利用折射反射获得线偏振光
偏振光的产生
左旋光和右旋光如果一束光的电矢量E的端点在波面内描绘的轨迹为一圆或椭圆，这样的光称为圆偏振光或椭圆偏振光，它们可以看成是相互垂直并且具有一定位相关系的两个线偏振光的合成。
左旋：逆时针方向右旋：顺时针方向（逆着光线方向看）。
一、垂直振动的合成在光波的波面中，取一直角坐标系，将电矢量E分解为两个分量Ex、Ey，它们是同频的，设Ey相对于Ex的位相差为δ，则：1、合成的偏振态仍为线偏振光其振幅：振动方向：2、（标准椭圆方程）即：时，轨迹方程是一样，但旋转方向不同。
若： 矩形框变为正方形框，椭圆退化为与此方框内切的圆—圆偏振光，其也存在右旋和左旋，其判断与椭圆偏振光一样。
3、普遍情形ϕϕ2222sin cos A E A E A E A E e e o o e e o o =-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛这是一个一般椭圆方程，它是以为边界的矩形相内切的椭圆，不过其主轴可以是倾斜的，至于主轴究终朝哪一边倾斜以及是左旋还是右旋，与δ在哪一象限有关。
结论：一般情形下为椭圆偏振光， 只有在一定条件下，才退化为圆偏振光和线偏振光。
10光波在各向同性介质界面上的反射和折射光在介质界面上的反射和折射，实质上是光与介质相互作用的结果。
简化处理- -不考虑光与介质的微观作用，根据麦克斯韦方程组和电磁场的边界条件进行讨论。
一．反射定律和折射定律条件：（1）两介质为均匀、透明、各向同性； （2）分界面为无穷大的平面；（3）入射、反射和折射光均为平面光波。
)r t k t t (i e t E n ))r r k t r (i e r E )r i k t i (i e i E (n E n )r E i E (n )H H (n )E E (n )D D (n )B B (n )r t k t t (i e t E t E )r r k t r (i e r E r E )r i k t i (i e i E i E t ⋅--⨯=⋅--+⋅--⨯⇓⨯=+⨯⇒⎪⎪⎭⎪⎪⎬⎫⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧=-⨯=-⨯=-∙=-∙⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧⋅--=⋅--=⋅--=ωωωωωω0100得021*********由电电磁场边界条000电场表示式⏹ 上式对任何时刻t 成立，所以有t r i ωωω==，光在不同的介质中频率相同⏹上式应对整个界面的位置矢量r成立，所以有r k r k r k t r i ∙=∙=∙，入射光、反射光和折射光均在入射面内。
反射光和折射光的偏振
sin i0 n2 sin n1
玻璃
n1 n2
i0 i0
玻璃
n1 n2
i0
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 n1 π 斯特角 . cot i0 tan( i0 ) tan n2 2
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
nA tg60 3
A B
RB
nB / nA tg300 3 / 3
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 ,问 i0 在界面 2 的反射 光是什么光？
空气
n1
i0
i0
1
n2
玻璃
2
空气
n1
i0
i0
1
n2
玻璃
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.
n1 n2
玻璃
i i
空气
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 .
n1 n2
玻璃
Байду номын сангаас
i i
空气
注意
讨论
讨论光线的反射和折射(起偏角 i0)
i0
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
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• 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·
大学物理02反射和折射时的偏振光布儒斯特定律
t gib
n1
2反射Leabharlann 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：
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。
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 ]
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 的成分占优势；
i
1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光？
1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光？1、怎样利用波片将一个圆偏振光变成线偏振光,答使圆偏振光通过一块l/4波片，就能变成振动面与波片光轴成450角的线偏振光(圆偏振光可以分解成振动面沿波片光轴方向和垂直于光轴方向的两互相垂直的线偏振光，在波片的前表面，二者有?p/2相位差，过l/4波片后，又有了?p/2的相位延迟量，所以，这两互相垂直的线偏振光过波片后相位差非零即p，合成光仍为线偏振光(2、用怎样的措施获得圆偏振光,答让自然光通过起偏镜，得到振动方向平行于起偏镜透振方向的线偏振光(再让线偏振光通过一块 /4波片，波片晶轴z与线偏振光振动方向成450角，自l/4波片出射的就是圆偏振光(选取l/4波片使分解的o光和e光有?p/2的相位差，光轴z与入射线偏振光振动方向450的夹角，可使分解的o光和e光有相等振幅(3、有四束光，它们的偏振态分别是:线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和自然光，怎样鉴别它们,答:用一块检偏振器分别对四束光迎光旋转检验，当检偏振器旋转一周，发现出射光强两个方位最大，两个方位为零时，该光就是线偏振光;出射光强两个方位最大，两个方位变小时，该光即是椭圆偏振光;当出射光强不变时为圆偏振光和自然光(然后再区别圆偏振光和自然光(将这两束光分别通过l/4波片(通过l/4波片后，自然光还是自然光，用旋转的检偏振器检验，仍然光强不变;而圆偏振光通过l/4波片后变为线偏振光，用检偏振器检验，出现两次最大，两次零光强(4、实验室中有三块偏振器件, 偏振片、λ/2波片和λ/4波片, 其中λ/2波片和λ/4波片外形完全相同，但未标明记号(现在有一盏与之相应的钠光灯, 试问用什么方法和怎样的步骤能将它们辨认出来，并标明它们的特征方向(即透振或晶轴方向)(答:用实验室中的光滑桌面(或玻璃板面)反射钠光，透过三块未知的偏振器件观看反射的钠光，在此过程中，一边旋转偏振器件，一边改变反射光方向，三块偏振器件中必有一块出现:两明两零:的现象，它就是偏振片(此时，钠光的入射角就是布儒斯特角，反射光是振动面垂直于入射面的线偏振光(另两块是波片，无论怎样旋转它，无论怎样改变反射光线的方向，光强都不发生变化(现在有了一块偏振片，还有已知振动方向的线偏振光(将两块波片分别迎着线偏振光旋转，用偏振片检验出射光强的变化(如果不管在什么方位，总是出现:两明两零:的现象，这块波片一定是l/,波片，因为线偏振光经过l/,波片后仍然是线偏振光(而线偏振光通过l/4波片，仅在线偏振光的振动方向平行(或垂直)l/4波片晶轴的情况下，才会出射线偏振光(在线偏振光振动方向与晶轴成450角时，出射圆偏振光，一般情况下出射椭圆偏振光( 5、一束自然光通过偏振片后再通过λ/4波片射到反射镜上，欲使反射光不能透过偏振片，波片的快慢轴与偏振片的透振方向应该成多大角度,为什么,答:如图所示，欲使反射回来的光不能通过,片，光的偏振态必需是线偏振光，且振动面垂直于,片的透振方向(将偏振片的透振方向与波片C 的快(慢)轴成450角放置，自然光过偏振片后，所成的线偏振光振动面与波片快轴也成450角(因此，线偏振光过λ/4波片后成为圆偏振光(若所成的圆偏振光是右旋的(如图b)，则波片快轴沿竖直方向，光过波片后,竖直方向的振动超前水平方向振动p/2(右旋圆经反射镜反射后将变为左旋圆,迎着反射光看，竖直方向振动落后水平方向振动p/2(左旋圆偏振经过波片后,水平振动与竖直振动同相位，合成的线偏振光与入射光振动方向垂直，因此不能再次通过偏振片了(若波片快轴沿水平方向，也有同样结果。
产生线偏振光的方法
产生线偏振光的方法
有多种方法可以产生线偏振光：
1. 通过偏振片：最常见的方法是使用偏振片来过滤非偏振光。
偏振片是一种具有定向分子结构的材料，可以选择性地吸收或透射特定方向上的光波。
当光通过一个偏振片时，它将只允许一个方向上的光通过，其他方向上的光将被吸收或减弱，从而产生线偏振光。
2. 通过自然光的反射、折射和透射：自然光在与界面接触时，通常会发生反射、折射和透射。
当自然光以特定角度入射到一个界面上时，反射光的振动方向与折射光的振动方向分离，这样就可以产生线偏振光。
3. 通过液晶器件：液晶是一种具有有序分子结构的材料，可以通过电场的作用来调整光的偏振状态。
通过将液晶材料置于适当的电场中，可以使光线发生相位差，并产生线偏振光。
4. 通过波片：波片是一种具有调整相位差的功能的光学元件，可以将自然光转换为线偏振光。
通过适当选择波片的厚度和材料，可以实现将自然光转换为特定方向上的线偏振光。
这些方法都可以用来产生线偏振光，具体选择哪种方法取决于实际需求和应用场景。
偏振光的获得和检测
§17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1. 布儒斯特定律如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0满足, (17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。
当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有. (17-70)将这个关系代入式(17-69)，得,即,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。
如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3︒，此时的折射角为33.7︒。
当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。
假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。
2. 晶体的双折射现象在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。
这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。
我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。
而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。
这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。
图 17-41在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络面和椭球面的包络面。
偏振光实验报告
实验报告学生姓名：学号：指导教师:实验地点：实验时间：一、实验室名称：偏振光实验室二、实验项目名称：偏振光实验三、实验学时：四、实验原理：光波的振动方向与光波的传播方向垂直。
自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向；某一方向振动占优势的光叫部分偏振光；只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。
将非偏振光（如自然光）变成线偏振光的方法称为起偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。
（一）线偏振光的产生1 •非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。
当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。
起偏角的数值:与反射物质的折射率n的关系是：tan = n （1）称为布如斯特定律，如图i所示。
根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。
从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。
非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。
2. 偏振片分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成, 子平行地排列在同一方向上。
线偏振光，如图2所示。
的偏振光束，是常用的起偏元件。
它具有梳状长链形结构的分子,---这些分因而产生用它可得到较宽片时，可观察到不同的现象， 如图3所示，图中（a ）表示旋转P ,光强不变，为自然光；（b ） 表示旋转P ,无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光； （c ）表示旋转P ,可找到全暗位置，为线偏振光。
（二）圆偏振光和椭圆偏振光的产生线偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片的表面，会产生比较特殊的双折射现象。
这时，非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相 位差2（n°-n e ）d（ 2）■ 0式中■ o 表示单色光在真空中的波长， n 。
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获得线偏振光的方法
1，利用反射和折射 2，利用二色向性 3，利用晶体双折射 4，利用散射
利用反射折射产生线偏振光
当光的入射角以布儒 斯特角入射时，反射 光中没有p波，折射光 中既有s波也有p波， 然而相对于入射光来 说，折射光的偏振度 高于入射光。
一般情况下，只利用 一片玻璃的反射和折 射来获得线偏振光， 是有缺点的，反射光 虽然是线偏振光但是 强度太小，为了解决 这个矛盾可以让光多 次通过玻璃叠成的片 堆，并使入射角等于 布儒斯特角。
按照堆光片的原理，可以制成一种 偏振分光镜
Hale Waihona Puke 偏振分光镜是把一块立方棱镜沿着对角面 切开，并在两个切面交替的镀上高折射率 的膜层（如ZnS）和低折射率膜层（如冰晶 石），再胶合成立方棱镜。 在偏振分光镜中高折射率膜层相当于玻璃 片，低折射率膜层相当于玻璃间的空气。 为了获得最大的偏振度，应该选用适当膜 层折射率，使光线在相邻膜层界面上的入 射角等于布儒斯特角。
利用折射反射获得线偏振光
光电六班 康 辉
什么是线偏振光
光矢量的振动方向在传播过程中保持不变， 只是它的大小随随相位改变。 光的偏振现象在科学技术中，特别是激光 技术、光信息处理、光通信等领域有着重 要的应用。 自然界是不存在线偏振光的，那么怎么在 自然界获得偏振光，而且获得偏振度较高 的线偏振光？利用线偏振光的叠加合成就 可以获得椭圆偏振光、圆偏振光。
例如：让自然光以布儒斯特角通过多块玻璃堆，可 以使透射光接近于线偏振光，n=1.54 利用布儒斯特公式可以 求出入射角 折射定律求出反射角 菲涅尔公式可以求出s、 p波投射系数 即可以求出透射率 进而可知道偏振度
光透过第一块玻璃的 偏振度为 光透过第二块玻璃的 偏振度为 光透过第四块玻璃的偏 振度为 光透过第八块玻璃的 偏振度为
按照堆光片的原理，可以制成一种偏振分光镜
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折射率的计算
n3sinπ/4=n2sinθ tanθ=n1/n2
在偏振分光镜中镀膜的层数很多，分光镜 产生的反射光和透射光的偏振度是很高的。
膜层厚度的的选择应该是膜上、下表面反 射光束满足干涉加强条件，从而使投射光 波中的s波分量最大限度的减小 2nHhHcosθH +λ/2=λ 2nLhLcosθL+λ/2=λ 就是可以得出膜层厚度。 继而就可以投射出偏振度较高的线偏振光