第14章 光的偏振
光的偏振ppt课件
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得 ＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得 ＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此 光轴
方向的直线均为光轴。
102o
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
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •
大学物理马吕斯定律
检
偏
起偏器
检偏器
174-–9 1光电的偏荷振的性量子马化吕斯电定荷律守恒定律
三、 马吕斯定律
自然光
线偏振光
I0
I
..
第14第章七波章动静光电学场
A0
aA
A0
A
起偏器
检偏器
a
检偏器前偏振光振动方向与检偏器偏振化方向之间
的夹角。
AA0cosa
I
I0
A2
A
2 0
cos2 a
A A0
马吕斯定律
cos a
为 I 0 ，试求由系统出射的光强是多少？
I0
I0 / 2
•• •
M
P
N
I 0 cos2 t
2
• • • ••• AA0cosa
I
I0
A2
A
2 0
cos2 a
一束光强为
A cos a
A0
马吕斯定律
I0 cos2 2
I I0cos2a
I的0 自然光透过
I0
t
cos2(900 t)
M
O
I0
2
检偏器，透射光强为： I 0 / 2
I0 / 2 N 300
II'cos2300
600
N N ' I ' I0 cos2 300
2
174-–9 1光电的偏荷振的性量子马化吕斯电定荷律守恒定律 第14第章七波章动静光电学场
振讨讨片论论转p 2动，在p光2两强透块为过正I交p0 3偏的的振自光片然强光pI1垂,与p直转3 之入角间射的插于关入偏系另振. 一片块p 1偏，
.. .. .. . .
光的偏振现象及解释
光的偏振现象及解释光是一种电磁波，它具有波动性和粒子性的双重特性。
而光的偏振现象则是光波在传播过程中振动方向的特定性质。
本文将介绍光的偏振现象的背景知识以及其在不同领域的应用。
1. 光的偏振背景知识1.1 光的电磁波性质根据经典电动力学理论，光是由电场和磁场交织而成的电磁波。
光波的传播是通过电场和磁场的相互作用而实现的。
在电磁波中，电场和磁场都是垂直于波传播方向的向量，且它们的振动方向也垂直于彼此。
1.2 偏振光的定义当光波中的振动方向限制在特定的方向上时，我们称之为偏振光。
偏振光可以是沿着任意一个平面方向振动的，也可以是只在一个方向上振动的。
2. 光的偏振现象2.1 光的偏振方式光的偏振方式可以分为线偏振、圆偏振和随机偏振三种。
线偏振光的振动方向沿着固定的直线，圆偏振光的振动方向随时间呈现旋转的圆轨迹，而随机偏振光则是无规则地在各个方向上振动。
2.2 光的偏振产生原理光的偏振现象可以通过多种方式产生，其中包括反射、折射、吸收和散射等过程。
在这些过程中，光波与物质相互作用会改变光的振动方向，从而产生偏振现象。
3. 光的偏振应用3.1 光学器件光的偏振现象在光学器件设计中起到了重要的作用。
例如，偏振片是一种被广泛应用的光学器件，它可以选择性地通过或阻挡特定方向上的光波，用于光的偏振分析、显示器件和光学仪器等。
3.2 光通信在光通信领域，光的偏振特性也被广泛应用。
利用光的偏振现象，可以提高光信号的传输距离、提高通信的性能和保障通信的安全性。
3.3 化学分析光的偏振现象在化学分析中也扮演着重要角色。
通过测量样品对偏振光的旋光度，可以得到有关样品化学性质的信息，用于判断其构成和浓度等参数。
4. 小结光的偏振现象是光波传播过程中的一种特殊性质，它与光的振动方向密切相关。
了解光的偏振现象有助于我们理解和应用光学技术。
通过光的偏振，我们可以设计出各种光学器件，应用于光通信、化学分析等领域，推动科学技术的发展。
光的偏振和双折射
或
将各方向的 E 投影到二个任意互相垂直的方向 上，由于在所有可能的方向上 E 完全相等，所以在
任二个互相垂直的方向上光矢量的分量的和相等。 自然光也可以表示为：
Leabharlann 传播方向 图中：“︱”表示 在板面内的分振动 E “●”表示 E 垂直板面的分振动
二个相互垂直的光振动，光强各占一半
tgib n2 n1
12
ib
n2
布儒斯特定律：当自然光以布儒斯特 角 ib 入射到二介质界面时，反射光为 完全偏振光，振动方向⊥入射面
三. 应用
1. 测量不透明介质的折射率 让光线入射到不透明的介质上，改变入射角i 并测反 射光线的偏振化程度，当反射光线为完全偏振光时， 入 射角 ib 即为布儒斯特角，即：
4
2. 偏振化方向： 偏振片允许通过的光振动的方向。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※不是只有一个振动方向 的光可以通过偏振片，其他方 向振动的光在偏振化方向的分 量均可以通过偏振片。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※自然光不是只有2个方 向的振动，在 0~2p 内有无数 个振动方向。
光
的
2019教育高中物理奥林匹克竞赛专题光学第14章光的偏振和第15章光与物质的相互作用共154张PPT数学
ro
re o光 e光
2、寻常（o）光和非寻常（e）光
o光 ： 遵从折射定律 n1siinn2sirno
e光 ： 一般不遵从折射定律
sini const. sinre
e光折射线也不一定在入射面内。
方解石的双折射
e
··· o ···
方解石
e 以入射方向为 o 轴旋转方解石
方解石
偏
振 片
双折射的两
第14章
光的偏振
（Polarization of light） 1
引言
液晶显示器 立体照相 立体电影 偏振滤光片 汽车前窗玻璃及前车灯
有反射光干扰的橱窗
在照相机镜头前加偏振 片消除了反射光的干扰
立体电影
利用偏振形成双眼视差效应，产生立体景象视觉效果
用并排的两台摄影 机拍摄，
两放映机镜头分别 放置偏振化方向互 相垂直的偏振片，
的光强 I与转角的关系 .
，
I0
p1
p3
p1 p2
p3
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
I1
1 2
I0
I2I1co2s
I0 2
cos2
I0
p1
I1 p2 I2 p3
I3
p1 p2
p3
I2
I0 2
cos2
I3I2co2s(π2)
I3I2si2 n1 2I0co 2s si2 n
观众的立体眼镜为 两个偏振化方向互 相垂直的偏振片
偏振片的应用 偏振片的应用很多，例如：
▲ 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 ▲ 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。
光的衍射.偏振
光的衍射
一切波都能发生衍射，通过衍射把能量 传到阴影区域，能够发生明显衍射的条件是 障碍物或孔的尺寸跟波长差不多．
激 光 束 调节狭 缝宽窄
像 屏
取一个不透光的屏， 在它的中间装上一个 宽度可以调节的狭缝， 用平行的单色光照射， 在缝后适当距离处放 一个像屏 ．
光的衍射
单 击 画 面 观 看 录 像
横波只沿着 某一个特定的方 向振动，称为波 的偏振．只有横 波才有偏振现 象．
3、通过第一个偏振片的偏振光再通过第二个偏振片（称 为检偏器）时，如果两个偏振片的透振方向平行，那 么，通过第一个偏振光的振动方向跟第二个偏振片的 透振方向平行，透射光的强度最大．
4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏 振光的振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂 直，偏振光不能通过第二个偏振片，透射光的 强度为零．
所以，光是一种横波．
4.偏振现象的应用
下一章我们会知道，光是电磁波,电磁波是横波，电磁
波中电场强度E和磁感应强度B的振动方向都与电磁波 的传播方向垂直． 实验指出，光波的感光作用和生理作用等主要是由电 场强度E所引起的，因此常将E的振动称为光振动．在 与光波传播方向垂直的平面内，光振动的方向可以沿 任意的方向． 光振动沿各个方向均匀分布的光就是自然光．光振动 沿着特定方向的光就是偏振光．
例如一列横波沿水平方向传播，质点在竖直平面内
可能沿着上下方向振动，也可能沿着左右方向振动， 也可能沿着任何其他方向振动．
当然，对于一个确定的横波，它的振动方向是确定
的．
2、实验：
取一根软绳，一端固
定在墙上，手持另一 端上下抖动，就在软 绳上形成一列横波.
现在，让软绳穿过一块带有狭缝的木板，如果狭缝 与振动方向平行，则振动可以通过狭缝传到木板的 另一侧（图甲）．如果狭缝与振动方向垂直，则振 动就被狭缝挡住而不能向前传播（图乙）．
高中课件 光的偏振
偏振现象的应用：液晶显示
液晶显示器就是利 用这一特性，在上下 两片栅栏相互垂直的 偏光板之间充满液晶， 利用电场控制液晶的 转动．不同的电场大 小就会形成不同的灰 阶亮度．
1、汽车车灯
汽车夜间在公路上行驶与对面的车辆相遇时，为了避免双方车灯 的眩目，司机都关闭大灯，只开小灯，放慢车速，以免发生车祸。 如驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，而且规定它 们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面成45度角，那么，司机 从前窗只能看到自已的车灯发出的光，而看不到对面车灯的光， 这样，汽车在夜间行驶时，即不要熄灯，也不要减速，可以保证 安全行车。
液晶显示器是一个由上下两片导电玻制成的 液晶盒，盒内充有液晶，四周用密封材料— —胶框密封，盒的两个外侧贴有偏光片。
偏振现象的应用：液晶显示
如果有光线进入,通过 第一个偏振片后，将被 液晶分子逐渐改变偏振 方向.由于光线沿着分子 排列的方向传播，光线 最终将从另一端射出．
如果两玻璃板之间加 上电压，分子排列方向 将与电场方向平行，光 线由于不能扭转将不会 通过第二个极板．
例 两个偏振片紧靠在一起将它们放在一盏灯的前面以致 没有光通过．如果将其中的一片旋转180度，在旋转过程 中，将会产生下述的哪一种现象（ ）
A、透过偏振片的光强先增强，然后又减少到零 B、透过偏振片的光强光增强，然后减少到非零的最 小值 C、透过偏振片的光强在整个过程中都增强 D、透过偏振片的光强先增强，再减弱，然后又增强
当只有一块偏振片时，以光 的传播方向为轴旋转偏振片， 透射光的强度不变．
当两块偏振片的透振方向 平行时，透射光的强度最 大，但是，比通过一块偏 振片时要弱．
当两块偏振片的透振方向 垂直时，透射光的强度最 弱，几乎为零.
光的偏振实验
光的偏振实验光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波， 光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。
历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝 实验成功以后不多年，马吕斯（E.LMalus ）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。
【实验目的】1 •验证马吕斯定律；2. 产生和观察光的偏振状态；3. 了解产生与检验偏振光的元件和仪器； 4•掌握产生与检验偏振光的条件和方法。
【实验仪器】光源（白炽灯或可见光激光器）、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、/4波片。
【实验原理】光波是一种电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。
光的偏振现 象清楚的显示了光的横波性。
光波的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直，且都垂直于光的传播方 向c （图1）。
通常用电矢量E 代表光的振动方向，并将电矢量E 和光的传播方向c 所构成的 平面称为光振动面。
我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振 光。
在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光 （图2a ）o 光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。
单个原子或分子辐射的光是偏振图IE,H ：c 三者之间的关系的，由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它 们所发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同 的。
一般说，在IX 秒内各个方向电矢量的时间平均值 相等，故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称 为自然光（图2b ）。
在发光过程中，有些光的振动面在 某个特定方向上出现的几率大于其他方向，即在较长时 间内电矢量在某一方向上较强，这样的光称为部分偏振 光（图2c ）。
还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规图3a 椭圆偏振光的合成图2线偏振光、自然光及部分偏振光律的变化，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光(图3d)。
大学物理§14-12反射和折射时光的偏振
i0
偏振片的应用 1) 作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。 2) 作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的 反射光。 3) 制成偏光眼镜，可观看立体电影。
4) 若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与地面成 45角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车 会车时灯光的晃眼。
两式比较得
coi0ssincoπ 2s()
i0
2
反射线与折射线垂直
2）根据光的可逆性，当入射光以 角从 介n 2质入 射于界面时, 此 角即为布儒斯特角 .
i0
n1
玻璃
n2
tan
i0
n2 n1
tantan(π 2i0)ctgi0n n1 2
3)画出下列光线的反射和折射（起偏角 i 0）.
i0
结论：反射光的偏振化程度与入射角有关 . 一般情况下：
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.
特殊情况下： 反射光——完全偏振光
折射光——部分偏振光
布儒斯特定律（1812年）
当入射角等于某一特定值i0时，反射光是光振动垂 直于入射面的线偏振光。折射光仍为部分偏振光。
在照相机镜头前加偏振片 有反射光干扰的橱窗 消除了反射光的干扰
拍摄橱窗时未加偏振片 拍摄橱窗时加偏振片
i0
i0
i
i
i
例1 一束自然光以布儒斯特角入射到平玻璃板上，
就偏振状态来说，则反射光为
线，偏反振射Байду номын сангаас光
矢量的振E动方向
，垂折直射于光入为射面 ，
大学物理第十四章波动光学习题+答案
D k 0,1, 2 明纹中心位置
暗纹中心位置
k 1, 2,3
D 相邻两明纹(或暗纹)中心间距离： Δx d
3、薄膜等厚干涉 劈尖干涉
垂直入射： 2ne
2
相邻明纹(暗纹)间的厚度差： e
C R
2n 相邻明纹(暗纹)中心间距离: l 2n
牛顿环
r 2Re
(2) 屏幕上主极大位置由光栅公式决定
(a b)sin k
(3) 缺级现象 (a b)sin k
k 0,1, 2, 3 ——主极大
k 1, 2, 3
k 1, 2, 3
干涉明纹 衍射暗纹
a sin k
ab k k k 1, 2, 3 a (4) 重级现象 k11 k2 2
波 动 光 学 习 题 课
一、基本概念
1、相干光的获得 把由光源上同一点发出的光设法分成两部分，再叠 加起来。
分波阵面法
分振幅法
2、光程与光程差
n2 r2 n1r1
3、半波损失
2 2 (n2 r2 n1r1 )
当光从光疏媒质射向光密媒质时，反射光有位相 的突变，相当于 的附加光程差，叫半波损失。
x tan 5 103 f
a sin 0.2 5 10 mm 1000 nm 4 2
3
a
x
f
暗纹，4个半波带
4-5 某元素的特征光谱中含有波长分别为1=450nm 和2=750nm的光谱线。在光栅光谱中，这两种波长的 谱线有重叠现象，重叠处2的谱线的级数将是 (A) 2，3，4，5…… (C) 2，4，6，8……