1
第五章光的偏振 (1)
(polarization of light)
2
§ 5.1 自然光和偏振光一、偏振光 (完全偏振光 )
光矢量
)c o s (
)c o s (
0
0
yyy
xxx
yx
kztEE
kztEE
yExEE
设光矢量沿 z方向传播,
1.线偏振光
3
z
x
y
0
线偏振光及其表示法光振动垂直于纸面振动面
·
面对光的传播方向看
· · · ··
光振动垂直板面 光振动平行板面光矢量（ ）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振光（也称平面偏振光）。
E?
光振动方向与传播方向决定的平面称为振动面,
线偏振光的表示法：
4
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,
s i n
c o s
EE
EE
y
x
依赖于 x,y方向的选取对线偏振光
,0xy
EEy
Ex
y
x?
光的偏振性说明了,光是横波
5
2.圆偏振光
3.椭圆偏振光光矢量在垂直传播方向的平面内，
按一定频率旋转（左旋或右旋）、
光矢量的矢端轨迹是个圆（或椭圆）
的光称圆（或椭圆）偏振光。
6
规定,迎着光线看，
光矢量顺时针转的称 右旋 圆偏振光
（或椭圆偏振光）；
右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光光矢量逆时针转的称 左旋 圆偏振光
（或椭圆偏振光）。
7
某一时刻 右旋 圆偏振光 E随 z的变化
z
y
x
y
8
圆偏振光,
00,2 yxxy EE 且
2
2
Ey领先 ------右旋
Ex领先 ------左旋两束振动方向相互垂直、位相差,
传播方向一致、且振幅相等的线偏振光叠加，
就是圆偏振光。
2
反过来，一束圆偏振光也可以分解为这样两束线偏振光。
9
椭圆偏振光,
00
2
2
,,0
yxxy
xy
EE
，但或
椭圆偏振光的强度是这两束线偏振光强度的非相干叠加。
椭圆偏振光是两束振动方向相互垂直、
传播方向一致、位相差恒定的线偏振光叠加而成的。
10
二、自然光（非偏振光）
光源上一个原子一次发出的是一个线偏振光波列，持续时间约 10-8秒。
在 10-8秒的时间内大量波列合成的光波 可以是偏振的，但是它以完全无规的方式 迅速变化着。
各原子是独立地、随机地发光的。光矢量的大小、方向、初位相等等也是随机的。
在我们观察的时间?t内,在哪个方向都不占优势了，它们对其传播方向形成轴对称分布。
11
没有优势方向 自然光的分解平均说来这种大量的振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动的组合叫自然光。
zx
y
自然光及其表示法
zx
y
自然光及其表示法
12
Ex 和 Ey无固定关系,
它们是彼此独立的振动,
yx EE?
方向选择无关与 yx,
总光强
yxyx IIIII 22
—— 非相干叠加没有优势方向 自然光的分解
13
三,部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合,
称部分偏振光，
它 介于自然光与线偏振光之间。
x
y
z
部分偏振光及其表示法垂直纸面的光振动较强在纸面内的光振动较强部分偏振光的分解
部分偏振光
14
偏振度
m inm a x
m inm a x
II
IIP
描写部分偏振光的偏振程度的物理量是偏振度,
自然光也称为（完全） 非偏振光（ P=0）
部分偏振光 可看作是自然光和完全偏振光的叠加 （ 0＜ P＜ 1）,
完全偏振光（ P=1）
以上就是 三种偏振光,
五种偏振态,
15
§ 5.2 起偏和检偏一、起偏从自然光获得偏振光叫,起偏,,相应的光学器件叫,起偏器,。
起偏的原理,
都是利用某种形式的不对称性,如物质的二向色性，
反射和折射，散射，双折射 …,
偏振片 （ Polaroid）
是由自然光获得线偏振光的平面片状器件，
用 P表示。
16
偏振片
xy
z
z
线栅起偏器入射电磁波
·非偏振光 线偏振光光轴电气石晶片
··
偏振片 是以 利用晶体的二向色性 （对某一方向的光振动有强烈吸收） 起偏,（如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在 透明的基片上），
也可以 利用类似于 导电线栅 的作用原理起偏 （如把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）。
17
用偏振片起偏,
在忽略偏振片的吸收的情况下出射光强
02
1 II?
18
二、马吕斯定律（ Malus law）
线偏振光通过偏振片
P前后的光强关系：
2202
2
00
co sEEI
EI
,
20 c o sII?
0m a x0 III,?
02 I，
—— 消光改变?,I 随之改变。
I0 IP
PE0
E=E0cos?
19
三,检偏用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称,检偏,。
偏振片既可,起偏,又可,检偏,。
设入射光可能是自然光、线偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
以光线为轴转动 P:
I不变 —？
I变有消光 —？
I变无消光 —？
上述办法能区分出自然光和圆偏振光吗？
能区分出部分偏振光和椭圆偏振光吗？
自然光线偏振光部分偏振光
I
P
待检光
20
※ 散射光的偏振简介 在入射光的激励下，
媒质分子中的电子作受迫振动。
它们可视为振动电偶极子，
向周围发射子波,
振荡电偶极子电磁辐射的强度是不均匀的它 有一个角分布,
演示,1.起偏和检偏,
2.两块相互垂直的偏振片 P1,P2阻挡了全部光强,若在 P1,P2之间再加一块偏振片
P3后又怎么样? (演示 )
p
I(?)
振荡电偶极子电磁辐射强度的角分布
21
例如沿 PB方向观察到的只是部分偏振光，
它的偏振度会随角? 改变而变,
天空大气分子散射的日光就是部分偏振光 。
在自然光沿 Z方向入射的情况下,P处发出的偶极辐射在不同方向可观察到不同的偏振情况。
z
x
p
y
入射自然光
B
散射光
(部分偏振光 )
散射光
(线偏振光 )
散射光
(自然光 )
22
多次散射,可把方向的不对称抵消，
从而 可消除偏振 。
演示,光透不过两互相垂直的偏振片,
但在其间夹一蜡纸（形成多次散射）,
光又可以透过了。
23
§ 5.3 反射和折射时光的偏振实验表明,自然光在介质表面反射、折射时，
反射光中垂直入射面的分量比例大，
折射光中平行入射面的分量比例大。
·
·
··
·· ·
n1
n2
i i
r
·
自然光反射和折射后产生部分偏振光
·
·· ··n
1
n2
i0 i0
r0
线偏振光
··S
起偏振角
· · ·
24
入射角 i 变?反射、折射光的偏振度也变，
当 i=i0 时,反射光只有垂直入射面的分量。
i0 — 布儒斯特角,也叫起偏角,
此时，有 i0+ro =90O.
由折射定律有
020201 c o ss i ns i n inrnin
21
1
2
0 nn
n
t g i 布儒斯特定律
25
若 n1=1.00(空气 )，
n2=1.50(玻璃 )。
互余空气→玻璃玻璃→空气
°
°
42’3350.1 00.1
18’5600.1 50.1
1
0
1
0
tani
tani
思考,① 如何测量不透明介质的折射率？
② 在拍摄玻璃窗内的物体时，
如何去掉反射光的干扰？
（透明片）
26
玻璃片堆要提高反射线偏振光的强度，
可利用玻璃片堆的多次反射。
（演示实验）
·
·· ·· ······· i0
(接近线偏振光 )
· · ···· ···· ···
第五章光的偏振 (1)
(polarization of light)
2
§ 5.1 自然光和偏振光一、偏振光 (完全偏振光 )
光矢量
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0
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设光矢量沿 z方向传播,
1.线偏振光
3
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线偏振光及其表示法光振动垂直于纸面振动面
·
面对光的传播方向看
· · · ··
光振动垂直板面 光振动平行板面光矢量（ ）只在一个固定平面内沿单一方向振动的光叫线偏振光（也称平面偏振光）。
E?
光振动方向与传播方向决定的平面称为振动面,
线偏振光的表示法：
4
线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,
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c o s
EE
EE
y
x
依赖于 x,y方向的选取对线偏振光
,0xy
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光的偏振性说明了,光是横波
5
2.圆偏振光
3.椭圆偏振光光矢量在垂直传播方向的平面内，
按一定频率旋转（左旋或右旋）、
光矢量的矢端轨迹是个圆（或椭圆）
的光称圆（或椭圆）偏振光。
6
规定,迎着光线看，
光矢量顺时针转的称 右旋 圆偏振光
（或椭圆偏振光）；
右旋圆偏振光右旋椭圆偏振光光矢量逆时针转的称 左旋 圆偏振光
（或椭圆偏振光）。
7
某一时刻 右旋 圆偏振光 E随 z的变化
z
y
x
y
8
圆偏振光,
00,2 yxxy EE 且
2
2
Ey领先 ------右旋
Ex领先 ------左旋两束振动方向相互垂直、位相差,
传播方向一致、且振幅相等的线偏振光叠加，
就是圆偏振光。
2
反过来，一束圆偏振光也可以分解为这样两束线偏振光。
9
椭圆偏振光,
00
2
2
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yxxy
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，但或
椭圆偏振光的强度是这两束线偏振光强度的非相干叠加。
椭圆偏振光是两束振动方向相互垂直、
传播方向一致、位相差恒定的线偏振光叠加而成的。
10
二、自然光（非偏振光）
光源上一个原子一次发出的是一个线偏振光波列，持续时间约 10-8秒。
在 10-8秒的时间内大量波列合成的光波 可以是偏振的，但是它以完全无规的方式 迅速变化着。
各原子是独立地、随机地发光的。光矢量的大小、方向、初位相等等也是随机的。
在我们观察的时间?t内,在哪个方向都不占优势了，它们对其传播方向形成轴对称分布。
11
没有优势方向 自然光的分解平均说来这种大量的振幅相同、振动方向任意、彼此没有固定相位关系的光振动的组合叫自然光。
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y
自然光及其表示法
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自然光及其表示法
12
Ex 和 Ey无固定关系,
它们是彼此独立的振动,
yx EE?
方向选择无关与 yx,
总光强
yxyx IIIII 22
—— 非相干叠加没有优势方向 自然光的分解
13
三,部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合,
称部分偏振光，
它 介于自然光与线偏振光之间。
x
y
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部分偏振光及其表示法垂直纸面的光振动较强在纸面内的光振动较强部分偏振光的分解
部分偏振光
14
偏振度
m inm a x
m inm a x
II
IIP
描写部分偏振光的偏振程度的物理量是偏振度,
自然光也称为（完全） 非偏振光（ P=0）
部分偏振光 可看作是自然光和完全偏振光的叠加 （ 0＜ P＜ 1）,
完全偏振光（ P=1）
以上就是 三种偏振光,
五种偏振态,
15
§ 5.2 起偏和检偏一、起偏从自然光获得偏振光叫,起偏,,相应的光学器件叫,起偏器,。
起偏的原理,
都是利用某种形式的不对称性,如物质的二向色性，
反射和折射，散射，双折射 …,
偏振片 （ Polaroid）
是由自然光获得线偏振光的平面片状器件，
用 P表示。
16
偏振片
xy
z
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线栅起偏器入射电磁波
·非偏振光 线偏振光光轴电气石晶片
··
偏振片 是以 利用晶体的二向色性 （对某一方向的光振动有强烈吸收） 起偏,（如把硫酸碘奎宁的针状粉末定向排在 透明的基片上），
也可以 利用类似于 导电线栅 的作用原理起偏 （如把富含自由电子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）。
17
用偏振片起偏,
在忽略偏振片的吸收的情况下出射光强
02
1 II?
18
二、马吕斯定律（ Malus law）
线偏振光通过偏振片
P前后的光强关系：
2202
2
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0m a x0 III,?
02 I，
—— 消光改变?,I 随之改变。
I0 IP
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E=E0cos?
19
三,检偏用偏振器件分析、检验光束的偏振状态称,检偏,。
偏振片既可,起偏,又可,检偏,。
设入射光可能是自然光、线偏振光或部分偏振光，如何用偏振片来区分它们？
以光线为轴转动 P:
I不变 —？
I变有消光 —？
I变无消光 —？
上述办法能区分出自然光和圆偏振光吗？
能区分出部分偏振光和椭圆偏振光吗？
自然光线偏振光部分偏振光
I
P
待检光
20
※ 散射光的偏振简介 在入射光的激励下，
媒质分子中的电子作受迫振动。
它们可视为振动电偶极子，
向周围发射子波,
振荡电偶极子电磁辐射的强度是不均匀的它 有一个角分布,
演示,1.起偏和检偏,
2.两块相互垂直的偏振片 P1,P2阻挡了全部光强,若在 P1,P2之间再加一块偏振片
P3后又怎么样? (演示 )
p
I(?)
振荡电偶极子电磁辐射强度的角分布
21
例如沿 PB方向观察到的只是部分偏振光，
它的偏振度会随角? 改变而变,
天空大气分子散射的日光就是部分偏振光 。
在自然光沿 Z方向入射的情况下,P处发出的偶极辐射在不同方向可观察到不同的偏振情况。
z
x
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入射自然光
B
散射光
(部分偏振光 )
散射光
(线偏振光 )
散射光
(自然光 )
22
多次散射,可把方向的不对称抵消，
从而 可消除偏振 。
演示,光透不过两互相垂直的偏振片,
但在其间夹一蜡纸（形成多次散射）,
光又可以透过了。
23
§ 5.3 反射和折射时光的偏振实验表明,自然光在介质表面反射、折射时，
反射光中垂直入射面的分量比例大，
折射光中平行入射面的分量比例大。
·
·
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n1
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自然光反射和折射后产生部分偏振光
·
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线偏振光
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起偏振角
· · ·
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入射角 i 变?反射、折射光的偏振度也变，
当 i=i0 时,反射光只有垂直入射面的分量。
i0 — 布儒斯特角,也叫起偏角,
此时，有 i0+ro =90O.
由折射定律有
020201 c o ss i ns i n inrnin
21
1
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25
若 n1=1.00(空气 )，
n2=1.50(玻璃 )。
互余空气→玻璃玻璃→空气
°
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42’3350.1 00.1
18’5600.1 50.1
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思考,① 如何测量不透明介质的折射率？
② 在拍摄玻璃窗内的物体时，
如何去掉反射光的干扰？
（透明片）
26
玻璃片堆要提高反射线偏振光的强度，
可利用玻璃片堆的多次反射。
（演示实验）
·
·· ·· ······· i0
(接近线偏振光 )
· · ···· ···· ···
