光的偏振状态
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
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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
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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
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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：
光的偏振现象知识点总结
光的偏振现象知识点总结光的偏振现象是指光波传播时，振动方向只在一个平面上的现象。
在光学领域中，对光的偏振现象进行了广泛的研究和应用。
本文将对光的偏振现象的基本概念和相关知识点进行总结和介绍。
一、偏振光的概念偏振光是指光的电矢量围绕光的传播方向做简谐振动的光波。
光波的振动方向决定了光的偏振状态。
在偏振光中，振动方向保持不变，可以是沿着光的传播方向、垂直于光的传播方向，或者其他方向。
二、光的线偏振线偏振光是指光波的电矢量围绕光的传播方向在同一平面上振动的光波。
线偏振光可以通过偏振片来实现。
偏振片是一种具有选择性吸收能力的光学元件，可以使特定方向的偏振光通过，而将其他方向的偏振光吸收或衰减。
三、偏振光的分析与检测1. 通过偏振片的旋转可以确定光的偏振方向。
当偏振片的传光方向与光的偏振方向一致时，光会通过偏振片，并且强度最大；当二者垂直时，光会被完全吸收或衰减。
2. 波片是一种具有特定相对光学轴方向和相位差的光学元件，常用于改变或调节光的偏振状态。
例如，四分之一波片可以将线偏振光转化为环形偏振光，半波片可以将线偏振光转化为逆向线偏振光等。
四、偏振光的产生1. 自然光在某些介质中经过反射、折射、散射等现象后，会发生偏振现象。
例如，水平面上的太阳光照射到水面上，反射的光将会偏振为水平方向的线偏振光。
2. 人工产生偏振光的方法包括使用偏振片、液晶器件、光栅等器件对光进行处理，以改变或控制光的偏振状态。
五、偏振光的应用1. 偏振片广泛应用于液晶显示器、电子产品以及光学仪器中，用于改善图像的质量、增强对比度等。
2. 通过偏振镜的使用，可以消除或减弱反射光，防止眩光，提高摄影品质。
3. 偏振光在光学通信、光存储等领域也有着重要的应用。
总结：光的偏振现象是光学中的重要概念，涉及到光的振动方向和变化规律等知识点。
通过对光的偏振现象的深入了解和研究，可以应用于许多实际场景中，如光学显示器、摄影、通信等领域。
对于理解和应用光学原理以及推动光学技术的发展具有重要意义。
第五章光的偏振
三. 椭圆与圆偏振光的检偏
用四分之一波片和偏振片P可区分出自然
光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光
自然光 圆偏振光
四 自然光 分 之 一 线偏振光 波 片
偏 振
线偏振光
I不变
片
（ 转
线偏振光
I变, 有消光
动
）
以入射光方向为轴
部分 部分偏振光 四 偏振光
分 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片
偏 振
sin re
e光折射线也不一定在入射面内。
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 双折射，该方向称为晶体的光轴。
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平 光轴 行于此方向的直线均为光轴。
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
4. 主平面和主截面 主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
光轴
正晶体 : ne> no
vet
(e< o) vot 负晶体 : ne<
子波源
no
(e>o)
正晶体 (vo > ve)
vet
光轴
vot vet
子波源 负晶体 (vo < ve )
三. 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(e>o)
光轴 线偏振光
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片的起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
偏振光谱响应函数
偏振光谱响应函数一、光的偏振状态光是一种电磁波，具有振幅、频率和相位三个基本属性。
除此之外，光还有偏振状态，即光波的振动方向在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定的方向振动。
光的偏振状态可以用偏振度、偏振方向和椭圆度三个参数来描述。
二、光谱范围光谱范围是指偏振光谱响应函数所覆盖的光的波长范围。
不同物质对不同波长的光的偏振状态有不同的响应，因此需要明确所研究的光谱范围，以便更好地理解和应用偏振光谱响应函数。
三、响应度响应度是指偏振光谱响应函数的输出与输入之间的比例，即物质对光的偏振状态的改变量与入射光的强度之间的比例。
响应度的大小反映了物质对光的偏振状态的敏感程度，是偏振光谱响应函数的重要参数之一。
四、线性度线性度是指偏振光谱响应函数与入射光的偏振状态之间的线性关系。
在一定范围内，偏振光谱响应函数与入射光的偏振状态之间呈线性关系，此时线性度较高。
但是当入射光的偏振状态改变过大时，偏振光谱响应函数可能不再呈线性关系，此时线性度较低。
因此，在应用偏振光谱响应函数时，需要注意其线性度范围。
五、方向性偏振光谱响应函数的输出不仅与入射光的偏振状态有关，还与入射光的方向有关。
不同方向的入射光可能产生不同的偏振光谱响应函数的输出，因此需要考虑到其方向性。
在实际应用中，应将物质放置在入射光垂直的方向上，以保证偏振光谱响应函数的准确性。
六、环境因素环境因素如温度、湿度、压力等可能对偏振光谱响应函数产生影响。
不同物质在不同环境条件下的偏振光谱响应函数有所不同，因此在具体应用中应考虑环境因素的影响。
可以通过标定和校准等方法来减小环境因素对偏振光谱响应函数的影响。
光的偏振现象及应用
光的偏振现象及应用光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。
在自然光中，光的振动方向是随机的，即呈无偏振态。
然而，经过特殊材料的作用或特定物理现象的影响，光波的振动方向可以变得有规律，这就是光的偏振现象。
本文将就光的偏振现象的产生原理、分类和应用进行探讨。
一、光的偏振现象的产生原理光的偏振现象产生的原理是光波在传播过程中与介质或其他物理现象相互作用，使光波的电场矢量振动方向发生变化。
常见的光的偏振现象产生原理包括：1. 材料吸收偏振：当光波穿过介质时，材料分子对具有特定振动方向的电场矢量进行吸收，使得光波的偏振方向发生变化。
2. 反射偏振：当光波从介质界面上反射时，与介质界面垂直的方向上的光波电场分量被吸收或折射，而平行于界面的电场分量则被反射，使得反射光线偏振。
3. 散射偏振：当光波与物体表面或介质中的微粒相互作用时，光波的电场矢量会在特定方向上被散射，使得散射光线产生偏振。
二、光的偏振现象的分类根据光波的电场矢量振动方向的变化规律，光的偏振现象可分为线偏振、圆偏振和椭偏振三类：1. 线偏振：光波的电场矢量只在一个平面上振动，其偏振方向可以是水平、垂直或倾斜的。
线偏振光可以通过偏振片进行筛选，同方向振动的光波透过，垂直方向振动的光波被阻挡。
2. 圆偏振：光波的电场矢量绕光束的传播方向旋转，形成一个圆形轨迹。
圆偏振光可以通过偏振镜或光栅进行生成和分析。
3. 椭偏振：光波的电场矢量在平面上进行椭圆轨迹振动，既有水平分量又有垂直分量。
椭偏振光可以通过波片进行产生和研究。
三、光的偏振现象的应用由于光的偏振具有独特的性质，因此在许多领域有着广泛的应用。
以下列举了几个光的偏振应用的示例：1. 光学通信：光的偏振在光纤通信中起着重要的作用。
通过使用光的偏振调制技术，可以增加信息传输的容量和抗干扰能力。
2. 光电显示器：液晶显示器（LCD）利用电流控制液晶分子的方向，进而调节光的偏振状态，实现图像显示。
3. 3D影像技术：偏振成像技术被广泛用于制作3D影像，通过光的偏振状态的差异来再现真实场景的立体效果。
光的偏振态
光的偏振态
光学技术是20世纪造福人类最具重大意义的技术之一，偏振光是光学技术中一项重要内容。
偏振光是指一种由双极性改变后产生了介质折射及反射系数和极化性质不同的光，其特性是光的电磁波显示出沿着一定方向传播的属性。
起初，人们发现偏振光在传播和分散可以帮助了解传播光的极化方向，随后，它可以被用来研究偏振质量，分析偏振光的组成结构。
在偏振光历史上，折射介质属性改变后可归纳为四种偏振态，分别是圆偏振、环偏振、平行偏振和垂直偏振。
其中，圆偏振由右旋圆偏振和左旋圆偏振组成，其特性表明有一轴是连续的，另一轴也连续变得衰减至0；环偏振的特性为整个偏振光内同时有旋转的横向电场和非旋转的纵向电场，横向和纵向电场的强弱是相互抵消的；平行偏振则是横向和纵向电场强度相等，按同一方向传播；垂直偏振则横向和纵向电场同时传播，但只有纵向电场强度可以传播。
偏振光的应用日益扩大，在电信，通信，显微镜，准直仪，干涉仪，计算机显示器，数字相机，生物学等技术领域都有其重要使用。
举例来说，偏振滤光片可以用作障碍物的检测；偏振片可以帮助控制波长的衰减和发散方向；偏振膜，镜片可以改变极化方向；偏振镜可以实现高精度防偏视效果等等。
显而易见，偏振光技术不仅有助于提高生活和工作质量，而且它在拓展光电子学领域，增进人类对知识的认识和提高实验室设备精准性方面也起着至关重要的作用。
由此可见，偏振光对丰富现代技术领域，促进人类努力的探索，改善生活环境有着重要的意义。
总之，偏振光的发展为我们的技术生活提供了更加完善的应用条件，是现代光学中不可缺少的重要组成部分。
光的偏振状态概要
n1
n2
n2 taniB n1
n1 tan r n2
在任一面上的入射角均为 布儒斯特角。
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§12-15 光的双折射
一、寻常光和非常光 一束光经各向异性晶体（如方解石、 石英等） 折射后可分成两束光线的现象称为双折射。
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。
o
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三、单轴晶体的子波波阵面
各向异性晶体
e 与方向有关 v
1
e
晶体内光的传播速度与光的传播方向有关 光在晶体内传播速度的大小和光矢量与光轴间的 相对取向密切相关。 o光振动方向垂直于主平面（垂直于光轴）， 沿各方向传播速度相同: vo
e光振动方向平行于主平面（与光轴有一定 夹角），沿各方向传播速度不同: [vo,ve]
I2 A 2 cos I1 A
I2
I1
I 2 I1 cos
2
线偏振 光
线偏振 光
马吕斯定律
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I 2 I1 cos
2
讨论： 1. 适用条件：线偏振光入射于理想偏振片 2. 当： 0 , π
3.自然光依次通过两个偏 振片后的光强：
2
π 3π 当： , I2 0 2 2
——干涉相长 ——干涉相消
以单色光入射，晶片厚度不均匀，出射光强度空间 分布不均匀，看到的是明暗相间的等厚干涉条纹。 以复色光入射，晶片厚度均匀，出射光强度空间分 布均匀，看到的是某种颜色的均匀视场；晶片厚度 不均匀，出射光强度空间分布不均匀，看到的是明 暗相间的彩色干涉条纹 ——(显)色偏振
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I 2 I1
3光的偏振
四分之一波片 偏振片（转动） I变, 有消光 I变, 无消光
一、基本要求 1．理解自然光和偏振光，理解用偏振片起偏和检偏的方法。 2．掌握通过反射、折射和晶体的双折射产生偏振光的原理和方法, 并掌握如何检验偏振光。 3．掌握布儒斯特定律和马吕斯定律。 4．了解晶体的双折射现象, 了解o光和e光的性质和区别。 二、 知识系统图
光轴
入射时o、e光同相， 出射时o、e光反相， ∴出射光仍是线偏振光，
振动方向转过，当时，转过。 (3) 全波片：
它对某种波长的光不起作用（相位延迟了）。
三.椭圆与圆偏振光的检偏
用片和偏振片P可区分出圆偏振光和自然光或椭圆偏振光和由自然光与
线偏振光所组成的部分偏振光。
线偏振光 线偏振光 线偏振光 自然光 圆偏振光 自然光 线偏振光 线偏振光 线偏振光 部分 偏振光 椭圆偏振光 部分偏振光 四分之一波片 偏振片（转动） I不变 I变, 有消光 以入射光方向为轴
当光的入射面为主截面时，o光和e光的主平面都在主截面内，此 情形下o光与e光的振动方向相互垂直。
二.晶体的主折射率，正晶体、负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,
同。
· · · · · · · · · · ·
光的传播速度也不
· · · · · · · · · · · · · vot
光轴 光轴
vet vot
自然光从空气→玻璃(n2 =1.50)，可算得 。要提高反射线偏振光的强 度，可利用玻璃片堆的多次反射。
· · ·
· · · · · · · · · i0
接近线偏振光
· · · · · · · · · · ·
· · · · · · ·
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自然光可分解为 两个相互独立、相互 垂直的等振幅的线偏 振光。
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12.12 光的偏振状态
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
三. 部分偏振光 光矢量沿各个方向都有，在某一方向的振动分 量比其它方向的振动分量强（或弱）的光。
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12.12 光的偏振状态
四. 圆偏振光和椭圆偏振光
椭圆偏振光、圆偏振光
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12.12 光的偏振状态
12.12 光的偏振状态
光的偏振现象说明光是横波。 一. 线偏振光(平面偏振光) 光矢量仅沿某一固定方向作振动的光。
偏振面 偏振光的光矢量振动方向与光的传播方向 所组成的面。
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12.12 光的偏振状态
二. 自然光(非偏振光) 在垂直于光传播方向的平面内的一切方向上， 光矢量的时间平均值都相等。
本节完 4