偏振光与自然光的区别
3-1 自然光和偏振光
r0
n2 tgi 0 n1
其中
( 或tgi 0 n 21 )
i0称为起偏振角或布儒斯特角.
推论:当入射角为起偏角时,反射光 线和折射光线互相垂直。 sin i0 n 2 证明： tg i0 n1 cos i0 sin i0 n2 由折射定律有 sin r0 n1 故 sin r0 cos i0
i0 r 0 2
2、玻璃堆(可获得完全偏振光)
3-3 光的双折射 一、双折射现象
一束自然光射向各向异性介质时，在界 面射入介质内部的折射光线分为传播方向 不同的两束折射光线.. 两束折射光的特性: (1)两束折射光是光矢量振动方向不同的 线偏振光; (2)其中一束折射光遵守折射定律,称为寻 常光(O光),另一束不遵守折射定律,称 为非寻常光( 光).
A3-2 反射光和折射光的偏振
一、部分偏振光的获得
s
n1 n2
i i r
反射光和入射光 都是部分偏振光
反射光是垂直入射面振动较强的部分 偏振光,折射光是平行入射面振动较强 的部分偏振光.
二、完全偏振光的获得和布儒斯特定律 S i0 i0 1、 布儒斯特定律 n1
当入射角 i 0 满足下面条件 时,反射光成为完全偏振光, 其光振动垂直入射面;折射 光仍为部分偏振光：
e光
o光
三、尼科耳棱镜的双折射
尼科耳棱镜是用方解石晶体经过加工制 成的,可用作起偏器或检偏器的光学元件.
作用原理：
粘合棱镜的树胶,其折射率大于O光、小 于e光;当入射光到达尼科耳棱镜分界面时 O光产生全反射,e光透过树胶射出.
四、人为双折射现象
光弹性效应 各向同性的物质在机械力的作用下,产生 与方解石相类似的各向异性的光学性质. 电光效应 一些物质在强大的电场作用下,光学性质 由各向同性变为各向异性. 法拉第效应 非晶体在磁场作用下,现双折射的现象.
大学物理——光的偏振
二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 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。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
如何区分自然光和圆偏振光
如何区分自然光和圆偏振光区分自然光和圆偏振光组成的部分偏振光与自然光的具体方法如下。
一、通过震动的规律来区别1、自然光不直接显示偏振现象。
它包括了垂直于光波传播方向的所有可能的振动方向，所以不显示出偏振性。
若直接观察时不能发现光强偏于哪一个方向，并且沿着各个方向振动的光波强度都相同的光就是自然光。
且自然光由七种颜色光组成，分别是：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。
在观察自然光的时候，自然光线偏振光的末端是没有规律的，时而向上，时而左下，无法预知出下一次振动在什么地方，但在某一时间节点上，自然光依然是一个线偏振的光。
2、线偏振光，在大量时间段上，只朝一个方向振动。
不论时间如何推移，总能被预测出下一次振动，还是朝这个方向，圆或者椭圆偏振光。
在大量时间段上，其振动情况始终是围绕着一个圆圈在转动，总能通过上一次的观察预测到他下一次振动将转过多少，最终能知道他的振动方向会画成一个有规律的圆或者椭圆。
二、通过观察玻片上明暗变化来区别在光源与光屏之间加一块偏振片，将偏振片旋转一周进行观察，若光强随偏振片的转动没有变化,这束光是自然光或圆偏振光。
自然光通过后还是自然光。
如果用偏振片进行观察时,光强随偏振片的转动有变化但没有消光，则这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。
这时可将偏振片停留在透射光强度最大的位置,在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行。
再次转动偏振片会若出现两次消光,即为椭圆偏振光，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光,则为部分偏振光。
光的折射的定律1、折射光线和入射光线分居法线两侧，法线居中，与界面垂直。
2、折射光线、入射光线、法线在同一平面内。
3、当光线从空气斜射入其它介质时，角的性质：折射角小于入射角，真空中的角总是大的，其次是空气。
4、当光线从其他介质斜射入空气时，折射角大于入射角。
总结为：谁快谁大。
即为光线在哪种物质中传播的速度快，那么不管那是折射角还是入射角都是较大的角，在真空中的角度总是最大的。
15.1自然光和偏振光马吕斯定律
起 偏
I0
起偏器
1 I0 2 偏振化方向
检 偏
起偏器 检偏器
讨论
如何检验一束光为自然光、线偏振光、 部分偏振光？ 用一偏振片，旋转一圈，
观察光强变化。
旋转一圈，光强无变化。
旋转一圈，光强出现 强、弱、全暗现象。
旋转一圈，光强出现强、 弱变化，无全暗现象。
光的波动性
第一节 自然光和偏振光
不同的光束, 光矢量 E 的振动状态不一定相同。 把 E 的振动状态叫偏振态。
一、自然光 偏振光
1、自然光 (1) 自然光 ：直接从普通光源发出的光。
v
E
(2) 偏振态：自然光在任意时刻，在垂直于传播方向的平 面上，没有哪个方向的光振动比其它方向更占优势。 自然光又称为非偏振光。
符号表示
二 . 偏振片 起偏与检偏 二向色性 : 某些晶体内存在某一特定的方向， 当光射向晶体时，晶体能让这一方向的光振动通过 , 而吸收与这个方向相垂直的光振动, 这种性质称二向 色性 . 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片 .
偏振化方向 ： 当自然光照射在偏振片上时， 它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振 片的偏振化方向 ,又称为透光轴.
(3) 表示：
自然光可分解为两个相互垂直、振幅相等、独立的光振动。
符号表示：
2、偏振光 自然光经过反射、折射、吸收后，可能使一个方向 的光振动全部或部分被消除，这种光称为偏振光。 (1) 线偏振光 ：只有单一方向的 光振动。又称为平面偏振光。 （完全偏振光）。 (2) 部分偏振光 ：某一方向的 光振动比与之垂直方向上的光振 动占优势的光为部分偏振光 。 （由两个相互垂直的、振幅不相 等的、独立的光振动组成。） 符号表示
区分自然光、偏振光、部分偏振光依据和所用器件
有光强变化，但无消光
有光强变化，但无消光
有光强变化，但无消光
¼ 波片 检偏器
自然光 光强无变化
部分圆偏 振光
光强有变化和无消光位置
圆偏振光
光强有变化和有消光位置
¼ 波片
椭圆偏振 光
检偏器 光强有变化和 有消光位置 光强有变化和 无消光位置 光强有变化 和无消光位置 光强有变化和 无消光位置
¼ 波片
振光。自然光经过该玻片仍然是自然光。相应的椭圆偏振光通过该玻片 当长轴与光轴重合时即变成线偏振光，圆偏振光与快轴成45°时也变成 线 偏振光，可利用这些性质判断出入射光的偏振性。
4有消光 无光强变化 无光强变化 无光强变化
圆偏振光
部分圆偏光
椭圆偏振光 部分线偏光 部分椭圆偏光
区分自然光、偏振光、 部分偏振光依据和所用器件
组员： 陈瑞、洪羽剑、原毅
玻片介绍： 4
这种玻片产生的相位延迟为
2m 1
4
玻片产生
2
d 2m 1
玻片厚度为
no ne
4
振光。当入射线偏振光的光矢量与玻片快轴成
2
奇数倍的相位延迟，能使入射的线偏振光变成椭圆偏
（旋转 检偏器 45°）
无光强 变化
部分线偏 振光
部分椭圆 偏振光
有光强 变化
自然光与偏振光
1.3.4 菲涅耳公式
1.0 |tp| 0.5 |ts| |rs| |rp| 0 0 30 60 90
i1/(o)
i1/(o)
图1.3-7 振幅反射比与振幅透射比曲线（n1=1，n2=1.5）
⑤ 线偏振光入射时，反射光和透射光仍为线偏振光，但振动面相对于原入射 光有一定偏转。
1 光波、光线与光子 1.3.5 斯托克斯倒易关系
1.3 自然光与偏振光
定义：外反射：自然光以入射角i1由介质1进入介质2时的反射
内反射：自然光以入射角i2由介质2进入介质1时的反射 取：振幅外反射比：rs、rp， 振幅外透射比：ts、tp 振幅内反射比：rs'、rp'，振幅内透射比：ts'、tp'
时间分布的均匀性表明各个光矢量的初相位取0到2p之间的任意值
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
1.3.2 自然光(完全非偏振光)
自然光：偏振面具有各种不同取向且相位随机分布的平面偏振光之集合
说明：自然光实际上可分解成两个强度相等、振动方向正交但相位各自
随机变化的线偏振光 注意：构成自然光的两个线偏振光分量的相位各自独立地随机变化，因
分量）的线偏振光，透射光变为椭圆偏振光。 ③ 线偏振光以布儒斯特角入射时，若其振动面与入射面垂直，则反射光
和透射光均为振动面垂直于入射面的线偏振光；若入射光振动面与入 射面平行，则反射光强度为0，即全部透射。
1 光波、光线与光子 1.3 自然光与偏振光
玻片堆特点：可对入射光的偏振态及振幅进行调制。
右旋 左旋
d=0
p/4
p/2
3p/4
光的偏振课件
1．自然光和偏振光主要区别是什么？ 提示：在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动， 偏振光沿某一特定方向振动。
2．为什么戴上偏振片眼镜时，可以清楚地看到水中的游鱼？ 提示：由于水面反射的光对人眼产生干扰，使人不能清楚地 看到水下的物体，从水面反射的光中包含有很多偏振光，偏振片 眼镜可不让这些偏振光进入眼晴，则水中的游鱼可以比较清楚地 被看到。
Байду номын сангаас
对偏振片认识的两个误区 [示例] 如图所示，P 是偏振片，P 的透振方向(用带箭头的 实线表示)为竖直方向。下列四种入射光束中，哪几种照射 P 时 能在 P 的另一侧观察到透射光( )
A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成 45°角振动的光
解析：根据光的现象，只要光的振动方向不与偏振片的透振 方向垂直，光都能通过偏振片。太阳光、沿竖直方向振动的光、 沿与竖直方向成 45°角振动的光均能通过偏振片，故 A、B、D 正确。
[疑后小练] 现实生活中，拍摄日落时水面下的游鱼，由于 水面反射光的干扰，常使照片上的图象不清晰。为此，常在照相 机的镜头前装有一偏振片，让偏振片的透振方向与水面的反射光 的振动方向( )
A．一致即成 0°夹角 B．适当调整成 45°夹角 C．垂直即成 90°夹角 D．随所拍摄景物的远近而随时调整，其方向间夹角为 0°～ 90°间某一值
例 2 在垂直于太阳光的传播方向上，前后放置两个偏振片 P 和 Q，在 Q 的后面放上光屏，以下说法正确的是( )
A．Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度不变 B．Q 不动，旋转偏振片 P，屏上光的亮度时强时弱 C．P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度不变 D．P 不动，旋转偏振片 Q，屏上光的亮度时强时弱
1-2自然光、线偏振光、部分偏振光
1
下表面折射：
As 2 2 As 2 sin i'2 As1 sin 2i10 As1
2
2
2
1
As 2 Ap 2
经过n块玻璃透射：
2
2
即透射光是部分偏振光
n , P 1
光波作为电磁波，所谓振动是指空间某一点的电场强度的
方向和大小随时间做周期性的变化。
纵波：过传播方向的各平面都一样，每个平面都包含振动
方向，空间有旋转对称性。
横波：有振动方向的平面特殊。
这种振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。
常见的光的偏振态有五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、
圆偏振光和椭圆偏振光。
透振方向与拉伸方向垂直
2、起偏：
由自然光得到线偏振光
3、马吕斯定律：
入射光分解称两个垂直振 动，一个沿透振方向，一 个垂直于透振方向。
A
θ 入射线 偏振光
第二块偏振片 的透振方向
透射光的振动方向：透振方向
振幅：
光强：
A cos
I A cos I cos
2 2 2
4、检偏：
检验光的偏振态
自然光是由轴对称分布的、无固定位相关系的大量线偏振光
集合而成的，它是非偏振光。
可以认为自然光是由 两个振幅相同、振动 方向互相垂直的非相 干线偏振光的叠加。
自然光的表示法 （1）这两个方向的振动强度相同，因为这两个方向是等价的。
I x I y I0 2
（2）这两个振动的相位无关联，不能再合成为一个矢量。
I I ' 0.15 I s 0.15 2
312例5-2
四、透射光的偏振态
由能量守恒可知，折射光中p分量应大于s分量，是部分偏振光。 讨论自然光以布儒斯特角入射时，从一个玻璃片出射的透射光的 偏振态：
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偏振光与自然光得区别
光就是一种电磁波,电磁波就是横波。
而振动方向与光波前进方向构成得平面叫做振动面,光得振动面只限于某一固定方向得,叫做平面偏振光或线偏振光。
通常光源发出得光,它得振动面不只限于一个固定方向而就是在各个方向上均匀分布得。
这种光叫做自然光。
光得偏振性就是光得横波性得最直接，最有力得证据,光得偏振现象可以借助于实验装置进行观察,P1、Ｐ2就是两块同样得偏振片.通过一片偏振片p1直接观察自然光(如灯光或阳光），透过偏振片得光虽然变成了偏振光,但由于人得眼睛没有辨别偏振光得能力，故无法察觉。
如果我们把偏振片P１得方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光得强度随着Ｐ2转动而出现周期性得变化,而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大.由此可知,通过P1得透射光与原来得入射光性质就是有所不同得，这说明经P１得透射光得振动对传播方向不具有对称性。
自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向得光。
这就是由于XＰ－800P偏振片中存在着某种特征性得方向,叫做偏振化方向,偏振片只允许平行于偏振化方向得振动通过,同时吸收垂直于该方向振动得光。
通过偏振片得透射光,它得振动限制在某一振动方向上，我们把第一个偏振片Ｐ１叫做“起偏器"，它得作用就是把自然光变成偏振光，但就是人得眼睛不能辨别偏振光。
必须依靠第二片偏振片Ｐ2去检查。
旋转Ｐ2,当它得偏振化方向与偏振光得偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2得后面有较亮得光.当Ｐ2得偏振方向与偏振光得偏振面垂直时,偏振光不能通过,在P2后面也变暗。
第二个XＰ-80０Ｐ偏振片帮助我们辨别出偏振光,因此它也称为“检偏器".
光波就是横波,即光波矢量得振动方向垂直于光得传播方向.通常，光源发出得光波，其光波矢量得振动在垂直于光得传播方向上作无规则取向，但统计平均来说,在空间所有可能得方向上,光波矢量得分布可瞧作就是机会均等得，它们得总与与光得传播方向就是对称得，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动得振幅相同，这种光就称为自然光。
偏振光就是指光矢量得振动方向不变，或具有
ﻫ某种规则地变化得光波.按照其性质,偏振光又可分为平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光与椭圆偏振、部分偏振光几种.如果光波电矢量得振动方向只局限在一确定得平面内,则这种偏振光称为平面偏振光，因其电矢量得末端轨迹在传播过程中为一直线，故又称线偏振光。
如果光波电矢量随时间作有规则地改变,即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向得平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光.如果光波电矢量得振动在传播过程中只就是在某一确定得方向上占有相对优势，这种偏振光就称为部分偏振光。
1.自然光
振动方向随机，相对于波矢对称,叠加就是按强度进行叠加。
可沿任意方向正交分解，在任一方向得强度为总强度之半。
自然光就是大量原子同时发出得光波得集合。
其中得每一列就是有一个原子发出得,有一个偏振方向ﻫ与位相,但光波之间就是没有任何关系得。
所以，她们得集合，就就是在各个方向振动相等、位相差随机
得自然光。
在直角坐标系中，一列与X轴夹角为θ得光,在X方向得振幅为,由于各个光波在X
方向总强度就是光强相加,故有
同理
而总光强，故
2．平面偏振光(线偏振光）
只包含单一振动方向得电矢量。
在任一方向得光强,马吕斯定律。
用偏振片可以获得平面偏振光.
消光比=最小透射光强/最大透射光强
３.部分偏振光
介于自然光与线偏光之间。
偏振度＝（ＩMAX—IMIN)/(ＩMAX+IＭＩN）
4．圆偏振光
电矢量端点轨迹得投影为圆.
每一时刻得电矢量可以分解为振幅相等、位相差为π/2、相互垂直得振动.
迎着光得传播方向观察.
用偏振片检验,圆偏光相同.
5.椭圆偏振光
电矢量端点轨迹得投影为椭圆。
每一时刻得电矢量可分解为
椭圆长轴或短轴余坐标轴得夹角
自然光
1。
普通光源中各个分子或原子内部运动状态得变化就是随机得，发光过程又就是间歇得，她们发出得光就是彼此独立得，从统计规律上来说,相应得光振动将在垂直于光速得平面上遍布所有可能得方向,而且所有可能得方向上相应光矢量得振幅（光强度）都就是相等得。
我们把“在垂直于光传播方向得平面内沿各方向振动得光矢量呈对称分布"得光就称为自然光。
ﻫ2．任何取向得一个光矢量都可分解为两个相互垂直方向上得分量。
ﻫ 3.由于自然光得对称性,所有取向得光矢量在这两个方向上得分量得时间平均值彼此相等。
因
此自然光可分解为两个任意垂直方向上得、振幅相等得独立分振动,它们得相位之间没有固定得关系，不能把它们叠加成一个具有某一方向得合矢量,两者得光强度各等于自然光总光强度得一半。
４.自然光得表示方法如下图所示.图中用短线与点子分别表示在纸面内与垂直于纸面得光振动。
线偏振光
1. 光矢量只沿某一固定方向振动得光为线偏振光（演示)。
偏振光得振动方向与传播方向组成得平面称为振动面。
线偏振光也可称为完全偏振光或平面偏振光，有时也简称偏振光。
光得偏振得特性,说明了光不仅就是一种波,而且就是横波。
２．线偏振光也可以用传播方向相同、相位相同或相差、振动相互垂直得两列光波得叠加描述。
部分偏振光
1。
部分偏振光在垂直于光传播方向得平面内沿各方向振动得光矢量都有,但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与它垂直得方向上振动较弱。
（见部分偏振光一）ﻫ２。
部分偏振光得光矢量可分解为两个振幅不等、振动相互垂直得独立分振动。
(见部分偏振光二）。