大学物理 波动光学 反射光和折射光的偏振
四川师范大学大学物理波动光学(13、14、15章)题解
第十三章 光的干涉13–1 在双缝干涉实验中，两缝分别被折射率为n 1和n 2的透明薄膜遮盖，二者的厚度均为e ，波长为λ的平行单色光垂直照射到双缝上，在屏中央处，两束相干光的位相差 。
解：加入透明薄膜后，两束相干光的光程差为n 1e –n 2e ，则位相差为e n n e n e n )(2)(22121-=-=∆λλλλφ13–2 如图13-1所示，波长为λ的平行单色光垂直照射到两个劈尖上，两劈尖角分别为21θθ和，折射率分别为n 1和n 2，若二者分别形成的干涉条纹的明条纹间距相等，则21,θθ，n 1和n 2之间的关系是 。
解：劈尖薄膜干涉明条纹间距为θλθλn n L 2sin 2≈=（ 很小） 两劈尖干涉明条纹间距相等221122θλθλn n =，所以 2211θθn n =或1221n n =θθ13–3 用一定波长的单色光进行双缝干涉实验时，欲使屏上的干涉条纹间距变大，可采用的方法是： ； 。
解：因为干涉条纹的间距与两缝间距成反比，与屏与双缝之间的距离成正比。
故填“使两缝间距变小；使屏与双缝之间的距离变大。
”13–4 用波长为λ的单色光垂直照射如图13-2示的劈尖膜（n 1＞n 2＞n 3），观察反射光干涉，从劈尖顶开始算起，第2条明条纹中心所对应的膜厚度e = 。
解：劈尖干涉（n 1＞n 2＞n 3）从n 1射向n 2时无半波损失，产生明条纹的条件为2n 2e = k ，k = 0,1,2,3…在e = 0时，两相干光相差为0，形成明纹。
第2条明条纹中心所对应的膜厚度为k = 1，即2n 2e = ，则22n e λ=。
13–5 若在迈克耳孙干涉仪的可动反射镜移动0.620mm 的过程中，观察到干涉条纹移动了2300条，则所用光波的波长为 。
解：设迈克耳孙干涉仪空气膜厚度变化为e ，对应于可动反射镜的移动，干涉条纹每移动一条，厚度变化2λ，现移动2300条，厚度变化mm 620.022300=⨯=λ∆e ，则 = 。
13-3 光的偏振状态
π 2
r
即，
ib r
π 2
反射光和折射光互相垂直 .
注意
对于一般的光学玻璃 ,一次起偏，反射光的强度约占 入射光强度的15% , 大部分光将透过玻璃，一般应用 玻璃片堆产生线偏振光.
i0
思考：
玻璃片下表面
的反射光是线
偏振光吗？
利用玻璃片堆产生线偏振光
讨 论 下列光线的反射和折射光的偏振情况（ib是起偏角）.
线偏振光的符号表示
（2）椭圆偏振光：在垂直于光传播方向的平面内，只有一个光矢量，
随时间以角速度w 旋转，其末端的轨迹是椭圆，在某一固定时刻
t0，光线传播方向上各点对应的光矢量末端的轨迹是螺旋线，这 种光称为椭圆偏振光. 当其末端轨迹是圆时，称为圆偏振光.
在光学中规定：迎着光线 看时，光矢量沿顺时针方 向旋转的光称为右旋光， 反之，为左旋光.
横波：
纵波：
2. 光的偏振状态
光波是横波：光矢量 E 的振动方向垂直于光的传播方向 .
1）自然光：普通光源发出的光，在垂直于光传 播方向的平面内，沿各个方向的光矢量都有， 且各向分布均匀，振幅相等，各光矢量间无
v
E
确定相位关系，这种光叫自然光或非偏振光 .
自然光
自然光的表示：以相互垂直的两个振 幅相等、无确定相位关系的光振动来 表示 , 并各具有一半的振动能量.
A
B
o
e D
C
oe
2. 产生双折射的原因
寻常光线：在晶体中各方向上的传播速度vo均相同； 非常光线：在晶体中的传播速度ve随方向不同而改变.
光轴：在双折射晶体中存在一个特 殊方向，当光线沿这一方向 传播时，o光和e光的传播速 度相同，不发生双折射现象， 称这一方向为晶体的光轴.
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。
大学物理(波动光学知识点总结)
大学物理(波动光学知识点总结)contents•波动光学基本概念与原理•干涉理论与应用目录•衍射理论与应用•偏振光理论与应用•现代光学技术发展动态简介波动光学基本概念与原理01光波是一种电磁波，具有横波性质，其振动方向与传播方向垂直。
描述光波的物理量包括振幅、频率、波长、波速等，其中波长和频率决定了光的颜色。
光波的传播遵循波动方程，可以通过解波动方程得到光波在不同介质中的传播规律。
光波性质及描述方法干涉现象是指两列或多列光波在空间某些区域相遇时，相互叠加产生加强或减弱的现象。
产生干涉的条件包括：两列光波的频率相同、振动方向相同、相位差恒定。
常见的干涉现象有双缝干涉、薄膜干涉等，可以通过干涉条纹的形状和间距等信息来推断光源和介质的性质。
干涉现象及其条件衍射现象及其分类衍射现象是指光波在传播过程中遇到障碍物或小孔时，偏离直线传播的现象。
衍射现象可以分为菲涅尔衍射和夫琅禾费衍射两种类型，其中菲涅尔衍射适用于障碍物尺寸与波长相当或更小的情况，而夫琅禾费衍射适用于障碍物尺寸远大于波长的情况。
常见的衍射现象有单缝衍射、圆孔衍射等，可以通过衍射图案的形状和强度分布等信息来研究光波的传播规律和介质的性质。
偏振现象与双折射偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向受到限制的现象。
根据振动方向的不同，光波可以分为横波和纵波两种类型，其中只有横波才能发生偏振现象。
双折射现象是指某些晶体在特定方向上对光波产生不同的折射率，使得入射光波被分解成两束振动方向相互垂直的偏振光的现象。
这种现象在光学器件如偏振片、偏振棱镜等中有重要应用。
通过研究偏振现象和双折射现象，可以深入了解光与物质相互作用的基本规律，以及开发新型光学器件和技术的可能性。
干涉理论与应用02杨氏双缝干涉实验原理及结果分析实验原理杨氏双缝干涉实验是基于光的波动性，通过双缝产生的相干光波在空间叠加形成明暗相间的干涉条纹。
结果分析实验结果表明，光波通过双缝后会在屏幕上产生明暗相间的干涉条纹，条纹间距与光波长、双缝间距及屏幕到双缝的距离有关。
(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56讲波动光学光的偏振第56讲波动光学光的偏振内容
第56讲：波动光学——光的偏振内容：§17－12~§17－171．自然光与偏振光2．起偏与检偏（40分钟）3．反射光与折射光的偏振（30分钟）4．双折射现象5．旋光现象（40分钟）6．偏振光的干涉7．非线形光学现象要求：1．了解光的偏振性；2．了解起偏与检偏，掌握马吕斯定律；3．了解反射光与折射光的偏振，掌握布儒斯特定律。
4．了解双折射现象；5．了解旋光现象；6．了解偏振光的干涉。
重点与难点：1．马吕斯定律；2．布儒斯特定律；3．双折射现象。
作业：问题：P173：22，23，24，25习题：P177：28，29，30，31复习：第十七章复习：●圆孔衍射光学仪器的分辨率●衍射光栅●X射线的衍射§17－12 光的偏振性马吕斯定律引言：光的干涉现象和衍射现象证实了光的波动性，而光的偏振现象则进一步说明了光是横波。
光的偏振现象是Malus在1809年发现的。
但是当时认为光是纵波，无法解释光的偏振现象；1817年，Young认为光是横波，偏振现象可以得到解释；Fresnel承认光是横波，解释了偏振光的干涉现象；Fresnel还发现圆偏振光和椭圆偏振光，建立了双折射理论。
根据Maxwell电磁理论，光是一种电磁波，在光与物质相互作用时，主要是横向振动着的电矢量起作用。
电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振状态。
本部分就是讨论光的偏振，主要内容有：1．光的偏振现象及与光的偏振有关的几个概念；2．偏振光的获得与检验；3．两个定律：马吕斯定律和布儒斯特定律；4．双折射现象；5．偏振光的干涉。
一、光的偏振性：1．光的偏振性：1）横波和纵波的区别——偏振：纵波：振动方向与传播方向一致，振动方向唯一，不存在偏振问题；横波：振动方向与传播方向垂直，振动方向不唯一，存在偏振问题。
如果把通过波的传播方向并包含振动矢量在内的平面称为振动面，则振动面与其它不包含振动矢量在内的任何平面都是不相同的，即波的振动方向对传播方向不是具有对称性。
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物理学教程 （第二版）
光反射与折射时的偏振
n1 n2
玻璃
i i
空气
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 .
第十四章 波动光学
14 – 10 反射光和折射光的偏振
物理学教程 （第二版）
i0 i0
空气
布儒斯特定律（1812年）
玻璃 讨论
n1 n2
n2 当 tan i0 时， n1
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。
1）反射光和折射光互相垂直 .
π cos i0 sin cos( ) 2
n2 tan i0 n1
第十四章 波动光学
n1 π cot i0 tan( i0 ) tan n2 2
14 – 10 反射光和折射光的偏振 注意
物理学教程 （第二版）
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
第十四章 波动光学
sin i0 n2 sin n1
n2 sin i0 tan i0 n1 cos i0
i0
2
14 – 10 反射光和折射光的偏振
物理学教程 （第二版）
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玻璃
n1 n2
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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 .
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第十四章 波动光学
14 – 10 反射光和折射光的偏振 讨论
物理学教程 （第二版）讨源自下列光线的反射和折射（起偏角 i0）.
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第十四章 波动光学