9反射和折射时的偏振光布儒斯特定律
大学物理——光的偏振
光轴
B
方解石晶体的光轴
主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成的平面。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
o光的振动方向垂直于o光的主平面。
e光的振动方向平行于e光的主平面。 晶体主截面：晶面法线与晶体光轴构成的平面。
当入射光线在晶体主截面内时，o光和e光的主平
面与晶体主截面重合，这时o光和e光的振动方向
布儒斯特发现：当入射角等于某一特定值i0时， 反射光是振动方向垂直于入射面的线偏振光。
且反射光传播方向与折射光传播方向垂直。
n1
sin i0
n2 tg i0
sinnr20 n1
n2 cos n21
i0
i0 r0 2
布儒斯特定律
自然光
i0 i0
线偏振光
n1
r0
n2 i0
部分偏振光
出射光为偏振光e光。
六. 波片 椭圆偏振光和圆偏振光的获得
波片(波晶片)： 光轴平行表面的晶体薄片。
C 光轴 P1
S. . . .
晶面
o 光轴 d e
d
y
光轴
x
P
Ae
λ
A
线偏振光
Ao
光轴 d
振幅关系
Ae Acos Ao Asin
通过厚为d的晶片，o光、e光产生光程差和相位差：
光矢量端点的运动轨迹是圆。
椭圆偏振光：光振动方向和幅度都随时间变化 光矢量端点的运动轨迹是椭圆。
迎着光传播方向看，光矢量端点沿逆时针 方向旋转的称为左旋偏振光；沿顺时针方向旋 转的称为右旋偏振光。
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 .
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特定律课件
5. 重复实验
改变入射光的偏振方向，重复 上述步骤，以获得多组数据。
实验结果与数据分析
数据整理
将测量数据整理成表格，列出 不同入射偏振方向下的反射和
折射光的偏振状态。
绘制图表
根据数据绘制图表，展示偏振 方向与反射、折射角度之间的 关系。
分析规律
布儒斯特定律的内容和意 义
内容
当入射角为某一定值时，反射光和折射光达到完全偏振状态，此时入射角被称为 布儒斯特角。
意义
布儒斯特定律是光学领域的重要定律之一，对于理解光在界面上的行为以及偏振 光学应用具有重要意义。
布儒斯特定律的应用和限制
应用
布儒斯特定律在光学仪器设计、光学检测、光学计量等领域有广泛应用，如偏振分束器、偏振控制器 等。
光学元件测试
在测试光学元件的表面质量时，可以 利用偏振光布儒斯特定律来检测表面 是否存在反射光异常或折射光异常。
光学通信系 统
信号传输
在光纤通信中，由于光纤的折射率不同，光线在传输过程中会发生折射和反射，利用偏振光布儒斯特定律可以优 化信号传输效果，提高通信质量。
噪声抑制
在通信系统中，由于各种原因会产生噪声干扰，利用偏振光布儒斯特定律可以对噪声进行抑制，提高信号的信噪 比。
• 偏振光布儒斯特定律在光学领域具有广泛的应用前景。例如，在光学通信中，可以利用偏振光实现更高的信息传输速率和 更好的信号质量；在生物医学领域，可以利用偏振光观察生物组织的结构和功能；在遥感领域，可以利用偏振光提高遥感 图像的分辨率和识别能力等。随着光学技术的不断发展，偏振光布儒斯特定律的应用前景将更加广阔。
根据实验数据，分析并总结反 射和折射时偏振光的布儒斯特 定律。
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
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。
光的偏振实验方法总结
光的偏振实验方法总结光的偏振是指光波在传播过程中的振动方向。
而光的偏振实验方法是一种用来研究光的偏振性质的实验手段。
本文将对常见的光的偏振实验方法进行总结和介绍。
I. 光的偏振现象简介在探讨光的偏振实验方法之前，我们首先需要了解光的偏振现象。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和非偏振光。
线偏振光是指光波振动方向只存在于一个平面内，而圆偏振光则是指振动方向按照圆周轨迹运动。
非偏振光则是指振动方向在各个方向上都有。
II. 光的偏振实验方法1. 波片法波片法是一种常见且重要的光的偏振实验方法。
其原理基于光的偏振现象，通过使用不同的波片，可以改变光波的偏振状态。
常见的波片有半波片和四分之一波片。
在实验中，我们可以通过旋转波片来改变光波的振动方向，从而实现光的偏振状态的调节和观察。
2. 偏振片法偏振片法是另一种常用的光的偏振实验方法。
它利用了具有特定光学性质的偏振片，可以选择性地透过或吸收特定方向上的光振动。
实验中，可以通过叠加两个偏振片，并调节它们之间的夹角，来观察光的偏振状态的变化。
3. 布儒斯特角测量法布儒斯特角测量法是一种利用光的偏振现象进行测量的方法。
根据布儒斯特定律，当入射光的折射角等于特定角度时，反射光变为全反射。
通过测量布儒斯特角，可以得到光的折射率以及光的偏振性质。
4. 双折射法双折射法是一种利用物质的双折射性质研究光的偏振现象的实验方法。
当光波通过具有双折射性质的物质时，会分离成两个不同方向振动的光波。
通过观察双折射晶体中不同方向光振动的现象，可以推测光的偏振状态。
5. 泽尼克斯板法泽尼克斯板是一种特殊的偏振装置，通过它可以产生特定的偏振状态。
在泽尼克斯板实验中，通过选择不同的泽尼克斯板以及旋转它们的方向，可以观察到光的偏振状态的变化。
III. 光的偏振实验的应用光的偏振实验方法在科学研究和实际应用中具有广泛的应用价值。
以下为一些常见应用领域：1. 光学仪器：光的偏振实验方法可以帮助设计和制造光学仪器，如偏振镜、偏振滤波器等。
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
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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：
ib r
2
3
•玻璃n2=1.5 ， 布儒斯特角 •水n2=1.33 ， 注意：
ib 56.3 ib 53.1
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。
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
n2 t gib n1
布儒斯特定律
r0
sin ib n2 n2 和布儒斯特定律 t gib 由折射定律 sin r n1 n1
可以证明：当入射角等于ib时，反射光和折射光相互 垂直。即：
r0
5
利用玻璃片堆可产生较强的反射偏振光。
例题：已知某材料在空气中的布儒斯特角 ib 580 ， 求它的折射率？若将它放在水中（水的折射率为 1.33） ，求布儒斯特角？该材料对水的相对折射率是多少？ 解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1，
n tgib tg 58 0 1.599 1.6 1 n 1.6 ' 放在水中，则对应有 tgib 1.2 n水 1.33 ' 0
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
所以：
ib 50.3 该材料对水的相对折射率为1.2
例.一束自然光自空气射向一块平 板玻璃(如图)，设入射角等于布儒 斯特角i0，则在界面 2 的反射光
i0
1 2
6
（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。 [ B ]