ·· n 为偏振光。
4
例、一束自然光自空气射向一块平板玻璃，设入 射角等于布儒斯特角i0，则在界面 2 的反射光
（A）光强为零； （B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；
（C）是完全偏振光且光矢量的 振动方向平行于入射面； （D）是部分偏振光。
反射和折射时的 偏振光
1
反射与折射的偏振光
当自然光入射到媒质表 面时，反射光和折射光 都是部分偏振光。
布儒斯特定律
i
n1
布儒斯特指出，当入射角 满足：
tg i 0 n2 n1
n2
时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。
2
在满足布儒斯特定律时，反射线与折射线垂直。
证明： 由折射定律：
sin i 0 sin r0 n2 n1
i0
[ B ]
1
分析：
tgi 0 n2 n1
r
, i 0 r 90
r
2
tgr
n1 n2
如何求全反射角？ sin 全反
n1 n2
5
i0
i0
n1 n2
布儒斯特定律：
tg i 0 sin i 0 cos i 0 n2 n1
r0
有
sin r0 cos i 0
得到
i 0 r0
2
3
玻璃堆可产生较强的反射偏振光（光学玻璃反 射光强不到入射光强的10﹪）。
tgi b
i1 i 2
n2 n1
2
i0
i1
i0
光的偏振与反射现象
光的偏振与反射现象光是一种电磁波，在自然界中普遍存在，并且对人类生活产生着重大的影响。
光的偏振与反射现象是光学领域中的两个重要概念，它们帮助我们了解光的特性和行为。
一、光的偏振现象当光波沿垂直传播方向振动时，我们称其为自然光。
然而，当光波的振动呈现一定的方向性时，我们称之为偏振光。
光的偏振现象可以通过偏振片来观察和实验。
偏振片是一种能够选择特定方向的偏振光通过的光学器件。
当自然光通过偏振片时，偏振片只允许某个方向的偏振光通过，而将其他方向的光进行滤除。
这是因为偏振片内部存在着一些纹理结构，只有与纹理结构平行的光波才能通过。
光的偏振现象在自然界中广泛存在。
例如，水平面上的阳光可以被偏振为垂直于水平面的方向，这就是人们常见的偏振太阳眼镜的原理。
此外，光的偏振现象还在光学仪器、通信领域以及生物体内的细胞组织等方面有着重要的应用。
二、光的反射现象反射是光波遇到边界或界面时发生的一种现象。
当光波从一种介质进入另一种介质时，会发生光的反射。
反射光的方向和入射光的方向、介质的折射率以及入射角之间存在一定的关系。
根据该关系，我们可以得出著名的斯涅尔定律，即入射角、折射角和两个介质的折射率之间的正弦比为常数。
这个常数被称为光的折射定律。
反射现象不仅发生在平滑的表面上，也会发生在粗糙的表面上。
当我们看到物体的颜色时，实际上是因为物体吸收了一部分光线，而剩余的光线被反射出来。
反射光受物体表面的不同特性影响，有时会出现漫反射或镜面反射。
光的反射现象在生活中随处可见。
我们可以通过反射现象来观察自己的形象，如镜子中的倒像就是由于光的镜面反射产生的。
三、光的偏振与反射现象的关系光的偏振和反射现象有着密切的关系。
在光波从一种媒介到另一种媒介的反射中，光波的振动方向会发生改变，并且偏振状态也可能发生变化。
根据入射光的偏振方式和反射光的偏振方式，我们可以分为两种情况。
首先是当入射光为自然光时，反射光同样为自然光。
这是因为自然光中包含了所有方向的振动，无论如何改变反射光的入射角度，反射光总是保持着自然光的偏振方式。
探讨偏振光的反射和折射问题
探讨偏振光的反射和折射问题摘要本文介绍了几种不同种类偏振光的特征以及它们在介质界面的反射与折射现象。
利用菲涅耳公式具体分析反射光和折射光的偏振状态,得出反射光的偏振状态与介质折射率、入射光的偏振态及入射角有关,折射光的偏振态与界面折射无关的结论,这有利于我们分析电磁波在自由空间或有限区域的传播特性,从而掌握整个电磁波的传播规律。
关键词偏振光;反射;折射0 引言1809年马吕斯(E·L·Malus)发现了反射光的偏振现象。
光的电磁理论建立以后,我们才进一步认识到在自由空间传播的光波是一种纯粹的横波,其电矢量和磁矢量都垂直于光的传播方向。
纵波的振动方向与波的传播方向一致,因此纵波具有轴对称性,即从垂直波传播方向的各个方向与观察纵波情况完全相同。
而横波对于传播方向的轴来说不具备对称性。
这种不对称性叫做偏振[2]。
只有横波才具备偏振的性质。
反射光和折射光的偏振现象是光学中的重要内容。
1 偏振光及其分类光的横波性表现为振动的不对称性,称光波的偏振态。
光波的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
1.1 自然光光源发出的光波不是偏振光,因原子分子发出的光波不是无限长的连绵不断的简谐波,而是一些断断续续的波列,每一波列持续时间在10-8s以下,波列间没有固定的相位关系,而且振动方向是无规的,这种光称自然光。
对于自然光Imax=Imin,P=0。
1.2 部分偏振光介于自然光和偏振光之间,可看作两个振动方向相互垂直、振幅不等的线偏振光,没有固定的相位关系。
为了定量区分,定义光的偏振度P=(ImaxImin分别是与最大振幅和最小振幅相应的光强)。
1.3 (直线)平面偏振光如果光振动矢量保持在一个平面内,如光沿y轴方向传播,光振动矢量沿Z轴,并且发生在yoz平面内,这叫(直线)平面偏振光,简称偏振光。
1.4 圆偏振光1)固定空间一点来看,每一点光矢量随时间匀速旋转,矢量长度不变,端点描绘成一个圆,光矢量旋转的频率为v;2)固定一时刻来看,空间各点的光矢量排列在一条螺旋线上;3)随时间推移,波形(螺旋线)向前传播,在传播方向上各点相位越来越落后。
反射光和折射光的偏振
一.现象
自然光经界面反射和折射，反射光和折射光变为 部分偏振光，反射光中以振动方向垂直于入射面的为 主，折射光中以振动方向平行于入射面的为主（即在 入射面内）：
这一现象是马吕
n1
斯于1808年发现
n2
的。
ii
n1
r
sin i0 n2
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cosi0
cosi0
sin
cos(π 2
)
i0
2
不同入射角，反射光和折射光的偏振方向
2020/8/17
6
i0 i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻
璃
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 .
cot i0
n1 n2
tan(π 2
i0 )
tan
7
讨论 （1）讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
i0
i0
i
Hale Waihona Puke ii8例1 在下图中，以线偏振光或自然光入射于界面时，问折射光 和反射光各属于什么性质的光，并在图中所示的折射光线和反射 光线上用点和短线把其振动方向表示出来：图中
i0 arctgn i i0
振动20。20/8即/17 应选（A）。
10
例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？
空气
n1 i0 i0
1
n2
反射光和折射光的偏振
例 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角
为布儒斯特角 i 0 ，问 在界面 2 的反射光是什么光？
n1 i0 i0
n2
玻璃
空气
1 2
注意：一次 起偏垂直入射面 的振动仅很小部 分被反射（约 15%）所以反射 偏振光很弱 。一 般应用玻璃片堆
产生偏振光
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 n 2 介 质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角 .
tan i0
n2 n1
coi0tn n . 1 2taπ 2 n(i0)tan
注意 对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占入
射光强度的7.5% , 大部分光将透过玻璃.
利用玻璃片堆产生线偏振光
i0
.
讨论 讨论下列光线的反射和折射（起偏角 i 0 ）.
ii
n1
空气
n2
玻璃
ห้องสมุดไป่ตู้光反射与折射时的偏振
入射面 入射光线和法 线所成的平面 .
反射光 部分偏振光 ， 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，平行于入射面的振动大 于垂直于入射面的振动 .
理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入射角有关 .
.
布儒斯特定律（1812年）
i0 i0
.
i0
i0
i0
i
i
i
.
讨论 如图的装置 p1,p2,pp ,'为偏振片，
问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？
p2 s1 p ' s
p2
p
p'
45 p 1
p p1 s2
1）去掉 p, p ' 保留 p1, p2 无（两振动互相垂直）
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：
反射光为线偏振光
01 反射和折射时光的偏振
反 射
1 反射和折射光的偏振
产 生
2 布儒斯特定律
的
偏
振
01 反射和折射时光的偏振 1 反射和折射时光的偏振
—— 自然光在各向同性的 两种介质表面反射和折射 光传播方向和偏振态变化
—— 反射光和折射光均为部分偏振光 当反射光与折射光的方向垂直时，反射光为线偏振光
2 布儒斯特定律
玻璃堆起偏
作业：单元十
—— 当反射光与折射光的夹角为900时 i0 900
—— 反射光900
应用折射定律 n1sini0n2sin
n1sini0n2sin(900i0)
tan i0
n2 n1
i 0 —— 布儒斯特入射角
布儒斯特定律的应用 —— 激光谐振腔、偏振光的输出 以及偏振光的获得
若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成 45度角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免 汽车会车时灯光的晃眼
这种说法可行吗？
3 玻璃堆起偏 在布儒斯特角入射时获得的反射偏振光强度较弱 较强的折射光是部分偏振光
—— 把许多相互平行的玻璃片组装在一起形成玻璃堆 —— 最后反射光和出射光均为偏振光
反射光和折射光的偏振课件
斯涅尔定律描述了入射角和折射角之间的关系，而菲涅尔公式则描述了
折射过程中光矢量的变化。
折射光偏振的特性
偏振态的变化
折射光偏振的特性之一是，随着入射角的变化，其偏振态 也会发生变化。当入射角增大时，折射光的偏振程度通常 会增加。
介质的影响
不同介质的折射率不同，因此当光线从一种介质进入另一 种介质时，其偏振状态也会发生变化。这种变化取决于两 种介质的折射率偏振光进行信号传输 ，提高通信速度和安全性 。
光学传感
利用偏振光检测物理量， 如压力、温度、磁场等。
光学存储
利用偏振光进行高密度信 息存储，提高存储容量和 可靠性。
偏振光在医疗领域的应用
医学成像
利用偏振光进行医学影像 获取，提高诊断准确性和 可靠性。
光学治疗
利用偏振光进行肿瘤治疗 、疼痛缓解等，提高治疗 效果。
偏振光的重要性
• 光的偏振是光学研究的重要内容之一，对于深入理解光学现象和光学系统的性能具有重要意义。掌握光的偏振特性有助于 更好地应用光学技术，推动相关领域的发展。
02
反射光的偏振
反射光偏振的原理
反射光偏振原理
当光在界面上发生反射时，其电 矢量在反射面上的分矢量可能会 发生偏振，这种现象称为反射光
太阳镜和眼镜
偏振太阳镜
偏振太阳镜可以消除反射光和眩光，减少眼睛疲劳和不适感，保护眼睛免受紫 外线和蓝光的伤害。
偏振眼镜
在一些特殊的工作环境中，如驾驶、钓鱼等，偏振眼镜可以消除反射光和眩光 ，提高视觉清晰度和舒适度，从而提高工作效率和安全性。
05
偏振光的未来发展
偏振光在科技领域的应用
01
02
03
导致光的偏振。这种变化取决于入射角、折射角以及两种介质的折射率
反射和折射的偏振特性
部分偏振光
部分偏振光
垂直板面的光振动较强
部分偏振光的分解
平行板面的光振动较强
完全偏振光
向 传播方
面 振 动
面对光的传播方向看
光振动垂直板面
光振动平行板面
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
线偏振光
.
. . . .
Wr 2 Wt n2 cos 2 2 t R = =r ; T = Wi n1 cos 1 Wi
1）自然光的反射、折射特性 根据前面有关反射率和折射率的讨论，在不同入射角 的情况下，自然光的反射、折射和偏振特性如下： ①自然光正入射（1= 00）和掠入射界面（1 900） 时，
自然光反射率的变化规律为： (ⅲ)当1=B时，由于Rp=0，Pr=l，所以反射光为完全 偏振光。例如，光由空气射向玻璃时，布儒斯持角为
n2 B = arctan =560 40 n1
由反射率公式可得 Rs=15％，因此，反射光强
1 I r =Rn I i = (Rs +Rp )I i =0.075 I i 2
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
自然光
. . . .
.
检偏器
1. 偏振度
为便于研究，可将任意光矢量视为两个正交分 量（例如，s 分量和 p 分量）的组合，因此，任意 光波能量都可表示为
W Ws Wp
①在完全非偏振光中，Ws Wp ； ②在部分偏振光中， Ws Wp ； ③在完全偏振光中，或 Ws 0 或 Wp 0 。 偏振度的定义是，在部分偏振光的总强度中完全偏振 光所占的比例，即
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理论和实验证明：反射光的偏振化程度 与入射角有关 .
第十一章 反射光和折射光的偏振
布儒斯特定律 （1812年）
i0 i0
空气
n1
当
tan i0
n2 n1
时，
玻璃
n2
反射光为完全偏振光，且振动面垂直入射 面，折射光为部分偏振光．
第十一章 光学
3
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
讨论 (1)反射光和折射光互相垂直 .
sin i0 n2
sin n1
tan i0
n2 n1
sin i0 cosi0
cosi0
sin
cos(π 2
)
i0
2
第十一章 光学
4
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
i0 i0 n1
n2
玻璃
i0
n1
玻
璃
n2
(2)根据光的可逆性，当入射光以 角
11-11 反射光和折射光的偏振
空气
注意：一次
起偏垂直入射面
1 的振动仅很小部
2 分被反射（约 15%）所以反射
偏振光很弱 .一般
应用玻璃片堆产
生偏振光.
第十一章 光学
11
p p1 s2
p2
p
p'
45 p1
第十一章 光学
8
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
p2 s1 p' s
p p1 s2
p2
p
p'
p 45 1
(1)去掉 p, p'保留p1, p2 无（两振动互相垂直）
(2)去掉 p'保留 p,p1, p2 无（两振动互相垂直）
(3)去掉 p 保留 p', p1, p2 无（无恒定相位差）
第十一章 光学
6
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
讨论 讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
i0
i0
i
i
i
第十一章 光学
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物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
讨论 如图的装置 p1, p2 , p, p' 为
偏振片，入射光为自然光，问下列四种情况，
屏上有无干涉条纹？
p2 s1 p' s
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
ii
n1
空气
光反射与折 射时的偏振
n2
入射面 入射光线和
玻璃
法线所成的平面 .
反射光 部分偏振光，垂直于入射面的 振动大于平行于入射面的振动 .
第十一章 光学
1
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
折射光 部分偏振光，平行于入射面 的振动大于垂直于入射面的振动 .
从 n2 介质入射于界面时，此 角即为布儒
斯特角 .
cot i0
n1 n2
tan(π 2
i0 )
tan
第十一章 光学
5
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
注意 对于一般的光学玻璃 , 反射光的强
度约占入射光强度的7.5% , 大部分光将透过 玻璃.
利用玻璃片堆产生线偏振光 i0
(4)p1, p2 , p, p' 都保留 有
第十一章 光学
9
物理学
第五版
11-11 反射光和折射光的偏振
例 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？
空气
n1 i0 i0
1
n2
玻璃
2
第十一章 光学
10
物理学
第五版
n1 i0 i0
n2
玻璃