第56讲波动光学光的偏振第56讲波动光学光的偏振内容
波动光学(偏振)
在我们观察的时间 t 内，在垂直于其传播方向 的平面内，光矢量在哪个方向都不占优势，没有 偏振性，它们对其传播方向形成轴对称分布。
这种大量振幅相同、
各种振动方向都有、
彼此没有固定相位关系的
光矢量的组合叫自然光。
说明没有优势方向
4
自然光的表示法
Ey
Ex Ey
不相干
Ex
我们设想把每个波列的光矢量都沿x、y 轴分解，
依赖于 x, y 方向的选取。
y
Ey
E Ex x
线偏振光可以看成两个相互垂直的同频率的简 谐光振动的合成，它们的相位差是
yx0,
光的偏振性说明了: 光是横波。
3
2.自然光 光源上一个原子一次发出的是一个线偏振光 波列，持续时间约10-8秒。
各原子是独立地、随机地发光的；光矢量振幅 的大小、振动方向、初位相等等也是随机的。
13
反射偏振的应用：
1.测量不透明介 质的折射率。
利用布儒斯特定律
tg
i0
n2 n1
2. 在拍摄玻璃窗内
的物体时，加偏振
片可去掉反射光的
干扰。
未加偏振片
加偏振片后
14
3. 外腔式激光管加装布儒斯特窗 可减少反射损失。
·· i0
i0
i0
··· ·· ·
M1
布儒斯特窗
··
i0 激光输出 M2
假如封闭管子两端的玻璃窗口是垂直于管轴线 的玻璃片，由于自然光每经过一个窗口表面就 有大约4%的反射损失(96%透入)，光在M1 M2 之间每个单程要4次穿过窗口表面，这样，光来 回反射多次时，反射损耗太大就不能形成激光。
x
部分偏振光的表示法：
波动光学光的偏振课件
双折射是指光线在某些特定物质中传播时，由于电磁波的振动方向不同而产生不同的折射现象。实验 中，学生可以使用不同的晶体材料，如方解石、石英等，观察到光的双折射现象，并了解双折射的原 理。
光的偏振态实验
总结词
通过测量偏振光的光强分布，理解偏 振光的性质。
详细描述
实验中，学生可以使用偏振片和检偏 器来测量偏振光的光强分布。通过旋 转检偏器，学生可以观察到光强的变 化，从而理解偏振光的不同状态和性 质。
研究光的偏振状态和偏振光学元件的 应用，用于改善光学系统的成像质量 、提高光学信号的传输效率等。
衍射光学
利用光的衍射现象来设计光学元件和 系统，实现光束的聚焦、分束、成像 等功能，是现代光学和光电子技术的 重要基础。
波动光学的发展
波动光学的发展与光学技术和应用密 切相关，随着光学材料、光学仪器和 光电子技术的不断进步，波动光学的 研究和应用领域也在不断拓展。
除了实验测量外，还可以使用计算机模拟和数学模型来预测和解释光的 偏振行为。这些方法可以帮助我们更好地理解光的波动性质和光学现象 。
04
偏振光干涉
干涉现象
01
02
03
干涉现象
当两束或多束相干光波在 空间某一点叠加时，光波 的振幅会发生变化，产生 明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
相干光波、有相同的频率 、有恒定的相位差。
偏振光可以反映物质的电磁性质和光学性质，有助于深入理解光 与物质相互作用的机制。
提高光学仪器性能
利用偏振光可以优化光学仪器的性能，提高成像质量和使用效果。
推动科技发展
偏振光在光学通信、生物医学、物理实验等领域具有广泛的应用前 景，对推动相关领域的发展具有重要意义。
光的偏振与波动性质
光的偏振与波动性质光是一种电磁波，具有波动性质。
在我们日常生活中，我们经常遇到各种光线，比如来自太阳的阳光、电视屏幕上的影像、手机屏幕上的文字等等。
这些光线都具有不同的特性，其中一个重要的特性就是光的偏振性。
光的偏振是指光的电场矢量在空间中沿特定方向振动的性质。
通常情况下，自然光中的电场矢量在所有可能的方向上都有相同的振动，这种光被称为无偏振光。
但是，在某些情况下，光的电场矢量只在特定的方向上振动，这种光被称为偏振光。
光的偏振可以通过一些偏振器件来实现。
最常见的偏振器件是偏振片，它主要利用了光的波动性质。
在光的传播过程中，电场矢量在空间中振动的方向可以看作是一个矢量的旋转。
而偏振片就是通过选择一定方向上的电场振动来实现光的偏振。
当光通过偏振片时，偏振片会选择一个特定方向上的电场振动，使得通过的光只有在该方向上振动的成分。
而垂直于该方向的电场振动则被偏振片阻隔下来，无法通过。
这样，我们就可以通过调整偏振片的方向，来选择光中不同方向上的电场振动。
除了光的偏振性质外，光还具有波动性质。
波动性质是指光在传播过程中表现出的波动行为。
根据光的波动性质，我们可以解释光的诸多现象，比如衍射、干涉等。
衍射是指光通过一个小孔或者遇到一个小障碍物后，出现扩散现象的现象。
这是由于光的波动性质所导致的。
当光经过一个小孔时，光波会在小孔的周围弯曲，从而在背后形成一个圆形的光斑。
这一现象可以用波动理论解释，即光波通过小孔时，会产生波的干涉和衍射，导致光的扩散。
另一个重要的波动性质是干涉。
干涉是指光波相遇时互相干涉的现象。
当两束光波相遇并叠加时，它们的电场矢量会按照一定的规律相加或者相消。
如果两束光波的电场矢量完全一致，那么它们会相互加强，形成明亮的区域；如果两束光波的电场矢量相反，那么它们会相互抵消，形成暗淡的区域。
这种相互干涉的现象使我们可以通过干涉仪等设备来测量光的波长、光速等物理特性。
通过探究光的偏振与波动性质，我们可以更深入地理解光的本质和行为规律。
大学物理波动光学课件
麦克斯韦电磁理论：19 世纪中叶，英国物理学 家麦克斯韦建立了电磁 理论，揭示了光是一种 电磁波，为波动光学提 供了更加深入的理论根 据。
在这些重要人物和理论 的推动下，波动光学逐 渐发展成为物理学的一 个重要分支，并在现代 光学、光电子学等领域 中发挥了重要作用。
02 光的干涉
干涉的定义与分类
定义 分类 分波前干涉 分振幅干涉
干涉是指两个或多个相干光波在空间某一点叠加产生加强或减 弱的现象。
根据光源的性质，干涉可分为两类，分别是ห้องสมุดไป่ตู้波前干涉和分振 幅干涉。
波前上不同部位发出的子波在空间某点相遇叠加产生的干涉。 如杨氏双缝干涉、洛埃镜、菲涅尔双面镜以及菲涅尔双棱镜等
。
一束光的振幅分成两部分（或以上）在空间某点相遇时产生的 干涉。例如薄膜干涉、等倾干涉、等厚干涉以及迈克耳孙干涉
波动光学与几何光学的比较
几何光学
几何光学是研究光线在介质中传播的光学分支，它主要关注 光线的方向、成像等，基于光的直线传播和反射、折射定律 。
波动光学与几何光学的区分
波动光学更加关注光的波动性质，如光的干涉、衍射等现象 ，而几何光学则更加关注光线传播的几何特性。两者在研究 对象和方法上存在差异，但彼此相互补充，构成了光学的完 整体系。
VS
马吕斯定律
当一束光线通过两个偏振片时，只有当两 个偏振片的透振方向夹角为特定值时，光 线才能通过。这就是马吕斯定律，它描述 了光线通过偏振片时的透射情况。这两个 定律在光学和物理学中都有着广泛的应用 。
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分类
根据障碍物的大小和光波波长的相对 关系，衍射可分为菲涅尔衍射和夫琅 禾费衍射。
单缝衍射与双缝衍射
单缝衍射
光的偏振与光的波动性知识点总结
光的偏振与光的波动性知识点总结光是一种电磁波，在传播过程中具有波动性和偏振性。
理解光的偏振和波动性对于研究光学现象和应用具有重要意义。
本文将对光的偏振和波动性的知识点进行总结。
一、光的波动性光的波动性是指光的传播具有波动性质。
光波的特点包括波长、频率和振幅。
1. 波长：光波的波长指的是两个相邻波峰（或波谷）之间的距离，通常用λ表示。
波长与光的颜色有关，不同波长的光具有不同的颜色。
2. 频率：光波的频率指的是单位时间内波峰（或波谷）的个数，通常用ν表示。
频率与波长之间有关系：频率等于光速除以波长，即ν=c/λ，其中c为光速。
3. 振幅：光波的振幅表示波的强度或能量大小。
振幅越大，波的强度越大。
二、光的偏振光的偏振是指光波中的电矢量（电场的方向）仅在一个特定的方向上振动。
光的偏振可以通过偏振片实现。
常见的偏振情况包括自然光、线偏振光和圆偏振光。
1. 自然光：自然光是指光波中的电矢量在所有方向上均匀振动，其光波是由许多不同方向的分量构成的。
2. 线偏振光：线偏振光是指光波中的电矢量只在一个平面上振动，其振动方向可以是任意的。
线偏振光可以由偏振片产生，偏振片只允许某个特定方向上的光通过，而将其他方向上的光吸收或透过。
3. 圆偏振光：圆偏振光是指光波中的电矢量在平面内旋转，形成螺旋状振动。
圆偏振光可以由波片产生，波片具有调整电矢量旋转方向和速率的功能。
三、光的偏振与光的波动性之间的关系光的偏振与光的波动性有密切的联系。
光的波动性决定了光的传播方式和性质，而光的偏振则涉及光波的方向性和振动方式。
1. 光波与偏振：光波可以存在不同的偏振状态，包括线偏振、圆偏振和自然光。
不同偏振状态的光波在传播中表现不同的特性，如透过偏振片的能力和相位差的变化等。
2. 光的波动性与固体材料：光的波动性对于固体材料的光学性质和物理行为具有重要影响。
例如，光的折射、反射、散射和干涉等现象都可以通过光的波动性来解释。
3. 光的偏振与光学器件：光的偏振可用于设计和制造各种光学器件和设备，如偏振镜、液晶显示屏等。
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。
高中物理竞赛—第五篇 波动光学：光的偏振(共23张PPT)
线偏振光
部分偏振光
iB
n1 n2
布儒斯特定律的实质：E全部分透量射在。iB 角入射时不反射，
若以角 i 入射，则不论什么光成份都有反射。
7
应用：（1）可由反射获得线偏振光（玻璃片就是起偏器） 例如激光器中的布儒斯特窗
线偏振光
iB
（2）可测不透明媒质折射率
tgiB n
（3）反射光是部分偏振光， 利用偏振片可消去大部
y
u
E
在同一波线上 E平行振动，
振动面为 xy面，这种现象
x
称偏振。
zH
表示法：
传播方向
传播方向
1
2. 自然光（非偏振光） 光源中许多原子同时跃迁
传播方向
独立发光， 方向各不相同， 但机会均等。
自然光可分解为两个垂直 的、振幅相等的独立光振动。
表示法：
3. 部分偏振光
表示法：
如何由自然光获得线偏振光？
它们都是线偏振光，且振动方向互相垂直。
演示：上述现象！
10
2. 双折射的原因是晶体的各向异性
o 光 这种振动沿各方向传播速度相同，
o 光子波波阵面为球面。
e 光 这种振动沿各方向传播速度不同， e 光子波波阵面为旋转椭球面。
（如方解石） o 光 vo e 光
ve
光轴
o光
c vo
no
常数
e光
c ve
传播方向
4
其它值 斜椭圆偏振光 3
17
2. 椭圆和圆偏振光的获得
自然光入射到晶体片上，
光轴
出射光仍为自然光。 线偏振光入射到晶体片上， 晶片
Ae Acos Ao A sin
出射的o光e光有恒定位相差
光的偏振和波动性质
光的偏振和波动性质光是一种电磁波，具有波动性质。
在传播过程中，光的振动方向与传播方向之间存在着一定的关系，这就是光的偏振性质。
本文将介绍光的偏振和波动性质，包括光的偏振现象、偏振光的性质以及偏振现象的应用。
一、光的偏振现象光的偏振是指光波中的电矢量只沿着某一特定方向振动，而在垂直于该方向的平面内无明显变化。
光的偏振现象最早由法国物理学家马尔斯·昂利·布拉伊斯特（Malus）于19世纪初实验发现。
光的偏振有两种基本情况：线偏振和圆偏振。
线偏振是指光波中的振动方向沿着直线传播，圆偏振是指光波中的振动方向随时间按圆的轨迹传播。
二、偏振光的性质偏振光具有一些独特的性质，不同于普通的自然光。
下面是常见的偏振光性质：1. 偏振态：偏振光可分为水平偏振、垂直偏振、斜偏振等多种状态。
水平偏振光的电矢量在水平平面内振动，垂直偏振光的电矢量在垂直平面内振动。
2. 偏振方向：光波中电矢量振动的方向就是偏振光的偏振方向。
3. 偏振角：偏振角是指偏振光的振动方向与某一参考方向之间的夹角。
4. 偏振片：偏振片是可以选择性地通过或屏蔽某个特定方向光波的光学器件。
它可以将非偏振光转化为偏振光，或改变偏振光的偏振方向。
三、偏振现象的应用偏振现象在许多领域都有广泛的应用，下面是一个简要介绍：1. 偏振片的应用：偏振片广泛用于光学仪器和光学测量装置中。
例如，摄影中使用的偏振镜可以减少水面、玻璃等物体的反射光，使摄影效果更加清晰。
2. 光通信：偏振光的传输和调制可以提高光通信的传输速度和容量，并减少信号间的干扰。
3. 光偏振显微镜：光偏振显微镜利用样品对光的偏振效应进行观察和分析，可以用于研究材料的结构、力学性质等。
4. 3D影像技术：偏振光在3D影像技术中起到重要作用。
通过利用偏振光的性质，可以实现更加逼真的3D影像效果。
总结：光的偏振和波动性质是光学中的重要概念。
了解光的偏振现象和偏振光的性质对于理解光的行为和应用具有重要意义。
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2．偏振片（ Polaroid ）： 两向色性的有机晶体，如硫酸碘奎宁、电气石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡 后，在高温下拉伸、烘干，然后粘在两个玻璃片之间就形成了偏振片。它有一 个特定的方向，只让平行与该方向的振动通过，这一方向称为透振方向。
2
第 56 讲 波动光学 —— 光的偏振
椭圆
圆
线
3．部分偏振光（ Partial Polarization ）： 1）光波中不同方向上的光振动振幅不等， 的方向上的振幅最小，则称为部分偏振光。
在某一方向上振幅最大，
2）部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。
3）表示方法： 振动面平行于纸面较强的部分偏振光 振动面垂直于纸面较强的部分偏振光
三、光的分类 —— 以偏振为依据 光的横波性表明，光的振动矢量与光的传播方向垂直，然而在与传播方向
垂直的二维空间内，可以有各种各样的振动状态，我们称此为光的偏振状态 （ Polarization State）。 1．线偏振光（ Linear Polarization ）： 1）在垂直于传播方向的平面内， 光矢量只沿某一个固定方向振动， 则称为 平面
而与之垂直
4．其他偏振光 如椭圆偏振光 （ Elliptic Polarization ）、圆偏振光 （ Circular Polarizayion ）等。
三、偏振度（ Degree of Polarization ）
1．定义：若与最大和最小振幅对应的光强分别为 为
P＝ I m a x I m i n Im a x I m i n
2．光的偏振度 对于自然光： I max=I min， P=0，偏振度最小； 线偏振光： I min=0， P=1，偏振度最大； 部分偏振光， 0<P<1。
I max 和 I min。则偏振度的定义
四、偏振片 起偏与检偏：
1．基本概念： 普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光的器件称为起偏器
1
第 56 讲 波动光学 —— 光的偏振
偏振光 ，又称为 线偏振光 。
2）表示方法： 如图所示，短线表示振动方向平行于纸面的线偏
振光；而点子表示振动方向垂直于纸面的线偏振光。
2．自然光（ Natural Light ） 光是由光源中大量原子（分子）发出的。各原子发出的光的波列不仅初相
位彼此不同，而且振动方向 也各不相同。在每一时刻， 光源中大量原子所发出的光 的总和，实际上包含了一切 可能的振动方向，而且平均说来，没有哪个方向上的光振动比其它方向占有优 势，因而表现为在不同的方向上有相同的能量和振幅。这种各个方向光振动振 幅相同的光，称为自然光。
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。 定义：振动方向对于传播方向的不对称 性称为偏振性。只有横波才具有偏振现象， 偏振现象是横波区别于纵波的一个最明显 的区别。 2）光的偏振性： 电场强度矢量 —— 光矢量 对于平面电磁波，光矢量 E 的振动方向于传播方向垂直。 光矢量 E 的振动方向总是与光的传播方向垂直的， 即光矢量的横向振动状 态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量的振动相对于传播方向的不对 称性，称为光的偏振性。
1）在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等； 2）自然光可
yx u
分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光，
它
们的振幅相等，且在各光振动之间没有确定的相位关系，
因此它们各占自然光总光强的一半。
3）自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀 地画出。
... u
4）除自然光外，光的偏振状态有以下四种：部分偏振光， 线偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光。
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。
第 56 讲：波动光学 —— 光的偏振
内容： § 17－ 12~§17－ 17 1．自然光与偏振光 2．起偏与检偏 3．反射光与折射光的偏振 4．双折射现象 5．旋光现象 6．偏振光的干涉 7．非线形光学现象
（40 分钟） （30 分钟）
（ 40 分钟）
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
第 56 讲 波动光学 —— 光的偏振
§17－ 12 光的偏振性 马吕斯定律
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第 56 讲 波动光学 —— 光的偏振
Байду номын сангаас
是一种人工膜片，其中有大量按一定规则排列的微小晶粒，对不同方向的 光振动有选择吸收的性能，从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射