第十一章 【光的偏振】习题课
光的偏振习题课
要使
I → max ， 须
sin 2α = 1
2α = π 2
α= π 4
13
3. 双折射 o光，振动方向垂直于主平面 光 e光，振动方向平行于主平面 光 例2. 用惠更斯原理作出方解石晶体器 件中的双折射光路图
⋅⋅
·
o
e
⋅
光轴
光轴
⋅⋅
(e ) (0)
n0 sin i = n( 0 ) sin γ ( 0 ) ne sin i = n( e ) sin γ ( e )
（3）屏前加偏振片 P3 ，且偏振化方向 ） 有无条纹？ 有无条纹？
P0
P3 // P0
P2 r E2
P0
屏上
P1
P3
P3
P2
r E1
P1
有条纹，条纹位置与原来同。 有条纹，条纹位置与原来同。 屏上有无条纹? （4）若去掉 P0 , 屏上有无条纹 ）
无条纹
屏上有无条纹? （5）若去掉所有的偏振片 屏上有无条纹 有条纹 ）若去掉所有的偏振片,屏上有无条纹
18
END
19
光的偏振 1. 马吕斯定律： 马吕斯定律：
I自 I0 = 2 I = I 0 cos 2 α
2. 布儒斯特定律
n2 tgi0 = n1 i0 + γ = 90
0
12
例.让入射的平面偏振光依次通过偏振片 P1 和 P2 ， P1 让入射的平面偏振光依次通过偏振片 和 P2 的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分 别是 α 和 β ,欲使最后透射光振动方向与原入射光 振动 欲使最后透射光振动方向与原入射光 方向垂直,并且透射光有最大光强 并且透射光有最大光强,问 方向垂直 并且透射光有最大光强 问 α , β 各应满足 什么 条件? 条件 要使透射光与入射光垂直,须 解：要使透射光与入射光垂直 须 β = π
光的偏振典型习题
光的偏振1．下列关于偏振光的说法中正确的是( )A．自然光就是偏振光B．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光C．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光D．单色光就是偏振光答案：C解析：自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光。
所以选项C正确。
2．(2010·石家庄市第一中学高二检测)P是一偏振片，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°角振动的光答案：ABD解析：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。
3．在垂直于太阳光的传播方向前后放置两个偏振片P和Q。
在Q的后边放上光屏，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答案：BD解析：P是起偏器，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时，通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱。
4.如图所示，电灯S发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P 处迎着入射光方向，看不到光亮，则( )A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮答案：BD解析：自然光沿各个方向发散是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只有沿着某一特定方向振动的光。
11章光的偏振。习题答案
第11章 光的偏振 习题11.1 一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后，出射光的光强为I = I 0/8。
已知P 1和P 3的偏振化方向互相垂直。
若以入射光为轴，旋转P 2，问P 2最少要转过多大角度，才能使出射光的光强为零？解 首先求P 2 与P 3 的偏振化方向之间夹角为多大时，穿过第三个偏振片的透射光强为301=8I I （1）自然光通过P 1后光强变为1012I I =（2） 设P 2 与P 1的偏振化方向之间夹角为θ，则由马吕斯定律可得透过P 2 的光强为222101cos cos 2I I I θθ==（3） 又由马吕斯定律可得透过P 3后的光强为()2222320011cos 90cos sin sin 228I I I I θθθθ=−==D （4） 将式（1）和式（4）联立求解，可得P 2 与P 1的偏振化方向之间夹角为θ=45º若以入射光为轴，旋转P 2，使出射光的光强为零，则由马吕斯定律得到()2222320011cos 90cos sin sin 2028I I I I αααα=−===D （5） 求解式（5）可得到P 2最少要转过的角度为α=45 º11.2 有三个偏振片堆叠在一起，第一块与第三块的偏振化方向互相垂直，第二块与第一块的偏振化方向互相平行。
设入射自然光的光强为I 0，若第二块偏振片以恒定角速度ω绕光的传播方向旋转，如图11-1所示。
试证明，此自然光通过这一系统后，出射光的光强为0(1cos 4)16I I t ω=−。
图11-1 题11.2图证 如图11-1所示，P 1的偏振化方向垂直于P 3的偏振化方向。
设入射自然光的光强为I 0，则通过P 1后强度为I 0/2。
若在时刻t ， P 2的偏振化方向 与 P 1的偏振化方向的夹角为t ωθ=，则P 2 与P 3的夹角为θ−D 90。
根据马吕斯定律可得此时出射光强为222101cos cos 2I I I t θω==（1） ()()()2232222020200cos 90sin 1cos sin 212cos sin 81sin 2811cos 416I I I I t t I t t I t I t θθωωωωωω=−===⋅=⋅=−D11.3 使自然光通过两个偏振化方向相交60˚的偏振片，透射光的光强为I 。
光的偏振习题教案
光的偏振一、选择题：1．自然光从空气连续射入介质A 和B 。
光的入射角为60°时，得到的反射光R A 和R B 都是完全偏振光（振动方向垂直入射面），由此可知，介质A 和B 的折射率之比为（ ） (A) 31； (B) 3； (C) 21； (D) 12。
【由布儒斯特定律10tan /A i n n =知tan60A n = 那么在入射介质B 的入射角为30°，再由布儒斯特定律2tan /B A i n n =，有tan301B A n n == 】2．有折射率分别为1n 、2n 的两种媒质，当自然光从第一种媒质（1n ）入射到第二种媒质（2n ）时起偏角为0i ，而自然光从第二种媒质入射到第一种媒质时，起偏角为0'i 。
若00'i i >，则两种媒质的折射率1n 、2n 的大小关系为： （ ）(A) 12n n >； (B) 12n n <； (C) 12n n =； (D) 难以判断。
【tan α在第一象限是增函数。
由布儒斯特定律021tan /i n n =和012tan '/i n n =知2112///n n n n >】3．三个偏振片1P 、2P 、3P 堆叠在一起，1P 和3P 的偏振化方向相互垂直，2P 与1P 的偏振化方向间的夹角为45°，光强为I 0的自然光入射于1P ，并依次通过1P 、2P 与3P 三个偏振片，则最后的出射的光强为（ ）(A) 0/16I ； (B) 03/8I ； (C) 0/8I ； (D) 0/4I 。
【自然光过P 1变为02I ，过P 2变为20cos 452I ，过P 3变为220cos 45cos 452I ⋅ ，而cos 45= 】4．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片1P 、2P 、3P 后出射的光强为08I 。
已知1P 和3P 的偏振化方向相互垂直。
若以入射光线为轴旋转2P ，要使出射光强为零，2P 至少转过的角度是：（ ） (A) 30 ； (B) 45 ； (C) 60 ； (D) 90 。
光的偏振习题
C 光在垂直光轴 方向的折射率 合称 和 晶 体的主折射率
C
对于方解石
则
o、e光的方向 1, 2， 图中入射平行光束中两条光线 时刻1到达 A，2到达B； 时刻1在晶体内的 和 波面到达图中的圆和椭圆处，2则刚到达 晶面上的D点。试定性画出晶体内 和 的传播
方向。
光轴
方解石主截面
的传播方向 垂直于 D到圆的切线
两椭圆切线为 e光束波阵面。
C
O光
传播方向相同 速度大小不同 振动相互垂直
O光
e光
e光
屋拉斯顿棱镜
波片
一、波片（或波晶片）
光轴方向
双折射晶体 波片
是从双折射单轴晶体 中切割下来的平行平面 薄片，其表面与晶体光 轴方向平行。
波片的主要参数是：
波片的厚度 波片的晶体对波长为 光的主折射率 的单色
两偏振片透振方向正交 两偏振片透振方向平行 相位差 相位差 白光中的各种波长不可能同时满足同一情况的相长干涉或相消干涉条件
白光
1
若 1 满足 的相长干涉条 件，对于 则满足相 消或 减弱 条件ห้องสมุดไป่ตู้
若
2 满足
白光
2
的相长干涉条件， 对于 则满 足相 消条件
此类现象称为 色偏振
的传播方向
CC
垂直于 D到椭圆的切线
续上 若将方解石沿着平行于光轴的方向磨出一个平面 用一平行光束垂直于此平面入射。试根据方解石 内 O光 和 光 的波面特点，定性画出 O光 、 光
e
e
的传播方向和任一时刻两光束的波阵面。
作o、e 光波面图， e 光最大速 C 度在垂直光 轴方向。 两圆切线为o 光束波阵面。
第11章 光的偏振答案
1. 简述何谓偏振光？答：光是电磁波，包含各个方向的光振动，如果只一个方向的光振动，这样的光称为偏振光。
2.简述何谓部分偏振光？答：光是电磁波，包含各个方向的光振动，如果某一个方向的光振动占优势，这样的光称为部分偏振光。
二、选择题1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过，现当其中一偏振片慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为 ［ C ］ （A ）光强单调增加； （B ）光强先增加，后减小，再增加； （C ）光强先增加，后又减小至零；（D ）光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零。
2．一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［ B ］ (A) 是自然光．(B) 是线偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面．(C) 是线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3．一束太阳光以某一入射角入射到平面玻璃上,这时反射光为线偏振光。
已知透射光的折射角为32︒,则太阳光的入射角I 为［D ］ （A ）58︒ （B ）120︒ （C ）90︒ （D ）32︒三、 填空题1．两偏振片的偏振化方向成30︒夹角时，自然光的透射光强为I 1，若使两偏振片透振方向间的夹角变为45︒时，同一束自然光的透射光强将变为I 2，则21/I I 为322．一束自然光入射到两块叠放在一起的偏振片上，转动第二块偏振片，测得透射光的强度为最大透射光强度的14，则此时两偏振片的偏振化方向夹角α= 45° 。
3．水的折射率为1.33，玻璃的折射率为1.50。
当光由水入射玻璃而反射时，起偏角为48.43 ；当光由玻璃入射水而反射时，起偏角又为 041.56 。
四、计算题1．自然光垂直通过两叠在一起的偏振片上。
求：在下列情况下两偏振片的偏振化方向夹角。
2102m 020m 0111I I cos arccos 0.6155(35.26)231111I I ,I I cos I I arccos54.7322363ooax ax rad αααα==⇒======⇒==解:（）2.自然光通过两偏振化方向成060角的偏振片，透射光强为1I 。
光的偏振习题(附答案)
光的偏振（附答案）一． 填空题1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变；若入射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗；若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗.2. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光.3. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这束光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍.4. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振片后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为（取锐角）是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角（取锐角）相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0.5. 某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于450, 则光从空气射向此媒质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光.6. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上（空气折射率为1）, 当折射角为300时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732.7. 一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面,晶体厚度为0.05 mm, 对钠黄光方解石的主折射率n 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad.8. 在杨氏双缝干涉实验中, 若用单色自然光照射狭缝S, 在屏幕上能看到干涉条纹. 若在双缝S 1和 S 2后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹.二． 计算题9. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例.解：设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:201021cos 2I I I α=+ 当α=0时, 透射光的光强最大,max 010212I I I =+,当α=π/2时, 透射光的光强最小,min 0212I I =max min 0102020102177322I I I I I I I =∴+=⇒=入射总光强为：00102I I I =+01020031,44I I I I ∴== 10. 如图所示, 一个晶体偏振器由两个直角棱镜组成（中间密合）. 其中一个直角棱镜由方解石晶体制成, 另一个直角棱镜由玻璃制成, 其折射率n 等于方解石对e 光的折射率n e . 一束单色自然光垂直入射, 试定性地画出折射光线, 并标明折射光线光矢量的振动方向. (方解石对o 光和e 光的主折射率分别为1.658和1.486.)解：由于玻璃的折射率n 等于方解石对e 光的折射率, 因此e 光进入方解石后传播方向不变. 而n=n e >n o , 透过因此o 光进入方解石后的折射角<450, 据此得光路图.11. 用方解石割成一个正三角形棱镜, 其光轴与棱镜的棱边平行, 亦即与棱镜的正三角形横截面垂直. 如图所示. 今有一束自然光入射于棱镜, 为使棱镜内的 e 光折射线平行于棱镜的底边, 该入射光的入射角i 应为多少？ 并在图中画出 o 光的光路并标明o 光和e 光的振动方向. 已知n e = 1.49 （主折射率, n o =1.66.解：由于e 光在方解石中的振动方向与光轴相同, o 光在方解石中的振动方向与光轴垂直, 所以e 光和o 光在方解石内的波面在垂直于光轴的平面中的截线都是圆弧. 但 v e > v o ,所以e 波包围o 波.由图可知, 本题中对于e 光仍满足折射定律sin sin e e i n γ=由于 e 光在棱镜内折射线与底边平行,30e γ=︒ 0sin sin 30 1.490.50.745e i n ==⨯=入射角 4810o i '= 又因为sin sin o o i n γ= sin sin 4810sin 0.4491.66o o o i n γ'∴===故o 光折射角2640o o γ'=12. 有三个偏振片堆叠在一起, 第一块与第三块的偏振化方向相互垂直, 第二块和第一块的偏振化方向相互平行, 然后第二块偏 振片以恒定角速度ω绕光传播的方向旋转, 如图所示. 设入射自然光的光强为I 0. 求此自然光通过这一系统后, 出射光的光强.解:经过P 1, 光强由I 0变为I 0/2, P 2以ω转动, P 1, P 2的偏振化方向的夹角θ=ωt202cos 2I I t ω=P 2以ω转动, P 2, P 3的偏振化方向的夹角β=π/2-ωt22203222000cos cos sin 2(2sin cos )sin 2(1cos 4)8816I I I t t I I I t t t t βωωωωωω==⋅===- 13. 有一束钠黄光以50角入射在方解石平板上, 方解石的光轴平行于平板表面且与入射面垂直, 求方解石中两条折射线的夹角.（对于钠黄光n o =1.658, n e =1.486）解: 在此题的特殊条件下, 可以用折射定律求出o 光, e 光折射线方向. 设i 为入射角, o γ和e γ分别为o 光和e 光的折射角.由折射定律:sin sin o o i n γ=sin sin e e i n γ=sin sin /0.463o o i n γ∴==, 27.5o o γ=sin sin /0.516e e i n γ==, 31.0o e γ=31.027.5 3.5o o o e o γγγ∆=-=-=14. 如图所示的各种情况下, 以非偏振光和偏振光入射两种介质的分界面, 图中i 0为起偏角, i 试画出折射光线和反射光线, 并用点和短线表示他们的偏振状态.15. 如图示的三种透光媒质I 、II 、III, 其折射率分别为n 1=1.33、n 2=1.50、n 3=1, 两个交界面相互平行, 一束自然光自媒质I 中入射到I 与II 的交界面上, 若反射光为线偏振光,（1） 求入射角I;（2） 媒质II 、III 交界面上的反射光是不是线偏振光？为什么？解：（1）由布儒斯特定律：()21/ 1.50/1.33tgi n n ==4826o i '=令介质II 中的折射角为γ,则/241.56o i γπ=-=此γ在数值上等于在II 、III 界面上的入射角.若II 、III 界面上的反射光是线偏振光, 则必满足布儒斯特定律()032/ 1.0/1.5tgi n n ==033.69o i =因为0i γ≠, 故II 、III 界面上的反射光不是线偏振光.16. 一块厚0.025mm 的方解石晶片, 表面与光轴平行并放置在两个正交偏振片之间, 晶片的光轴与两偏振片的偏振化方向均成45度角. 用白光垂直入射到第一块偏振片上, 从第二块偏振片出射的光线中, 缺少了那些波长的光.(假定n o =1.658, n e =1.486为常数）解： 2()C o e n n d πφλ∆=-2()o e n n d πφπλ⊥∆=-+ 045α=相干相消：(21)k φπ⊥∆=+缺少的波长：()o e n n dk λ-=, 6,7,8,9,10k =717,614,538,478,430nm λ=17. 一方解石晶体的表面与其光轴平行, 放在偏振化方向相互正交的偏振片之间, 晶体的光轴与偏振片的偏振化方向成450角. 试求：（1）要使λ = 500nm 的光不能透过检偏器, 则晶片的厚度至少多大？（2）若两偏振片的偏振化方向平行, 要使λ =500nm 的光不能透过检偏器, 晶片的厚度又为多少？(方解石对o 光和e 光的主折射率分别为1.658和1.486.)解：（1）如图（a ）所示, 要使光不透过检偏器, 则通过检偏器的两束光须因干涉而相消, 通过P 2时两光的光程差为0()e n n d ∆=-对应的相位差为:02π()2πππe n n d δφλλ-∆=+=+由干涉条件：(21)π(0,1,2......)k k φ∆=+=02π()π(21)πe d n n k λ-+=+当k=1时, 镜片厚度最小, 为760510 2.910(m)()(1.658 1.486)e d n n λ--⨯===⨯-- （2）由图（b)可知当P 1, P 2平行时, 通过P 2的两束光没有附加相位差π, '02π()(21)π(0,1,2..)e d n n k k φλ∴∆=-=+=当k=0时, 此时晶片厚度最小,7065102()2(1.658 1.486)1.4510(m)e d n n λ--⨯==-⨯-=⨯18. 一束平行的线偏振光在真空中的波长为589nm, 垂直入射到方解石晶体上,晶体的光轴与表面平行, 如图所示. 已知方解石晶体对该单色o 光和e 光的折射率分别为1.658、1.486, 方解石晶体中寻常光的波长和非常光的波长分别等于多少？解：方解石晶体中o 光和e 光的波长分别为o o n λλ=658.1589=)nm (2.355=e e n λλ=486.1589=)nm (4.396= 三． 证明与问答题19. （证明题）一块玻璃的折射率为2 1.55n =, 一束自然光以θ角入射到玻璃表面, 求θ角为多少时反射光为完全偏振光？证明在下表面反射并经上表面透射的光也是完全偏振光.解：根据布儒斯特定律201tg n i n =121tg 571017n n θ-'''== 由折射定律：12sin sin n n θγ=π/2θγ+=πsin sin()cos 2θγγ=-=γ角满足布儒斯特定律.20. （问答题）用自然光源以及起偏器和检偏器各一件, 如何鉴别下列三种透明片：偏振片、半波片和1/4波片？答：令自然光先通过起偏器, 然后分别通过三种透明片, 改变起偏器的透振方向, 观察现象, 出现消光的透明片为偏振片, 再通过检偏器, 改变检偏器的透振方向, 出现消光的透明片为半波片.。
光的偏振习题答案及解法
光的偏振习题答案及解法————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：光的偏振习题、答案及解法一、 选择题1. 在双缝干涉实验中，用单色自然光照色双缝，在观察屏上会形成干涉条纹若在两缝封后放一个偏振片，则（B ） A 、 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强； B 、 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱； C 、干涉条纹的间距变窄，但明纹的亮度减弱； D 、 没有干涉条纹。
2.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的7倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为（B ） A 、 21 ； B 、 31 ； C 、 41 ； D 、 51 。
参考答案：()θηη200cos 12-+=I I I ()ηη-+=1200max I I I η20min I I = ()7212000minmax=-+=ηηηI I I I I ηη-=27 31=η 3.若一光强为0I 的线偏振光先后通过两个偏振片1P 和2P 。
1P 和2P 的偏振化方向与原入射光矢量振动方向的夹角分别为090和α，则通过这两个偏振片后的光强I （A ） A 、)2(sin 4120a I ； B 、 0 ； C 、 a I 20cos 41 ； D 、 a I 20sin 41。
参考答案： ⎪⎭⎫ ⎝⎛-=απα2cos cos 220I I )2(sin 4120a I I =4．一光强为0I 的自然光垂直通过两个偏振片，且两偏振片偏振化方向成030则穿过两个偏振片后的光强为（D ）A 、 430I ；B 、 40I ；C 、 80I ；D 、 830I 。
参考答案： 836cos 2cos 202020II I I ===πα 5.一束光强为0I 自然光，相继通过三个偏振片321P P 、、P 后，出射光的光强为8I I =。
6_6光的偏振习题
Dy 0 Dx0 1 , 2
此图D1， D2， D，是左旋圆偏振波
补充：用矢量波的波函数和Jones列矩阵
按照 D 矢量的波函数:
Dx Dx0 cos(kz t x0 ) Dy Dy0 cos(kz t y0 )
复指数函数形式：
Dx Dx0 exp j ( kz t ) x 0 Dy Dy0 exp j ( kz t ) y 0
都是线偏振光， 光轴
一般 o e ，光轴除外。
正晶体：石英 .no 1.544 ne 1.553 单轴 负晶体 : 方解石.no 1.658 ne 1.486 双轴
四、偏振器件：
⒈尼科耳棱镜：可以作为起偏器，也可以作为检偏器。自然光通过平行尼 科耳时透射光最强；通过正交尼科耳时透射光强为0。 1 2 sin ( n o n e ) tg ⒉沃拉斯顿棱镜： 1 2 2 (n n )d . d — 晶片的厚度。 ⒊波片: ( 2 k 1 ) , ( 2 k 1 ) , ① 4 片： 4 2 能把圆偏振光→线偏振光；也能使线偏振光→椭圆、圆、线偏振光。
2 1 π （2） A2 y x A1
y
A2
o
A1
x
(2)
ˆD0 coskz t ˆ Di jD0 sinkz t
解：
D iD0 cos kz t jD0 cos kz t 2
Dy 0 Dx0 1 , 2
偏振光和偏振器件的琼斯矩阵
一、偏振光的矩阵表示 1、沿z方向传播单色偏振光矩阵表示 因为： 因此： 则有： 最后有：
光的偏振计算题及答案
《光的偏振》计算题1. 将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45︒和90︒角．(1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态．(2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245︒＝I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245︒＝I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平行． 2分(2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时I 3 =0. 1分I 1仍不变． 1分2. 两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成α1＝30°时，观测一束单色自然光．又在α2＝45°时，观测另一束单色自然光．若两次所测得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比．解：令I 1和I 2分别为两入射光束的光强．透过起偏器后，光的强度分别为I 1 / 2和I 2 / 2马吕斯定律，透过检偏器的光强分别为 1分1211cos 21αI I =', 2222cos 21αI I =' 2分 按题意，21I I '='，于是 222121cos 21cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分3. 有三个偏振片叠在一起．已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直．一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16．求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角．解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ．透过第一个偏振片后的光强 I 1＝I 0 / 2． 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2，由马吕斯定律，I 2＝(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3，I 3 ＝I 2 cos 2(90°－θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3＝I 2 / 16所以 sin 22θ = 1 / 2，()2/2sin 211-=θ＝22.5° 2分4. 将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60，一束光强为I 0的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角．(1) 求透过每个偏振片后的光束强度；(2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光，求透过每个偏振片后的光束强度．解：(1) 透过第一个偏振片的光强I 1I 1＝I 0 cos 230° 2分＝3 I 0 / 4 1分透过第二个偏振片后的光强I 2， I 2＝I 1cos 260°＝3I 0 / 16 2分(2) 原入射光束换为自然光，则I 1＝I 0 / 2 1分I 2＝I 1cos 260°＝I 0 / 8 2分5.强度为I 0的一束光，垂直入射到两个叠在一起的偏振片上,这两个偏振片的偏振化方向之间的夹角为60°.若这束入射光是强度相等的线偏振光和自然光混合而成的，且线偏振光的光矢量振动方向与此二偏振片的偏振化方向皆成30°角，求透过每个偏振片后的光束强度． 解：透过第一个偏振片后的光强为2001cos 212121⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪⎭⎫ ⎝⎛=I I I 30° 2分 ＝5I 0 / 8 1分 透过第二个偏振片后的光强I 2＝( 5I 0 / 8 )cos 260° 1分＝5I 0 / 32 1分6.两个偏振片P 1，P 2叠在一起，一束强度为I 0的光垂直入射到偏振片上．已知该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成，且入射光穿过第一个偏振片P 1后的光强为0.716 I 0；当将P 1抽出去后，入射光穿过P 2后的光强为0.375I 0．求P 1、P 2的偏振化方向之间的夹角．解：设入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向之间的夹角为θ1，已知透过P 1后的光强I 1＝0.716I 0，则I 1＝0.716 I 0＝0.5(I 0 / 2)＋0.5(I 0 cos 2θ1) 3分cos 2θ1＝0.932 θ1＝15.1°(≈15°) 1分设θ2为入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 2的偏振化方向之间的夹角．已知入射光单独穿过P 2后的光强I 2＝0.375I 0，则由 ()22000cos 212121375.0θI I I +⎪⎭⎫ ⎝⎛= 得 θ2＝60° 2分 以α 表示P 1、P 2的偏振化方间的夹角，α有两个可能值α＝θ2＋θ1＝75° 2分或α＝θ2-θ1＝45° 2分7. 两个偏振片P 1、P 2叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为30°．一束强度为I 0的光垂直入射到偏振片上，已知该入射光由强度相同的自然光和线偏振光混合而成，现测得连续透过两个偏振片后的出射光强与I 0之比为9 /16，试求入射光中线偏振光的光矢量方向． 解：设入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向之间的夹角为θ，透过P 1后的光强I 1为 ()θ2001cos 212121I I I +⎪⎭⎫ ⎝⎛= 2分透过P 2后的光强I 2为 I 2＝I 1 cos 2 30°()2022/32/cos 21⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛+=I θ 3分 I 2 / I 1＝9 / 16cos 2 θ＝1 2分 所以 θ＝0°即入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向平行．1分8.由两个偏振片(其偏振化方向分别为P 1和P 2)叠在一起，P 1与P 2的夹角为α．一束线偏振光垂直入射在偏振片上．已知入射光的光矢量振动方向与P 2的夹角为A (取锐角)，A 角保持不变，如图．现转动P 1，但保持P 1与E 、P 2的夹角都不超过A (即P 1夹在E 和P 2之间，见图)．求α等于何值时出射光强为极值；此极值是极大还是极小？解：入射光振动方向E 与P 1、P 2的关系如图．出射光强为 ()αα2202cos cos -=A I I 3分 由三角函数“积化和差”关系，得20221cos 21cos 41⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=αA I I A 3分 因为A 为锐角，α≤A ，所以A A 2121≤-α (见图)．所以 021cos 21cos >≥⎪⎭⎫ ⎝⎛-A A α 所以，I 2只在α = A / 2处取得极值，且显然是极大值． 2分 (用求导数的办法找极值点也可以)9.两个偏振片叠在一起，欲使一束垂直入射的线偏振光经过这两个偏振片之后振动方向转过了90°，且使出射光强尽可能大，那么入射光振动方向和两偏振片的偏振化方向之间的夹角应如何选择？这种情况下的最大出射光强与入射光强的比值是多少？解：以P 1、P 2表示两偏振化方向，其夹角记为θ，为了振动方向转过90°，入射光振动方向E 必与P 2垂直，如图． 2分设入射光强为I 0，则出射光强为I 2＝I 0 cos 2(90°- θ ) cos 2θ ()θθθ2sin 4/cos sin 20220I I == 3分当2θ＝90°即θ＝45°时，I 2取得极大值，且 I 2max ＝I 0 / 4， 2分 即 I 2max / I 0＝1 / 4 1分10.两个偏振片P 1、P 2叠在一起，一束单色线偏振光垂直入射到P 1上，其光矢量振动方向与P 1的偏振化方向之间的夹角固定为30°．当连续穿过P 1、P 2后的出射光强为最大出射光强的1 / 4时，P 1、P 2的偏振化方向夹角α是多大？解：设I 0为入射光强，I 为连续穿过P 1、P 2后的透射光强．I ＝I 0cos 230°cos 2α 2分 显然，α＝0时为最大透射光强，即I max ＝I 0 cos 230°＝3I 0 / 4 1分 由 I 0cos 230°cos 2α =I max / 4 可得 cos 2α 1 / 4＝, α＝60° 2分P 1P 2 E θ1 21 211.两个偏振片P 1、P 2叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为30°．由强度相同的自然光和线偏振光混合而成的光束垂直入射在偏振片上．已知穿过P 1后的透射光强为入射光强的2 / 3,求(1) 入射光中线偏振光的光矢量振动方向与P 1的偏振化方向的夹角θ为多大？(2) 连续穿过P 1、P 2后的透射光强与入射光强之比．解：设I 0为自然光强．由题意知入射光强为2 I 0． 1分(1) I 1=2·2 I 0 / 3＝0.5 I 0＋I 0cos 2θ4 / 3＝0.5＋cos 2θ所以 θ＝24.1° 2分(2) I 1= (0.5 I 0＋I 0 cos 224.1°)＝2(2 I 0) / 3，I 2＝I 1cos 230°＝3 I 1 / 4所以I 2 / 2I 0 = 1 / 2 2分12.三个偏振片P 1、P 2、P 3顺序叠在一起，P 1、P 3的偏振化方向保持相互垂直，P 1与P 2的偏振化方向的夹角为α，P 2可以入射光线为轴转动．今以强度为I 0的单色自然光垂直入射在偏振片上．不考虑偏振片对可透射分量的反射和吸收．(1) 求穿过三个偏振片后的透射光强度I 与α角的函数关系式；(2) 试定性画出在P 2转动一周的过程中透射光强I 随α角变化的函数曲线．解：(1) 连续穿过三个偏振片之后的光强为 I ＝0.5I 0cos 2α cos 2(0.5π－α ) 2分 ＝I 0sin 2(2α) / 8 1分(2) 画出曲线 2分13.如图，P 1、P 2为偏振化方向相互平行的两个偏振片．光强为I 0的平行自然光垂直入射在P 1上． (1) 求通过P 2后的光强I ． (2) 如果在P 1、P 2之间插入第三个偏振片P 3，(如图中虚线所示)并测得最后光强I ＝I 0 / 32，求：P 3的偏振化方向与P 1的偏振化方向之间的夹角α (设α为锐角)． 解：(1) 经P 1后，光强I 1＝21I0 1分 I 1为线偏振光．通过P 2．由马吕斯定律有I ＝I 1cos 2θ 1分 ∵ P 1与P 2偏振化方向平行．∴θ＝0．故 I ＝I 1cos 20°＝I 1＝21I 01分 (2) 加入第三个偏振片后，设第三个偏振片的偏振化方向与第一个偏振化方向间的夹角为α．则透过P 2的光强αα2202cos cos 21I I =α40cos 21I = 2分 由已知条件有 32/cos 21040I I =α ∴ cos 4α＝1 / 16 2分得 cos α＝1 /2 即 α =60° 1分I 014.有一平面玻璃板放在水中，板面与水面夹角为θ (见图)．设水和玻璃的折射率分别为1.333和1.517．已知图中水面的反射光是完全偏振光，欲使玻璃板面的反射光也是完全偏振光，θ 角应是多大？解：由题可知i 1和i 2应为相应的布儒斯特角，由布儒斯特定律知tg i 1= n 1＝1.33； 1分tg i 2＝n 2 / n 1＝1.57 / 1.333， 2分 由此得 i 1＝53.12°， 1分 i 2＝48.69°． 1分 由△ABC 可得 θ＋(π / 2＋r )＋(π / 2－i 2)＝π 2分 整理得 θ＝i 2－r由布儒斯特定律可知， r ＝π / 2－i 1 2分 将r 代入上式得θ＝i 1＋i 2－π / 2＝53.12°＋48.69°－90°＝11.8° 1分15.一束自然光自水(折射率为1.33)中入射到玻璃表面上(如图).当入射角为49.5°时，反射光为线偏振光，求玻璃的折射率．解：设n 2为玻璃的折射率，由布儒斯特定律可得 n 2＝1.33 tg49.5°3分＝1.56 2分16.一束自然光自空气入射到水(折射率为1.33)表面上，若反射光是线偏振光，(1) 此入射光的入射角为多大？(2) 折射角为多大？解：(1) 由布儒斯特定律 tg i 0＝1.33得 i 0＝53.1°此 i b 即为所求的入射角 3分(2) 若以r 表示折射角，由布儒斯特定律可得r ＝0.5π－i 0＝36.9° 2分17.一束自然光由空气入射到某种不透明介质的表面上．今测得此不透明介质的起偏角为 56°，求这种介质的折射率．若把此种介质片放入水(折射率为1.33)中，使自然光束自水中入射到该介质片表面上，求此时的起偏角．解：设此不透明介质的折射率为n ，空气的折射率为1．由布儒斯特定律可得n ＝tg 56°＝1.483 2分 将此介质片放入水中后，由布儒斯特定律tg i 0＝n / 1.33＝1.112i 0＝48.03° (＝48°2') 3分此i 0即为所求之起偏角．水玻璃。
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tgi0 n2 n1
i0
2
n2 ctg n1
n1 tg n2
14、自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时， 反射光为完全线偏振光，则知折射光为
(A) (B) (C)
2 0
cos 45
[B]
4、两个偏振片堆叠在一起，其偏振化方向相互垂直．若一 束强度为 I0 的线偏振光入射，其光矢量振动方向与第一偏振 片偏振化方向夹角为 / 4 ，则穿过第一偏振片后的光强为
0 I0 / 2 _________，穿过两个偏振片后的光强为___________．
5、 一束自然光通过两个偏振片，若两偏振片的偏振化
偏振化 和检偏器_________方向之间的夹角．
3.一束光强为 I0 的自然光垂直穿过两个偏振片， 且此两偏振片的偏振化方向成 45 角，若不考 虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后 的光强为：
（A） 2 I 0 / 4 ;
（C） I 0 / 2;
I0 2
（B） I 0 / 4;
（D） 2 I 0 / 2 .
1 30 ： I1
0
I2 I1
I1 / I Байду номын сангаас cos2 450 / cos2 300 2 / 3
13：一束自然光自空气射向一平板 玻璃，设入射角等于布儒斯特 角i0，则在界面 2 的反射光 （A）光强为零；
i0
1
2
（B）是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直于入射面；[B] （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。
11、将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向 分别与第一个的偏振化方向成45和90角．(1) 强度为 I0 的自 然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强 和偏振状态．(2) 若将第二个偏振片抽走，情况如何？
解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其光强
I1 I0 / 2
12、两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成1 ＝30° 时，观测一束单色自然光的透射强度．又在 2 ＝45°时， 观测另一束单色自然光的透射强度．若两次所测得的透射光 强度相等，求两次入射自然光的强度之比． 解：令 I 1 和 I 2 分别为两入射自然光束的光强．
1 I1 cos 2 30 0 2 1 2 450： I 2 I 2 cos 2 45 0 2
[B]
10.一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂 直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片， 测得透射光强度最大值是最小值的 5 倍，那么入射光 束中自然光与线偏振光的光强比值为： (A) 1/2 ; (C) 1/3; (B) 1/5; (D) 2/3.
[A]
设入射光束中自然光光强 I 0 入射光束中线偏振光的光强 I 1 透射光强度最大值： I 0 / 2 I1 透射光强度最小值： I 0 / 2
（A） I 0 / 4;
（B） 3 I 0 / 8; （D） I 0 / 16 .
（C） 3 I 0 / 32 ;
I0 cos2 300 cos2 600 2
[C]
8、一束自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片的偏振
化方向成45°角．已知通过此两偏振片后的光强为 I ，则
2I 入射至第二个偏振片的线偏振光强度为_______ ．
1 情况下，透射光强最大是原来光强的______ 4 倍 ．
设入射偏振光光强为 I0
I0cos cos (
2
2
2
)
1 2 sin 2 4
7.三个偏振片 P1、P2与P3 堆叠在一起，P1 与 P3 的 片振化方向相互垂直，P2 与 P1 的片振化方向间的夹 角为 30 。强度为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1，并依次透过偏振片 P1、P2 与 P3，若不考虑偏振 片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光光强为：
设入射自然光光强为 I0
I0 cos2 450 2
I
I0 2I 2
9.自然光以 60 入射角照射到某一透明 介质表面时，反射光为线偏振光，则知：
（A）折射光为线偏振光,折射角为 30 ； （B）折射光为部分偏振光，折射角为 30 ； （C）折射光为线偏振光，折射角不能确定； （D）折射光为部分偏振光，折射角不能确定；
I0
I1
I2
I3
通过第2偏振片后光强： I 2 I1cos2 450 I0 / 4 通过第3偏振片后光强： I 3 I 2cos2 450 I0 / 8 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与 刚通过的偏振片的偏振化方向平行． (2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互 垂直，所以此时 I 3 0,I 1 仍不变．
1.自然光、偏振光、部分偏振光
•自然光 •偏振光
•部分偏振光
2.马吕斯定律
I 2 I 1 cos 2
1 I 0 cos 2 2
I0
P1
I1
I2
P2
3.布儒斯特定律 n2 tg i0 n1
i0 i0
n1 n2
i0 r0 / 2
r0
1.在杨氏双缝干涉装置中，若用单色自然光照射 狭缝 S ，在屏幕上能看到干涉条纹。若在双缝 S1 和 S2 的一侧分别加一同质同厚的偏振片 P1 和 P2 ， 则当 P1 与 P2 的偏振化方向相互 时， 平行 在屏幕上仍能看到很清晰的干涉条纹？
S1 S S2
P1 P2
相干光的条件？
思考：若两个偏振片的偏振化方向垂直，结果如何？
2、马吕斯定律的数学表达式为 I I0 cos2 ．式中 I 为 通过检偏器的透射光的强度；I0 为入射
光矢量振动 偏振光 ____________________的强度； 为入射光__________方向
方向间夹角由 1 转到 2 ，则转动前后透射光强度之比为 cos 2 1 / cos 2 2 ________________ 设入射自然光光强为 I 0
I0 I0 2 cos 1 ： cos 2 2 2 2
6、要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90°，
2 至少需要让这束光通过__________ 块理想偏振片．在此