第二十三章 光的偏振
§ 23-1 自然光和偏振光
?光波是电磁波，电磁波中起光作用的
是电场矢量 (光矢量 )
?一般地 光矢量在光传播的垂直方向的
平面内的光矢量的振幅相同。
?在许多情况下,光振动矢量在某个方
向上显著较大，这种情况叫光的偏振
第二十三章 光的偏振
1.自然光
?在垂直于光传播方向的平面内，沿各
个方向都有光振动，且各个方向光矢
量的振幅相等的光
yx II ? 0
2
1
I?
0I
第二十三章 光的偏振
2.线 偏振光
?光矢量只沿一个固定方向振动的光 (又
称平面偏振光 )
E
振动面
光矢量
第二十三章 光的偏振
3.部分偏振光
?在垂直于光传播方向的平面内,各方向
都有光振动，但振幅不等的光
0I
第二十三章 光的偏振
偏振片
§ 23-2 由介质吸收引起光的偏振
一,起偏与检偏
?偏振片,吸收某方向光振动，而与其
垂直方向的光振动能通过的装置
0I
偏振化
方向
?偏振化方向,能通过光振动的方向
第二十三章 光的偏振
1P
?利用偏振片检验光线的偏振化程度，
称为 检偏
?自然光通过偏振片后变为线偏振光，
称为 起偏
起偏 检偏
0I 2I
2P
1I
第二十三章 光的偏振
1P
0I 2I
2P
1I
1A
2A
?
二,马吕斯定律
1P
2P
?
1A
2A
?c o s1A?
?s in1A
2
1
2
2
1
2
A
A
I
I
?? ?2c o s?
?212 c o sII ??
----马吕斯定律
第二十三章 光的偏振
?? =0或 ? =1800时,I2=I1光强
最强
讨论,
??=900或 ?=2700时,I=0光强
最弱
第二十三章 光的偏振
[例 1]两平行放置的偏振片,偏振化方向
成 300角,自然光垂直入射后,透射光与入
射光的强度之比为多少?
1P
0I 2I
2P
1I
解,
根据马吕斯定律
?212 c o sII ? 02
0 30c o s
2
1
I?
第二十三章 光的偏振
02
0
2 30c os
2
1
??
I
I
8
3
?
第二十三章 光的偏振
[例 2]强度分别为 I1,I2的自然光和线偏
振光同时垂直入射于偏振片 P1，在 E处
观察通过偏振片 P2后的光强。 (1)P1任意
放置后不动,将 P2以光线方向为轴转动一
周,计算并讨论在 E处所观察的光强变化
情况； (2)要在 E处得到最大光强，应如
何实现? 1P 2P
'1I
'2I
''1I
''2I
E
2I
1I解,设 P
1,P2的偏
振化方向夹角为 ?
?
第二十三章 光的偏振
1P 2P
'1I
'2I
''1I
''2I2I
1I E??入射线偏振光振
动方向与 P1偏振
化方向夹角为 ?
对自然光,
11
2
1
' II ? ?
2
11 c os
2
1
'' II ?
?? 2222 c o sc o s'' II ?
线偏振光,?2
22 c o s' II ?
因 I1’’和 I2’’是非相干光
'''' 21 III ??? ?? 2221 c o s)c o s2( II ??
第二十三章 光的偏振
即在 E处观察到的
光强随 P2的转动而
周期性变化
I
?
0 2? 23?
? ?2
m a xII ?
0?I
0?? 时
2?? ? 时
?在 E处得到最大光强，
须同时满足, 0?? 0??
21m a x
2
1
III ??
则
?? 2221 c o s)c o s2( III ??
1P 2P'
1I
'2I
''1I
''2I2I
1I E??
第二十三章 光的偏振
§ 23-3 反射和折射时光的偏振
一,部分偏振现象
?自然光在两各向同性
媒介分界面上反射和
折射时，反、折射光
均成为 部分偏振光
i
?
i
?特点,反射光垂直入射面的振动较强
，折射光反之
第二十三章 光的偏振
二,布儒斯特定律
?1812年 布儒斯特发现，
当入射角为某特定值时
,反射光 为振动方向垂
直于入射面的线偏振光
2n
1n
0i 0i
?
布儒斯特角
此时有 0
0 90?? ?i
由折射定律 ?s i ns i n
201 nin ?
)90s i n (s i n 00201 inin ??? 02 c o s in?
120tg nni ??
----布儒斯特定律
21n?
第二十三章 光的偏振
说明,
? i= i0时，反射光为线偏振光，而 折射
光仍然是部分偏振光,但此时偏振化
程度最高
?反射光光强较弱，折
射光较强
0i
第二十三章 光的偏振
[例 3]将一介质平板放在水中,板面与水
平面的夹角为 ?，如图。已知折射率 n水
=1.333,n介质 =1.681，要使水面和介质面
反射光均为线偏振光,求 ?
?
0
1i
A
B?
2i 空气n
水n
介质n
解,如图所示
根据布儒斯特
定律
空气
水
n
n
i ?1tg
水
介质
n
n
i ?2tg
第二十三章 光的偏振
1
090 i????
0 A
? 2i
B
???? 0900 AB? 20900 iAB ???
00 ABAB ?????又
)90()90( 200 i????? ??
?? ??? 2i
??
)90( 102 ii ???? ? 011 90tgtg ??? ??
水
水
介质 n
n
n
071.14?
第二十三章 光的偏振
§ 23-4 由 双折射引起的光的偏振
一,双折射现象
双 折 射 双 折 双 折
方解石晶体
o光
e光
寻常光 (o光 ),遵守折
射定律
非常光 (e光 ),不遵守
折射定律
第二十三章 光的偏振
?当方解石晶体旋
转时,o光不动,e
光围绕 o光旋转
第二十三章 光的偏振
二,双折射光的偏振特点
1.概念
?光轴,光线在晶体中沿某一方向传播
时不发生双折射现象,这一方向称为晶
体的光轴
?只有一个光轴 (如 方解石、石英 )的晶体
为 单轴晶体 ；有两个光轴 (如 云母、硫
磺 )的晶体为 双轴晶体
第二十三章 光的偏振
?主截面,光轴和
晶体表面法线组
成的平面
?主平面,某一光
线 (o光或 e光 )与光
轴组成的平面 光轴
法线
o光
e光
第二十三章 光的偏振
光轴
法线
?一般情况下,e光不一定在入射面内，
o光和 e光的主平面并不重合
光轴
o光
光轴
e光
主截面 o光主平 面 e光主平 面
第二十三章 光的偏振
?o光和 e光均为线偏振
光
2.特点
?o光的振动方向垂直于
它自己的主平面,e光
的振动方向平行于它
自己的主平面
o光
e光
第二十三章 光的偏振
?当 入射面是晶体的主截面 时,o光和 e光
的主平面重合, 此时 o光与 e光的振动
方向相互垂直
光轴
第二十三章 光的偏振
三,双折射现象的解释
?原因,o光在晶体内的速度是各向同性
的,而 e光却是各向异性的
o光,子波波面为球形面,
e光,子波波面为椭球面
正晶体 负晶体
evv ?0 evv ?0
第二十三章 光的偏振
光轴
A B
C
D E
o
e 光轴
A B
o
C
e
?惠更斯原理解释
第二十三章 光的偏振
光轴 光轴
A B
o
A B
e
第二十三章 光的偏振
四,尼科尔棱镜
加拿大树胶
55.1?n
068
068方解石
晶体
第二十三章 光的偏振
068
022
048
光轴
o
e
658.1?on486.1?en 55.1?n
第二十三章 光的偏振
§ 23-5有散射引起的光的偏振
?1、一束光射到一个 粒子,会使
其中 的电子 在电场矢量的作用下
，向四周发射同频率的电磁波这
种现象叫 色散 。
2、电子发出的光是 偏振光,光的
振动方向，垂直于传播方向（ 横波
）。
一,散射,
第二十三章 光的偏振
3、电子在各个方向上的强度不等,垂直
于振动方向上最强,沿着电子振动方向
强度为零。
?4、如图 o处，电
子振动沿着竖直
方向，射线表示
传播方向，各线
上的短线表示光
的振动方向。线
的长短表强弱。
第二十三章 光的偏振 二、太阳光
?1、太阳光在 o处沿着水平方向（ x)传播，
振动方向 y（垂直向里）和 z方向竖直方向
。经过空气中的粒子发生 散射的“天光”
，形成偏振光
太阳光
自然光
无偏振
Z
线
偏
振
光
第二十三章 光的偏振
2、散射的光强度和光的频率的 4
次方成正比，所以太阳光中蓝色
比红色光散射厉害，因此 天空看
起来是蓝的 。早晨和晚上太阳沿
着地平线，穿过大气层距离较长
，蓝光散射大部分，因此 朝阳和
夕阳看起来发红。
