光的偏振（ Polarization of Light）
光的偏振是光的横波性的表现。
u?
§ 16-11 偏振光、自然光
（ polarized light,natural light）
这说明：对纵波而言，包含传播方向与振动方向
所构成的平面，哪一个都一样，没有一个显示出
与另一个有什么区别或不同。称之为：波的振动
方向对传播方向具有对称性。
一、何谓偏振？
对
横
波
而
言,
这说明：对横波而言，由传播方向与振动方向所
构成的平面，与包含传播方向而不包含振动方向
的其它平面有区别。这种区别与不同称为：波
的振动方向对传播方向不具有对称性。这种不对
称性称为偏振。
偏振：振动方向对传播方向的不对称性。是区别
横波和纵波的重要区别。
二、偏振光、自然光、部分偏振光
1、偏振光,电矢量 E只限于垂直于传播方向的某
一确定平面内的光。（线偏振光）
Z
X
Y u??
E?
E?
u?? Z
X
Y
表示,或
表示,
平行于纸面振动
垂直于纸面振动
振动面：电矢量或光矢量所构成的平面称为偏
振光的振动面。
2、自然光
普通光源发光的特点,
?在同一时间在大批原子发光；（不是全部）
?就单个原子而言，每个原子都是断断续续发
光，每次发光时间极短（ ~10-8s）且一次只能
发出一个有限长具有偏振性的的波列。
?同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子
发出的光的频率、振动方向、初相位、发光
的时间均是随机的。
两点结论,
A）一个原子发出的某个波列的自身是平面偏振
光；
S1
S2
1r
2r
P
B）大量原子所发出的光的合振动的振动面是随机
的，且各个方向的几率相同。
E?任一时刻的合矢量 E?
瞬息万变
(10-8s)
观测光矢量在各个方向的平均值,没有哪一个方
向占优势,也没有在任何哪一段时间内占优势,即
这种光在时间上具有均匀性,在空间上具有对称
性,这就是自然光,
自然光：在空间各个取向上,电矢量的时间平均
值都相等的光,
光
源
X
Y
自然光：在空间各个取向上,电矢量的时间平均
值都相等的光,
E? 表示,
在垂直于传播方向的两
正交方向光矢量的平均
值相等。
结论：自然光的横波性被发光的随机
性所破坏或掩盖。
3、部分偏振光
光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直
的方向上最弱的偏振光。
表示,
3、部分偏振光
光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直
的方向上最弱的偏振光。
//于纸面的光振动的平均值
>垂直于纸面的光振动的平
均值。
?于纸面的光振动的平均值
>平行于纸面的光振动的平
均值。
X
Y
E?
偏振度
若一偏振光，光强最强的方向的光强的平均值
为 Imax,与之垂直方向的光强平均值为 Imin，则,
偏振度,
m i nm a x
m i nm a x
II
II
p
?
?
?
讨论,?完全偏振光
?部分偏振光
?自然光
1?p0min ?I
0?pm inm a x II ?
10 ?? p0min ?I
X
Y
一、起偏与检偏
§ 16-12 起偏器与检偏器、马吕斯定律
起偏：从自然光获得偏振光的过程。
检偏：检查某束光是否是偏振光的过程。
起偏振器：从自然光获得偏振光的装置；
检偏振器：检查某束光是否是偏振光的装置。
二、偏振片及其起偏检偏
1、何谓偏振片？
透明玻璃片
涂有金鸡纳霜或碧硒（电
气石）等材料的簿膜
Polarizer and polarization analyzer,Malus’ law
二、偏振片及其起偏检偏
1、何谓偏振片？
透明玻璃片
涂有金鸡纳霜或碧硒（电
气石）等材料的簿膜
自然光
偏振光
偏振化方向
具有竖直偏振方向
的偏振膜。吸收了
水平方向的光振动
2、偏振片的用途
A）作起偏振器 I0 I0/2
B）作检偏振器
偏振光
变暗
自然光
不变暗
I0 I0/2 I0/2
I0 自然光 I0/2 I0/2
3、马吕斯定律 P
1
若 P1 P2的偏振化方向间的夹角不为 0，也不
为 90度，则出射的光强为多少？
?c o s0// EE ? ?s in0EE ??垂直方向的分量被偏振片吸收，故出射的光强,
?? 202202// c o sc o s IEEI ???
?2
0
c os?
I
I或,
I0 自然光 I0/2 I0/2 变暗
E?
E// 0E?
?
P2
马吕斯定律：强度为 I0的偏振光透过检偏振片后
强度变为 I=I0cos2?。
（ ?为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方
向间的夹角。）
E?
E// 0E?
?
I=I0cos2?
例：一束自然光，光强度为 I0，让其出射两个偏振
片，两个偏振片之间的夹角为 450，求从第二
个偏振片出射的偏振光强度。
I0
P1 P2
?45c o s
2
1c o s)
2
1( 2
0
2
0 III ?? ?
例：一束自然光，光强度为 I0，让其出射两个偏振
片，两个偏振片之间的夹角为 450，求从第二
个偏振片出射的偏振光强度。
0
2
0 4
1
)
2
2
(
2
1
II ??
解,
04
1 I
I0 自然光 I0/2
§ 16-13 反射和折射光的偏振、布儒斯特定律
一、反射和折射光中的偏振现象
1、反射光中垂直振动
强于平行的振动；
2、折射光中平行的振
动强于垂直振动；
3、反射光、折射光偏振
化的程度随入射角
的不同而不同。 i
n2
n1 i
r
Polarization of reflection and refraction,
Brewster’s law
二、布儒斯特定律（ 1812年）
0i
当入射角 等于一特定角 时，使之满足,i
21
1
2
0 nn
n
t gi ?? 时，反射光只有垂直于
入射面的振动而无平行于入射面的振动。
?这个特定的角称为
布儒斯特角；
?此时折射光仍为
部分偏振光；
?入射角为起偏振角
时，反射光与折射
光互相垂直。
n2
n1 0i
0r
注意,
00 c o ss in ir ?
)1(
s in
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1
2
0
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n
i
i
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?入射角为起偏振角
时，反射光与折射
光互相垂直。
证明,
由折射定律,
?90
00 ??? ri
式（ 1）（ 2）
对照,（证毕！）
n2
n1 0i
0r
注意,
由布儒斯特定律,
解决办法：多次反射
和折射。
玻璃堆,
0i
问题,
1）反射光强一般
较小；
0i
2）折射光仍为部
分偏振光。 n
2
n1 0i
0r
通过反射与折射获得偏振光
n1
n2
n1
n2
21000 /)90( nnc t g iitgt g r ????
?
入射角为布儒斯特角时,
由布儒斯特定律,
即,
当光从折射率为 n2的介质入射到折射率为 n1
的介质时，反射光仍为偏振光。
0r
0r
0i
光的偏振是光的横波性的表现。
u?
§ 16-11 偏振光、自然光
（ polarized light,natural light）
这说明：对纵波而言，包含传播方向与振动方向
所构成的平面，哪一个都一样，没有一个显示出
与另一个有什么区别或不同。称之为：波的振动
方向对传播方向具有对称性。
一、何谓偏振？
对
横
波
而
言,
这说明：对横波而言，由传播方向与振动方向所
构成的平面，与包含传播方向而不包含振动方向
的其它平面有区别。这种区别与不同称为：波
的振动方向对传播方向不具有对称性。这种不对
称性称为偏振。
偏振：振动方向对传播方向的不对称性。是区别
横波和纵波的重要区别。
二、偏振光、自然光、部分偏振光
1、偏振光,电矢量 E只限于垂直于传播方向的某
一确定平面内的光。（线偏振光）
Z
X
Y u??
E?
E?
u?? Z
X
Y
表示,或
表示,
平行于纸面振动
垂直于纸面振动
振动面：电矢量或光矢量所构成的平面称为偏
振光的振动面。
2、自然光
普通光源发光的特点,
?在同一时间在大批原子发光；（不是全部）
?就单个原子而言，每个原子都是断断续续发
光，每次发光时间极短（ ~10-8s）且一次只能
发出一个有限长具有偏振性的的波列。
?同一原子先后发出的光及同一瞬间不同原子
发出的光的频率、振动方向、初相位、发光
的时间均是随机的。
两点结论,
A）一个原子发出的某个波列的自身是平面偏振
光；
S1
S2
1r
2r
P
B）大量原子所发出的光的合振动的振动面是随机
的，且各个方向的几率相同。
E?任一时刻的合矢量 E?
瞬息万变
(10-8s)
观测光矢量在各个方向的平均值,没有哪一个方
向占优势,也没有在任何哪一段时间内占优势,即
这种光在时间上具有均匀性,在空间上具有对称
性,这就是自然光,
自然光：在空间各个取向上,电矢量的时间平均
值都相等的光,
光
源
X
Y
自然光：在空间各个取向上,电矢量的时间平均
值都相等的光,
E? 表示,
在垂直于传播方向的两
正交方向光矢量的平均
值相等。
结论：自然光的横波性被发光的随机
性所破坏或掩盖。
3、部分偏振光
光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直
的方向上最弱的偏振光。
表示,
3、部分偏振光
光矢量的平均值在某一方向上最强，与之垂直
的方向上最弱的偏振光。
//于纸面的光振动的平均值
>垂直于纸面的光振动的平
均值。
?于纸面的光振动的平均值
>平行于纸面的光振动的平
均值。
X
Y
E?
偏振度
若一偏振光，光强最强的方向的光强的平均值
为 Imax,与之垂直方向的光强平均值为 Imin，则,
偏振度,
m i nm a x
m i nm a x
II
II
p
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?
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讨论,?完全偏振光
?部分偏振光
?自然光
1?p0min ?I
0?pm inm a x II ?
10 ?? p0min ?I
X
Y
一、起偏与检偏
§ 16-12 起偏器与检偏器、马吕斯定律
起偏：从自然光获得偏振光的过程。
检偏：检查某束光是否是偏振光的过程。
起偏振器：从自然光获得偏振光的装置；
检偏振器：检查某束光是否是偏振光的装置。
二、偏振片及其起偏检偏
1、何谓偏振片？
透明玻璃片
涂有金鸡纳霜或碧硒（电
气石）等材料的簿膜
Polarizer and polarization analyzer,Malus’ law
二、偏振片及其起偏检偏
1、何谓偏振片？
透明玻璃片
涂有金鸡纳霜或碧硒（电
气石）等材料的簿膜
自然光
偏振光
偏振化方向
具有竖直偏振方向
的偏振膜。吸收了
水平方向的光振动
2、偏振片的用途
A）作起偏振器 I0 I0/2
B）作检偏振器
偏振光
变暗
自然光
不变暗
I0 I0/2 I0/2
I0 自然光 I0/2 I0/2
3、马吕斯定律 P
1
若 P1 P2的偏振化方向间的夹角不为 0，也不
为 90度，则出射的光强为多少？
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I0 自然光 I0/2 I0/2 变暗
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P2
马吕斯定律：强度为 I0的偏振光透过检偏振片后
强度变为 I=I0cos2?。
（ ?为入射的偏振光的振动方向与偏振片偏振化方
向间的夹角。）
E?
E// 0E?
?
I=I0cos2?
例：一束自然光，光强度为 I0，让其出射两个偏振
片，两个偏振片之间的夹角为 450，求从第二
个偏振片出射的偏振光强度。
I0
P1 P2
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1c o s)
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例：一束自然光，光强度为 I0，让其出射两个偏振
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个偏振片出射的偏振光强度。
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解,
04
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I0 自然光 I0/2
§ 16-13 反射和折射光的偏振、布儒斯特定律
一、反射和折射光中的偏振现象
1、反射光中垂直振动
强于平行的振动；
2、折射光中平行的振
动强于垂直振动；
3、反射光、折射光偏振
化的程度随入射角
的不同而不同。 i
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Polarization of reflection and refraction,
Brewster’s law
二、布儒斯特定律（ 1812年）
0i
当入射角 等于一特定角 时，使之满足,i
21
1
2
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入射面的振动而无平行于入射面的振动。
?这个特定的角称为
布儒斯特角；
?此时折射光仍为
部分偏振光；
?入射角为起偏振角
时，反射光与折射
光互相垂直。
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?入射角为起偏振角
时，反射光与折射
光互相垂直。
证明,
由折射定律,
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式（ 1）（ 2）
对照,（证毕！）
n2
n1 0i
0r
注意,
由布儒斯特定律,
解决办法：多次反射
和折射。
玻璃堆,
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问题,
1）反射光强一般
较小；
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2）折射光仍为部
分偏振光。 n
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通过反射与折射获得偏振光
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21000 /)90( nnc t g iitgt g r ????
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入射角为布儒斯特角时,
由布儒斯特定律,
即,
当光从折射率为 n2的介质入射到折射率为 n1
的介质时，反射光仍为偏振光。
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