线偏振光经全反射后的偏振状态
光的偏振状态概述
一、线偏振光（平面偏振光或完全偏振光）
在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有
不同的振动方向 ——偏振状态 线偏振光（平面偏振光）：光矢量在传播中始终
保持在一个特定的平面上振动。
由光的传播方向和光矢量的振动方向所决定的平面称
为“振动面” 垂直
折射时，反射光和折射光一般都是部分偏振光（正
入射除外）。 当自然光以布儒斯特角 iB 入射时，其反射光为
线偏振光，光振动垂直于入射面， 折射光仍为部分
偏振光。
i
iB
r
iB r 90
返回 退出
实验证明， i = iB时，反射光 线与折射光线垂直：
光强 较弱
iB
iB r 90o
r
tan iB
是获得和检验线偏振光的最简单装置。
偏振化方向(P)：允许通过 的光振动方向。
检偏：旋转P2一周， 出射光强有两明两暗 的变化。
起偏
检偏
返回 退出
光强不变——自然光 一束光通过一 旋转的偏振片 光强变化且有消光——线偏振光
光强变化但无消光——部分偏振光
检偏器
返回 退出
二、马吕斯（Malus）定律
光强为 I1 的线偏振光，透过偏振片后，透射强度为
若旋转晶体， o光不动，e光 随晶体转动。
寻常光（o光） ：恒遵守折射定律的光线。 非常光（e光） ：不遵守折射定律的光线。 o光与e光都是线偏振光，但光振动的方向不相同。
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二、光轴 主平面 在晶体中存在一个特殊的方向，沿该方向不会
产生双折射现象，这一方向称为晶体的光轴。
单轴晶体：只有一个光轴的晶体。如：
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化主要涉及到两个方面：激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
1. 激光器本身的偏振特性：光纤激光器一般有两种主要的偏振状态，即线偏振和随机偏振。
线偏振激光器输出的光是具有确定的偏振方向的，通常为纵向或横向偏振。
而随机偏振激光器输出的光则是具有随机的偏振方向，没有明确的偏振特性。
2. 外界环境的影响：光纤激光器的偏振态也会受到外界环境的影响而发生变化。
例如，在通过光纤传输过程中，光纤的形变、拉伸、弯曲等因素会导致光纤中的偏振态发生变化。
外界的温度、压力、振动等因素也可能对光纤激光器的偏振态产生影响。
为了保持光纤激光器的偏振态稳定，可以采取以下措施：
- 使用偏振控制器或偏振稳定器来实现对光纤激光器输出光的偏振控制和稳定。
- 对光纤进行适当的保护和固定，减少其在环境中受到的外界影响。
- 优化光纤激光器的工作环境，例如控制温度、降低振动等。
光纤激光器的偏振态变化是一个复杂的问题，涉及到激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
合理的设计和控制可以减小偏振态变化，保持光纤激光器的稳定输出。
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。
反射和折射的偏振特性
因而
Pr =Pt =0
即反射光和折射光 仍为自然光。
R
100%
50%
0% 0
Rs
Rn
B
Rp
1
90
n1< n2
②自然光斜入射界面时，因 Rs 和 Rp、Ts 和 Tp 不相 等，所以反射光和折射光都变成部分偏振光。
R
100%
R
100%
50%
0% 0
Rs
Rn
B
Rp
1
90
n1< n2
50%
Rs
0% 0
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 。
(155)
由于入射的自然光能量 Win Wis Wip 且 Wis Wip
Rn
Wrs Wrp Win
= Wrs 2Wis
Wrp 2Wip
1 2 (Rs +Rp )
(156)
1）自然光的反射、折射特性 相应的反射光偏振度为
pr
Irp Irs Irp Irs
=
Rp Rs Rp Rs
rs
sin(1 sin(1
2 ) 2 )
=
n1 n1
cos1 cos1
光的偏振和光的振动方向
光的偏振和光的振动方向光是一种电磁波，它的传播方式既有波粒二象性，也有振动特性。
而光的振动方向以及偏振状态，则是光学研究中一个重要的概念。
本文将深入探讨光的偏振以及光的振动方向的相关知识。
一、光的振动方向光是由电场和磁场沿着垂直于传播方向的平面中振动而产生的。
而光的振动方向则指的是电场振动的方向，也就是光波在空间中振动的方向。
光的振动方向可以是任意方向，可以纵向或横向。
1. 纵向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向平行时，光被称为纵向振动光。
纵向振动的光可以用于激光器、光纤通信等领域。
2. 横向振动：当光波的电场振动方向与光的传播方向垂直时，光被称为横向振动光。
横向振动的光在自然界中比较常见，如太阳光、荧光灯等。
光的振动方向对于光的性质和应用具有重要影响。
例如，在光学偏振器中，只能使特定方向振动的光通过，而其他方向振动的光则被滤除。
这种技术广泛应用于液晶显示器和3D眼镜等领域。
二、光的偏振光的偏振指的是对于特定偏振方向的光。
在自然界中的大多数光都是自然光，它是由各种振动方向的光组成，振动方向各异，且没有固定的规律。
然而，在某些物质的作用下，光可以被偏振为特定方向的光。
这些物质可以是偏振片、光学偏振器等。
通过这些装置，可以将自然光变为特定偏振方向的偏振光。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
1. 线偏振：线偏振光的电场振动方向只沿一个固定的方向，而电磁场振动的幅值则是随时间变化的。
线偏振光可以通过特定的偏振片或光学偏振器来实现。
2. 圆偏振：圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个固定的圆轨迹旋转。
圆偏振光在许多光学应用中都具有重要作用，如旋光现象和光学相位调制等。
3. 椭圆偏振：椭圆偏振光的电场振动方向在空间中按照一个椭圆轨迹变化。
椭圆偏振光是线偏振光和圆偏振光两种形式的混合。
光的偏振不仅在实验室中有重要应用，还在光学通信、光储存、光学计量等领域具有广泛的应用。
结论光的偏振和光的振动方向是光学研究中重要的概念。
线偏振光经全反射后的偏振状态
此结果表明， 反射光波的电场强度 !" 的两个
" 分量 !" 分别等于入射波中相应 ! 和 !" 的振幅，
# #
分量 ! ! 和 !" 的振幅， 即是说， 在全反射中， 电 场强度的两个分量的振幅保持不变 ! 再看相位， 令
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即在一光频段内可以划分非常多的信道相干通信时要求采用保偏光纤作传输介质使用保偏光纤能够保证线偏振光的偏振方向不变提高相干信噪比为了获得线偏振光我们知道可以让自然光以布儒斯特角入射到两种介质的分界面上反射光为线偏振光
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线 偏 振 光 经 全 反 射 后 的 偏 振 状 态
光的横波性与五种偏振态解读
结论：
（1）圆偏振光可以分解为两个互相垂直 的振幅相等、相位差为 / 2 的线偏振光。 （2）可以由这两束线偏振光来代替 这束圆偏振光。
4）圆偏振光的总光强：
I A A 2A
2 x 2 y
2
5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光
（1）定义： 迎着光线传播方向观看， 若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋圆偏振光，此时： / 2 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为 左旋圆偏振光，此时： / 2
I0
自然光
P
I
1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I I0 2
若入射的自然光强为：I 0
3）试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。
自然光由无数条非相干的线偏振光组成 数密度： 单位夹角内包 含的 线偏振光的条数 ( ) 0 角内包含的线偏振 光的条数：
A
注意：
（1）只适用于线偏振光 （2）马吕斯定律公式上的 三角函数项是平方项。
5）起偏器和检偏器
起偏器：任何偏振态的光通过后透射 光都变为线偏振光的器件。 检偏器：检查入射光偏振态的器件 线偏振射光通过此器件后光 强变为零。 偏振片既是起偏器，又是检偏器。
6）一束线偏振光可以分解为两束 互相垂直的线偏振光
若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋椭圆偏振光， 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为
左旋椭圆偏振光。
6）各种相位差对应的椭圆偏振态图
（1）当坐标系为如图所示时 （2）参量方程为：
Ex Ax cos(t )
Ey Ay cos( t )
y
x
（3）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图
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在光纤通信中， 相干光通信具有选择性好， 灵 敏度高的优点
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何意义 # 由于光纤通信一般是将要传输的电信号通过 调制成光信号进行传输的， 到端点再通过解调把 光信号解调成电信号， 所以我们考虑反射波中的
［(］ 电矢量 & ， 由菲涅耳公式 知
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， 即在一光频段内可以划分非常
多的信道 # 相干通信时要求采用保偏光纤作传输 介质， 使用保偏光纤能够保证线偏振光的偏振方 向不变， 提高相干信噪比 # 为了获得线偏振光， 我 们知道， 可以让自然光以布儒斯特角入射到两种 介质的分界面上， 反射光为线偏振光； 也可让自然 光通过偏振片等手段来实现 # 线偏振光在光纤中 传输利用全反射原理， 线偏振光经过介质全反射 后其偏振状态是否不变？即是否仍为线偏振光？ 若偏振状态改变， 怎样改变？怎样才能使其偏振 状态不变， 下面来具体讨论 # 线偏振的光波从介质 ! （ 折射率为 !! ） 入射 到介质 " （折射率为 ! " ） 的交界面上，!! " !" ， 入 射角为!! ， 折射角为!" ， 发生全反射时的临界角 为!# ， 由斯涅耳定律知 # !! -./ !! $ !" -./ !" ， 由
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计来规范实验教学管理 ! 实验室基本信息的规范化、 科学化、 现代化管 理是一项需要常抓不懈、 不断实践、 不断完善的系 统性工程， 要真正实现这一目标管理还需在今后 的工作中付出更多更艰辛的劳动， 不断提高管理 水平， 更好地为教学科研服务 !
［参考文献］
［$ ］ 张宝书 ! 北京高校基础课教学实验室 评估指南 ［ %］ !北 京： 北京航空航天大学出版社， $&&’ !$(’! ［# ］ 国家教委 ! 高等学校实验室工作规程 ［ )］ !$&&#! ［"］ 余孟华 ! 加强 大型 仪器设 备档 案管理 促 进 “#$$ 工程 ” 建设 ［ *］ ! 实验室研究与探索， #+++（ ，,） !$-$ !
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出发来讨论问题 ! 由 （"） 式和 （ #） 式得 !
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-./ ! ! 23-! " ( -./ ! 23! !" ) -./ ! ! 23-! ! ( &’% $ -./ 23! ! !" ) 为讨论方便， 令 ! $ !" &’$ $ ! -./ ! !!
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折射率为 ’ & $ 2 &$ # ’ & , 1%, ! 设介质 % 是透 明介质 （如玻璃） ， 介质 , 是空气， 则要使光从透明 介质到空气发生全反射而产生圆偏振光， 那么该 透明介质的折射率应为 % % % ， 除 ’ & , 1%, # , , 1%1 了金刚石的折射率能达到这个值外， 一般透明物
, , , , ,
(
)(
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体的折射率都比这个值小， 由此我们得出结论： 线 偏振光从一般透明介质到空气的全反射不可能产 生圆偏振光 ! 注意， 上述结 论是指 % 次全 反射， 它的 意义 是， 在 % 次这样的全反射中， 相位差达不到 ! ! 但 , 是， 在适当的条件下， 连续 , 次全反射， 它们各自 的 ! 之和可以达到 ! ! 菲涅耳就是根据这个道理 , 创造出菲涅耳棱镜， 使光在其中接连发生 , 次全 反射而产生圆偏振光的 ! （下转第 ,$ 页）
质 ! 的相对折射率 # 把 ! 代入斯涅耳定律中得 -./ !" $ 23- ! " $ （$）
! " （,） -./ ! ! !" 由斯涅耳定律知， 发生全反射时， 所以 -./ ! ! " ! ，
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!" （!） ! ! "! # $ 012-./ !! 便发生全反射 # 在发生全反射时， 斯涅耳定律和菲 涅耳公式仍然成立 # 这是因为， 这些关系式都是由 麦克斯韦方程组和边值关系推导出来的， 是普遍 成立的， 但这时由斯 涅耳定律得 出的 !" 不是 实 数， 所以 ! “折射角” 这个直观的几 " 此时便失去了
【编校： 饶咬成】
!"#’ $ %"$&’ ()*+,-".&+) /+001’.&+) ")2 3")"41-1). &) 5&461, 728’".&+) ()$.&.8.1$
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, , , 出所需条件为： （ ./01 " % & )-." % ./0 " % & ’ ） # &； , ,./01 （ ’, ( %） ./0, " % & "% ( ’ ! 由此解出 ./0" % )-."% $ ./0 "% & ’ （%,） ./0, "% & ’, & ’1 )-., " % 由以上两式可见， 在全反射时， 电场强度垂直于入 射面的相位变化 !! ， 与平行于入射面的分量的 相位变化!" 是不相等的 ! 入射光波 是线偏振波时， 它的两 个分量 ! ! 和 ! " 的相位是相同的 ! 经过全反射后， 反射波的 两个分量 !"! 和 ! " 的相位便不再相同， 它们的 " 相位差为 ! # !! & !" # ’()*+ ’()*+