第－节
自然光、偏振光、马吕斯定律
一、横波与偏振现象
x
u
E 对传播方向不对称
x
u
对传播方
向对称
机械横波
的检验
若振动方向平行 AB
通
若把 AB旋 900 则
不通
横波 纵波
A
B
只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题
如何检验光的横波性呢？
光矢量对传播方向的偏振
性 在与物质的作用过程
中 一定有所反映
首先 ---用 偏振片 检验
通光方向 P 通
不通
偏振片
大分子物质
对振动方向反映
出 吸收系数 不同
通光方向或
偏振化方向
演示 两个偏振片
形象说明偏
振片的原理
通光方向
腰横别扁担进不了城门
1,线偏振光 (平面偏振光 )
面对光的传播方向观察
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
αEE x c o s?
(光振动平行板面 ) (光振动垂直板面 )
线偏振光的表示法
?
? ? ? ? ?
αEE y s in? xE
yE E?
α
二、光源的偏振状态
? 一个原子一次发光一定是偏振光
? 如何得到可实用的线偏振光呢?
特殊 光源 －－如外腔式 激光器
更多的途径是 从 普通光源中 获取
? 普通光源的偏振态
通常是自然光和部分偏振光
2,自然光
面对光的传播方向观察
自然光可用两个相互独立, 没有
固定相位关系, 等振幅且振动方
向相互垂直的线偏振光表示 。
yx EE ? yx III ??
自然光的表示法 ? ??
3,部分偏振光
部分偏振光的分解部分偏振光
部分偏振光 可用两个相互独立, 没
有固定相位关系, 不等振幅且振动
方向相互垂直的线偏振光表示 。
部分偏振光的表示法
平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强
? ? ? ?? ? ?
4,偏振度
部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,设部分偏振
光的强度为 Ii,其中自然光强度为 In, 线偏振光的强度为 Ip,
则有
np
p
t
p
II
I
I
Ip
???
0?p
1?p
10 ?? p
线偏振光
部分偏振光
自然光
偏振度
pni III ??
一束部分偏振光,当它通过一偏振片时,发现光强取决于偏
振片的取向可以变化 5 倍。
例
解 pnt III ?? 依题意得 )2
1(5
2
1
npn III ??
3
2?
??? np
p
t
p
II
I
I
Ip
np II 2?
求 此光的偏振度。
第一 如何判别光源
的偏振态
偏振光的检验 三个基本途径
原理：
二向色性
布儒斯特定律
双折射
第二 如何从普通光
源中取得偏振光
从实用的角度 必须解决 两 大问题
偏
振
化
方
向
自
然
光
振
线
偏
光
偏振片
第一种 从普通光源中获取偏振光的方法
利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光
三, 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
1,起偏和检偏
自然光 I0 线偏振光 I
偏振化方向 021II ??'?I
???
α 线偏振光 I'
2.马吕斯定律
2EI ?
0m a x0 IIIα ???, 02
π ?? Iα,
(马吕斯定律 )
— 消光
αEEI 222 c o s' ' ??
?c o s' EE ?
E ?
c o s' 2 ?II ?
当 ; 当
起偏器 检偏器
平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60?夹角。让
自然光垂直入射后,下列两种情况下：
01 2
1 II ?
(1) 无吸收时，有
?60c o s
2
1 2
02 II ? 1 2 5.08
160c o s
2
1 2
0
2 ??? ?
I
I
(1) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收
例
求
解
(2) 有吸收时，有
10.0101%)101(81 2
0
2 ?????
I
I
(2) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收
了 10% 的能量
透射光的光强与入射光的光强之比是多大？
1、现象
2
1
n
n
i
自然光入射在两各向同性介质表面
观察反射光 折射光线的偏振状态
四,反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律
一般入射角的情况
反射光 折射光都是 部分偏振光
反射光中
垂直入射面振动占优
折射光中
平行入射面振动占优
a ) 两光偏振状态
反射光 -- 完全偏振光
折射光 -- 部分偏振光
b )反射光线与折射光线
垂直
2,布儒斯特定律
ib— 布儒斯特角 或 起偏角
线偏振光
?
?
?
? ?
2n
1n i i
?
ib+γ=90o 时，反射光为线偏振光
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21
1
2t a n n
n
ni
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bi
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bi
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?
815600.1 50.1a r c t a n ??? ?bi
玻璃片堆起偏和检偏
玻璃片堆
线偏振光
? ?
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I?
0I
例如 n1 =1.00(空气 ),n2 =1.50(玻璃 ),则
空气 玻璃
玻璃 空气 243350.1 00.1a r c t a n ??? ?bi
入射自然光
3、玻片堆可获得两束线偏振光
例：偏光镜头 橱窗设计 立体电影
（ C）
用偏光镜 消除 了
反射偏振光 使
玻璃门内的人物
清晰可见
（ A）
玻璃门 表面的
反光很强
（ B）
用偏光镜 减弱
了反射偏振光
外腔式激光管 加装 布儒斯特窗, 可使出射光为线偏振光,
并减少反射损
实例
外腔式激光器的布儒斯特窗
· ·····
·
·
·
i0 i0 ·
激光输出
布儒斯特窗M1 M2
i0i0
自然光、偏振光、马吕斯定律
一、横波与偏振现象
x
u
E 对传播方向不对称
x
u
对传播方
向对称
机械横波
的检验
若振动方向平行 AB
通
若把 AB旋 900 则
不通
横波 纵波
A
B
只有横波有偏振现象 而纵波无偏振问题
如何检验光的横波性呢？
光矢量对传播方向的偏振
性 在与物质的作用过程
中 一定有所反映
首先 ---用 偏振片 检验
通光方向 P 通
不通
偏振片
大分子物质
对振动方向反映
出 吸收系数 不同
通光方向或
偏振化方向
演示 两个偏振片
形象说明偏
振片的原理
通光方向
腰横别扁担进不了城门
1,线偏振光 (平面偏振光 )
面对光的传播方向观察
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解
αEE x c o s?
(光振动平行板面 ) (光振动垂直板面 )
线偏振光的表示法
?
? ? ? ? ?
αEE y s in? xE
yE E?
α
二、光源的偏振状态
? 一个原子一次发光一定是偏振光
? 如何得到可实用的线偏振光呢?
特殊 光源 －－如外腔式 激光器
更多的途径是 从 普通光源中 获取
? 普通光源的偏振态
通常是自然光和部分偏振光
2,自然光
面对光的传播方向观察
自然光可用两个相互独立, 没有
固定相位关系, 等振幅且振动方
向相互垂直的线偏振光表示 。
yx EE ? yx III ??
自然光的表示法 ? ??
3,部分偏振光
部分偏振光的分解部分偏振光
部分偏振光 可用两个相互独立, 没
有固定相位关系, 不等振幅且振动
方向相互垂直的线偏振光表示 。
部分偏振光的表示法
平行板面的光振动较强 垂直板面的光振动较强
? ? ? ?? ? ?
4,偏振度
部分偏振光可看成是自然光和线偏振光的混合,设部分偏振
光的强度为 Ii,其中自然光强度为 In, 线偏振光的强度为 Ip,
则有
np
p
t
p
II
I
I
Ip
???
0?p
1?p
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线偏振光
部分偏振光
自然光
偏振度
pni III ??
一束部分偏振光,当它通过一偏振片时,发现光强取决于偏
振片的取向可以变化 5 倍。
例
解 pnt III ?? 依题意得 )2
1(5
2
1
npn III ??
3
2?
??? np
p
t
p
II
I
I
Ip
np II 2?
求 此光的偏振度。
第一 如何判别光源
的偏振态
偏振光的检验 三个基本途径
原理：
二向色性
布儒斯特定律
双折射
第二 如何从普通光
源中取得偏振光
从实用的角度 必须解决 两 大问题
偏
振
化
方
向
自
然
光
振
线
偏
光
偏振片
第一种 从普通光源中获取偏振光的方法
利用偏振片（二向色性）可以获取偏振光
三, 偏振片的起偏和检偏 马吕斯定律
1,起偏和检偏
自然光 I0 线偏振光 I
偏振化方向 021II ??'?I
???
α 线偏振光 I'
2.马吕斯定律
2EI ?
0m a x0 IIIα ???, 02
π ?? Iα,
(马吕斯定律 )
— 消光
αEEI 222 c o s' ' ??
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E ?
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当 ; 当
起偏器 检偏器
平行放置两偏振片，使它们的偏振化方向成 60?夹角。让
自然光垂直入射后,下列两种情况下：
01 2
1 II ?
(1) 无吸收时，有
?60c o s
2
1 2
02 II ? 1 2 5.08
160c o s
2
1 2
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2 ??? ?
I
I
(1) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线均无吸收
例
求
解
(2) 有吸收时，有
10.0101%)101(81 2
0
2 ?????
I
I
(2) 两偏振片对光振动平行于其偏振化方向的光线分别吸收
了 10% 的能量
透射光的光强与入射光的光强之比是多大？
1、现象
2
1
n
n
i
自然光入射在两各向同性介质表面
观察反射光 折射光线的偏振状态
四,反射和折射产生的偏振 布儒斯特定律
一般入射角的情况
反射光 折射光都是 部分偏振光
反射光中
垂直入射面振动占优
折射光中
平行入射面振动占优
a ) 两光偏振状态
反射光 -- 完全偏振光
折射光 -- 部分偏振光
b )反射光线与折射光线
垂直
2,布儒斯特定律
ib— 布儒斯特角 或 起偏角
线偏振光
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ib+γ=90o 时，反射光为线偏振光
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815600.1 50.1a r c t a n ??? ?bi
玻璃片堆起偏和检偏
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例如 n1 =1.00(空气 ),n2 =1.50(玻璃 ),则
空气 玻璃
玻璃 空气 243350.1 00.1a r c t a n ??? ?bi
入射自然光
3、玻片堆可获得两束线偏振光
例：偏光镜头 橱窗设计 立体电影
（ C）
用偏光镜 消除 了
反射偏振光 使
玻璃门内的人物
清晰可见
（ A）
玻璃门 表面的
反光很强
（ B）
用偏光镜 减弱
了反射偏振光
外腔式激光管 加装 布儒斯特窗, 可使出射光为线偏振光,
并减少反射损
实例
外腔式激光器的布儒斯特窗
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激光输出
布儒斯特窗M1 M2
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