第四章光的偏振（1）
一、选择题
1．一束光强为I0的自然光垂直穿过两个偏振片，且此两偏振片的偏振化方向成45o角，若不考虑偏振片的反射和吸收，则穿过两个偏振片后的光强为
(A)√2 I0/4 (B) I0/4 (C) I0/2 (D) √2
I0/2 [ ]
2．一束光强为I0的自然光，相继通过三个偏振片P1、 P2、 P3后，出射光的光强为I=I0/8，已知P1 和P3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P2，要使出射光的光强为零，P2最少要转过的角度是
(A)
30o (B)45o (C)60o (D)90o [ ]
3．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片。若以此入射光束为轴旋转偏振片，测的透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光数中自然光与线偏振光的光强比值为
(A)1/2 (B)1/5 (C) 1/3 (D)2/3 [ ]
4．自然光以60o的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为
（A）完全偏振光且折射角是300
（B）部分偏振光且只是在该由真空入射到折射率为√3的介质时，折射角是30o
（C）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角。
0（D）部分偏振光且折射率为30o
5．ABCD 为一块方解石的一个截面，AB为垂直于纸面的晶体
平面与纸面的交线。光轴方向在纸面内且与AB成一锐角θ ，如图所示，一束平行的单色自然光垂直于端面入射，在方解石内折射光分解为o光和e光，o光和e光的 [ ]
（A）传播方向相同，电场强度的振动方向互相垂直。
（B）传播方向相同，电场强度的振动方向不互相垂直。
（C）传播方向不相同，电场强度的振动方向互相垂直。
（D）传播方向不相同，电场强度的振动方向不互相垂直。
6．一束单色平面偏振光，垂直射入到一块用方解石（负晶体）
制成的四分之一波片（对透射光的频率）上，如图所示，如果
入射光的振动面与光轴成450角，则对着光看从波片射出的光
是 [ ]
（A）逆时针方向旋转的圆偏振光。
（B）逆时针方向旋转的椭圆偏振光。
（C）顺时针方向旋转的圆偏振光。
（D）顺时针方向旋转的椭圆偏振光。
7．一束单色右旋圆偏振光垂直穿入二分之一波片后，其出射光
为 [ ]
（A）线偏振光（B）右旋圆偏振光
（C）左旋圆偏振光（D）左旋椭圆偏振光
8．下列那些说法是正确的？ [ ] （A）一束圆偏振光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光
（B）一束椭圆偏振光垂直入通过二分之一波片后将成为线偏振光
（C）一束圆偏振光垂直入通过二分之一波片将成为线偏振光
（D）一束自然光垂直入通过四分之一波片后将成为线偏振光
9．仅用一个偏振片观察一束单色光时，发现出射光存在强度为最大的位置（标出此方向）但无消光位置，在偏振片前放置一块四分之一波片，且使波片的光轴与标出的方向平行这时旋转偏振片观察到有消光位置，则这束单色光
是 [ ]
（A）线偏振光（B）椭圆偏振光
（C）自然光与椭圆偏振光的混合（D）自然光与线偏振光的混合
10．一束线偏振光，垂直入射到四分之一波片上，线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴夹角，此线偏振光经过四分之一波片
后 [ ]
（A）成为椭圆偏振光（B）仍为线偏振光，但振动面旋转了π/2角
（C）仍为线偏振光，但振动面旋转了π/4角（D）成为圆偏振光
二．填空题（共59分）
1．一束光垂直入射在偏振片上，以入射光线为轴转动，观察通过的光强的变化过程，若入射光是_________光，则将看到光强不变；若入射光是
__________，则将看到明暗交替变化，有时出现全暗，若入射光是________，则将看到明暗交替变化，但不出现全暗。
2．要使一束光偏振光通过偏振片之后振动方向转过，至少需要让这束光通过_____块理想偏振片。在此情况下，透射光最大是原来光强的_______倍
3．用相互平行的一束自然光和一束线偏振光构成的混合光垂直照射在一偏振片上，以光的传播方向为轴旋转偏振片时，发现透射光强的最大值为最小值的5倍，则入射光中，自然光强I0与线光强I之比为______
4．当一束自然光以布儒斯特角入射到两种媒质的分界面上时，就偏振状态来说反射光为______光，其振动方向_______于入射面。
5．
布儒斯特定律的数学表达式为_______。式中______为布儒斯特角；_______为折射媒质对入射媒质的相对折射率
6．附图表示一束自然光入射到两种媒质交界平面上产生
反射光和折射光。按图中所示的各光的偏振状态，反射光
是________光，折射光是_______光；这时的入射角
称为_______角
7．
某一块石玻璃的折射率是1.65，现将这块玻璃浸没
水中(n=1.33)欲使从这块玻璃表面反射到水中的光是完全偏振的,则光
由水射向玻璃入射角应为______.
8．如果从一池静水(n=1.33)的表面反射出来的太阳光是完全
偏振的,那么太阳的仰角(见图)大致等于______.在这反射光中
的E矢量的方向应________
9．当一束自然光在两种介质分界面处发生反射和折射时,
若反光为完全偏振光,则折射光为_______偏振光,且反射光线
之间的夹角为_________.
10．假设某一介质对于空气的临界角是45°,则光从空气射向此介质的不儒斯特角是_______.
11．
一束线偏振的平行光,在真空中波长为589nm
(1 nm=10-9m),当垂直入射到方解石晶体上,晶体的光
轴和表面平行,如图所示,已知线偏光直入射到方解
石面上,晶体的光轴和表面平行,如图所示,已知
方解石晶体对此单色光的折射率为no=1.658,
ne=1.486,这晶体中的寻常光的波长λo=______
λe=________
12．用方解石晶体(no> ne ) 切成一个顶角A=30?
的三棱镜,其光轴方向如图,若单色自然光垂直AB
面入射,(见图)试定性的画出三棱镜内外折射光的光路,
并画出光矢量的振动方向.
13．将方解石晶体磨制成薄片,其光轴平行于表面,
且厚度d满足下式: (no- ne )d=kλ+λ/d,式中λ为入射光波长,k为正整数,这种晶体薄片称为______波片.
14．通过_____和_____或______等的作用,可使光学各向同性介质变为各向异性介质,从而产生人为双折射现象.
15．某些各向同性的透明介质在外加电场作用下会表现出双折射现象,其中克尔(Kerr)效应是指介质中o光和e光的折射率差值(ne- no)正比电场的______次方现象,克尔效应最重要的特点是___________.
三．计算题
1．三个偏振片P1、P2、、P3按此顺序叠放在一起，P1、P3 的偏振化方向保持相互垂直，P1、与P2 的偏振化方向的夹角为α，P2 可以入射光线为光轴转动，今强度为I0单色自然光垂直入射在偏振片上，不考虑偏振片对可透射分量的反射和吸收。
(1)求穿过三个偏振片后的透射光强度I与、α，角的函数关系式；
(2)试定性画出在P2转动一周过程中透射光强I随α，角变化的函数线
2．偏振片P1、P2、、叠在一起，一束单色线偏光垂直入射到P1、上，其光矢量振动方向与P1、的偏振化方向之间的夹角固定30?。当连续穿过P1、P2、、后的出射光强为最大出射光强的1/4时，P1、P2、、的偏振化方向夹角α是多大？
3．个偏振片叠在一起，在它门的偏振化方向成α1=30? 时观测一束单色自然光。又在α2=45? 观测另一束单色自然光，若两次所得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比。
4．两个偏振片P1、P2、、叠在一起，其偏振化方向之间的夹角为30?，由强度相同的自然光和线偏振光混合而成的光束垂直入射在偏振片上，已知穿过后的透射光强为入射光强的2/3，求：
(1)入射光线中偏振光的光矢量振动方向与P1的偏振化方向的夹角θ为多少？
(2)连续穿过 P1 、P2 后的透射光强与入射光强之比。
5．两个偏振片P1 、P2叠在一起，由强度相同的只染光和线偏振光混合而成的光束垂直入射在偏振片上，进行了两次测量，第一次和第二次测量时P1 、P2的偏振化方向夹角分别为300和未知的θ ，且入射光中线偏振光的光矢量振动方
向与P1的偏振化方向夹角分别为450和300，若连续穿过后的透射光强的两次测量值相等，求θ 。
6．两个偏振片P1 、P2叠在一起，其偏振化方向之间的夹角记为 ? ，由强度相同的自然光和线偏振光混合而成的光束垂直入射在偏振片上，线偏振光的光矢量振动方向与P1偏振化方向之间的夹角记为θ 。
(1)若不记偏振片对可透射分量的反射和吸收，且? = 300，θ = 600，求穿过P1后的透射光强与入射光强之比。
(2)若每个偏振片使可透射分量的强度减弱10℅，并且要使穿过P1后的透射光强及连续穿过P1 、P2后的透射光强与入射光强之比都和（1）中算出的相同，这时θ和 ? 各应是多大?
7．
如图安排的三种Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 透明介质，其折射率分别为n1 =1.00、n2 =1.43和n3 ，Ⅰ、Ⅱ和Ⅱ、Ⅲ的界面相互平行，一束自然光由介质Ⅰ中入射，
若在两个交界面上的反射光都是线偏振光，则
(1)入射角是i多少？
(2)折射率n3 是多少？
8．线偏振光垂直入射于石英晶片上（光轴平行于入射面），石英主折射率no= 1.544，ne =1.553。
(1)若入射光振动方向与晶片的光轴成600角，不记反射与吸收损失，估算透过的o光与e光的强度之比
(2)若晶片的厚度0.50mm为，透过的o光与e光的光程差多少？
9．用水晶材料制造对汞灯绿光（波长λ=546.1×10-9m）适用的四分之一波片，已知对此绿光水晶的主折射率分别为no=1.5462、ne=1.5554。
(1)求此四分之一波片的最小厚度d ；
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 第二十章 光的偏振自测题答案 一、 选择题： ACABB BCCDB DBCBD DDABC 二、填空题： 2I ，I/8,线偏振光，横，光轴， 2 21 2cos cos αα，圆，大于， 624844.4800'=， 60 ，3I 0/16,3, 91.7 , 8.6，5um 三、计算题 1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片，透射光强为 I 1。今在这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角，则透射光强为多少？ 解：设入射的自然光光强为0I ，则透过第1个偏振片后光强变为 2 I 0 ， 3分 透过第2个偏振片后光强变为1020 I 60cos 2 I =， 3分
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 由此得 10 21 0I 860 cos I 2I == 3分 上述两偏振片间插入另一偏振片，透过的光强变为 11020202I 25.2I 4 9 30cos 30cos 2I I === 3分 2、 自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。如果透射光强为（1）透射光最大强度的三分之一,（2）入射光强度的三分之一，则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？ 解：（1）设入射的自然光光强为0I ，两偏振片同向时，透过光强最大，为2 I 0 。当透射光强为 2 I 31I 0 1?=时，有 2分
AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF 6 I cos 2I I 0201== θ 2分 两个偏振片的偏振化方向间的夹角为 44543 1 arccos 01'==θ 2分 （2）由于透射光强 3 I cos 2 I I 02202==θ 4分 所以有 61363 2 arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍? 解：由马吕斯定律有 0o 20183 30cos 2I I I == 4分 0ο20241 45cos 2I I I == 4分 0ο2038 1 60cos 2I I I == 4分 所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的8 3,4 1,8 1倍． 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，
8光的偏振 8.1马吕斯定律 1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过．当其中一偏振片慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为： (A) 光强单调增加． (B) 光强先增加，后又减小至零． (C) 光强先增加，后减小，再增加． (D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零． 答案：(B) 参考解答： 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过．则两偏振片偏振化方向相互垂直。当其中一偏振片慢慢转动180°时，根据马吕斯定律,cos 20θI I =，透射光强度发生的变化为： 光强先增加（),02:→πθ后又减小至零（).2 0:πθ→ 对所有选择错误，给出下面的讨论： 1.1 试写出马吕斯定律的数学表示式，并说明式中各符号代表什么． 参考解答： 马吕斯定律的数学表示式为 I = I 0 cos 2α 式中，I 0为入射线偏振光(或完全偏振光)的强度, I 为(透过检偏器后)透射光的强度． α为入射线偏振光的光振动方向和检偏振器偏振化方向之间的夹角. 进入下一题： 2. 让入射的平面偏振光依次通过偏振片P 1和P 2．P 1和P 2的偏振化方向与原入射光光矢量振动方向的夹角分别是α和β．欲使最后透射光振动方向与原入射光振动方向互相垂直，并且透射光有最大的光强，问α和β各应满足 (A) β＝90°, α＝45°．(B) β＝45°, α＝90°． 答案：(A) 参考解答: (1) 见图，只有让β＝90°，才能使通过P 1和P 2的透射光的振动方向(2A )与原入射光振动方向(0A )互相垂直，即β＝90°. (2) 据马吕斯定律，透射光强 I ＝(I 0cos 2α)cos 2(90°－α) ＝I 0 cos 2α sin 2α ＝I 0sin 2(2α)/4 欲使I 为最大，则需使2α＝90°，即α＝45°． 对所有选择，给出参考解答,进入下一题8.2布儒斯特定律 2
第20章光的偏振 思考题 20-1 线偏振光和自然光有什么区别？如何区分线偏振光和自然光？ 答：线偏振光在与传播方向垂直方向上的振幅不同，自然光在则完全相同．让它们分别穿过偏振片，沿着光传播的方向转动偏振片，如果透射光的光强发生改变，就是线偏振光，否则是自然光． 20-2 圆偏振光和线偏振光是否是同一种状态，两束相同的自然光分别经过起偏器后分别变成圆偏振光和线偏振光，哪一束光的光强更大？ 答：不是．圆偏振光的电矢量的方向在传播过程中不断绕传播方向改变，线偏振光的电矢量始终在同一个平面内．其光强相等． 20-3 如图A是起偏器，B是检偏器，以单色光垂直入射，保持A不动，将B绕轴l转动一周，在转动过程中，通过B的光强怎样变化？若保持B不变，将A绕轴l转动一周，通过B的光强怎样变化？ 答：⑴通过B的光强会发生强度变化，如果AB的起始偏振方向一致，光强从最强变 到最弱，再达到最强． ⑵如果A绕l转一周，结果完全相同与Ｂ旋转相同． 20-4 利用双折射现象如何制成波片？ 答：波片一般是从石英晶体中切割出来的薄片．当一束振幅为A0的平行光垂直入射到波片上时，在入射点分解为e光和o光，并具有相同的相位，光进入晶体后，o光和e光的传播速度不同，二者的波长不同，逐渐形成相位不同的两束光．经过厚度为d的波片后，相 位差为 d n n e o ) ( 2 - = ? λ π ? A A 问题20-3图
可见，波片的厚度不同，两束光之间的相位差不同，常见的波片是1/4波片和半波片． 20-5透射的方式能否获得完全的线偏振光？用反射方式呢？它们各有什么特点？ 答：能. 也能.略. 20-6 马吕斯定律定量描述了一对由起偏器和检偏器组成的偏振器，对透过光线强度的调节作用，如何设计一套可以连续调节光强的实验系统？ 答：由起偏器和检偏器组成一对同轴调节系统，使起偏器或检偏器绕轴旋转，出射光的光强会连续改变． 20-7如图20-26所示，玻璃片堆A 的折射率为n ，二分之一波片C 的光轴与y 轴的夹角为30°，偏振片P 的透振方向沿y 轴方向，自然光沿水平方向入射． ⑴ 要使反射光为完全偏振光，玻璃片堆A 的倾角θ应为多少？ ⑵ 若将部分偏振光看作自然光与线偏振光的叠加，则经过 C 后线偏振光的振动面有何变化？说明理由. ⑶ 若透射光中自然光的光强为I ，线偏振光的光强为I ′,计 算透过后的光强． 答：（1）根据马吕斯定律：απθα-= =2,arctan n ⑵ 椭圆偏振光 ⑶ 可用相干叠加公式计算. 20-8 如图20-27所示，偏振光干涉装置中，C 是劈尖角很小的双折射晶片，折射率 c e n n >，P 1、P 2的透振方向相互正交，与光轴方向成45° 角，若以波长为λ的单色自然光垂直照射，讨论： ⑴ 通过晶片C 不同厚度处出射光的偏振态； ⑵ 经过偏振片P 的出射光干涉相长及相消位置与劈尖厚度d 的关系，并求干涉相长的光强与入射光强之比； ⑶ 若转动P 2到与P 1平行时，干涉条纹如何变化？为什么？ 图20-26 思考题20-7用图
2 光的偏振性和溶液旋光性 一 注意事项 1. 激光功率密度较大，严禁激光束射入眼睛； 2. 本告示牌供实验者阅读，所以不要在上面写字，更不能带出实验室。 3. 本实验样品管属玻璃制品，使用时应轻拿轻放，用后切记放在盘中。 4. 实验时，先将光功率计的量程置于2mw 档，以后根据需要可以把量程减小到200μw 档。 5. 光功率计2mw 档和200μw 档的调零不一致，请思考哪部分测量必须调零，在哪一档调零？ 6. 测量时应注意使激光束入射至探测器的中间部分。 7. 黑纸筒可套在光功率计上遮挡杂散光，实验过程中要注意上述第5点的检查。 二 实验中常见问题及处理 1. 实验所用半导体激光器发出的是偏振光，实验时务必调整起偏器至光强最大位置，注意 此时光功率计置于2mw 档。 2. 由于使透过检偏器的光强最弱的位置（消光位置）比光强最强的位置更容易确定，因此 建议：在验证马吕斯定律时，检偏器转动角度测量以消光位置为参考点，但在数据处理时，要注意换算。 3. 测量各个角度时，先记录实际读数，再换算成偏转角度。 4. 注意各个光学元件同轴等高的调节。 5. 每次测量旋光度之前，莫忘先在放置纯水的情况下观察光强最小位置，然后放置被测溶 液,光功率计调至200μw 档级。（这里必须对光功率计调零吗？） 6. 调换样品管时，要保证样品管的位置不变，样品管位置的变动对测量结果影响较大。（观 察前后、左右） 7. 测量旋光度时，要记录检偏器初、末两个值。当光强接近最小值时，一定要缓慢旋转检 偏器，测量时，要在同一个方向旋转测角器。 8. 角度尺按1/5估读。不确定度限值取0.5度。 9. 游标卡尺, 主尺分度：1mm, 精度：0.02mm a =0.02mm 三 葡萄糖溶液的配制 （采用市售口服葡萄糖粉） （1）用电子分析天平（分辨率为0.1mg ）称量烧杯和葡萄糖的质量。 烧杯质量=87.1687g ；（葡萄糖+烧杯）的总质量=135.1695g ； 葡萄糖质量=135.1695-87.1687g=48.0008g 。 （2）在盛有48.0008g 葡萄糖粉的烧杯中加入纯水约160ml ，经充分溶解后（溶解过程尚需搅拌），注意不能将溶液溅出，倒入量筒，适当补充纯水后，得200.0ml 葡萄糖溶液。 则葡萄糖溶液的浓度： 30.2400.00 .2000008.48C -==cm g 注意：本实验 C 0=0.300g ·cm -3 （3）不同浓度葡萄糖溶液的配置：将配置好的浓度为C 0的试样倒入量筒（取50.0 ml ）， 然后取50.0ml 的纯水倒入其中，用搅拌棒搅拌溶液，使其充分混合，便得到C 0/2浓度的葡萄糖溶液。把纯水和浓度为C 0的溶液按一定的容积比例混合，即可得到不同浓度的葡萄糖溶液。（本实验中所用葡萄糖溶液的浓度为C 0/6、2C 0/6，3C 0/6，4C 0/6，5C 0/6，C 0；用最小二乘法处理数据时，假定这些溶度的不确定度都小到可以忽略。） 参考表格
光无源器件——偏振分光棱镜的设计
Harbin Institute of Technology 设计报告 课程名称：光纤技术与应用 设计题目：偏振分光棱镜 院系：航天学院 班级： 0921103 姓名：董涛 学号： 1092110319 指导教师：张爱红 设计时间： 2012 年 04 月 哈尔滨工业大学
偏振分光棱镜的设计 设计目的 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。常见的光无源器件有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关、环形器、隔离器、衰减器等。 目前，光无源器件正朝着高性能、高集成、低损耗的方向发展，由一个双光纤头配合一个自聚焦透镜构成的双光纤准直器来替代两个单光纤准直器，大大缩小了器件的尺寸，在解波分复用器中已得到广泛应用，而且三端口或三端口以上的光无源器件也越来越多地采用这种结构。但是，由于共用一个自聚焦透镜，通过双光纤准直器出射的两条光束并不严格平行，往往需要用棱镜或棱镜组通过特定的耦合角度与其匹配。常用的棱镜组有屋脊棱镜和渥拉斯顿棱镜。另外在许多偏振无关的光无源器件中，往往需要将输入光束中正交的偏振态分光、处理，然后再合光，因此偏振光合束器有着重要作用。 本文设计一种新型偏振分光棱镜组，在实现双光纤准直器角度匹配的同时，实现合光功能。其结构简单，加工、检测方便，可以将这种结构应用于光环行器和偏振光合束器中。 设计原理 既然是一种棱镜光学元件，其工作原理遵守光学的基本规律、几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、计算公式和测试方法对其都适用。 在设计之前，需要计算双光纤准直器的角度匹配。其光路图（图1）：
习题 20-1．从某湖水表面反射来的日光正好是完全偏振光，己知湖水的折射率为33.1。推算太阳在地平线上的仰角，并说明反射光中光矢量的振动方向。 解：由布儒斯特定律 ο5333.1arctan arctan 1 2===n n α ο372=-α π 在反射光中振动方向为与入射面垂直。 20-2．自然光投射到叠在一起的两块偏振片上，则两偏振片的偏振化方向夹角为多大才能使： （1）透射光强为入射光强的3/1； （2）透射光强为最大透射光强的3/1. (均不计吸收) 解：设夹角为α，则透射光强α20cos I I = 通过第一块偏振片之后，光强为：1/2I 0， 通过第二块偏振片之后：α20cos 21I I = 由题意透射光强为入射光强的3/1得 I=I 0/3则 αα=35.26° 同样由题意当透射光强为最大透射光强的3/1时，也就是透射光强为入射光强的1/6， 可得： α=54.74° 20-3．设一部分偏振光由一自然光和一线偏振光混合构成。现通过偏振片观察到这部分偏振光在偏振片由对应最大透射光强位置转过ο60时，透射光强减为一半，试求部分偏振光中自然光和线偏振光两光强各占的比例。 解: 10max 21I I I += ο60cos 2 1210max I I I += 即得11 10：：=I I 20-4．由钠灯射出的波长为nm 0.589的平行光束以ο 50角入射到方解石制成的晶片上，晶片光轴垂直于入射面且平行于晶片表面，已知折射率65.1o =n ，486.1e =n ，求 （1）在晶片内o 光与e 光的波长； （2）o 光与e 光两光束间的夹角.
光的偏振 一、光的偏振的相关知识 (1)自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光． (2)偏振：光波只沿某一特定的方向振动，称为光的偏振 (3)偏振光：在垂直于传播方向的平面上，只沿某个特定方向振动的光，叫做偏振光．光的偏振证明光是横波．自然光通过偏振片后，就得到了偏振光． 二、光的偏振的理解 1、偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器：通过两个共轴的偏振片观察自然光，第一个偏振片的作用是把 自然光变成偏振光，叫起偏器．第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光，叫检偏器． (2)自然光射到两种介质的交界面上，如果光入射的方向合适，使反射光和折射光之间 的夹角恰好是90°时，反射光和折射光都是偏振光，且偏振方向相互垂直． 特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片，偏振片并非刻有狭缝，而是具有一种特征，即存在一个偏振方向，只让平行于该方向振动的光通过，其他振动方向的光被吸收了． 2、偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义：光的干涉和衍射现象充分说明了光是波，但不能确定光波是横波还是纵 波．光的偏振现象说明了光波是横波． (2)应用：照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等． 三、相关练习 1、如图所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光的是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光 答案ABD 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过，当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时，透射光的强度不同，它们平行时最强，而垂直时最弱．太阳光是自然光，光波可沿任何方向振动，所以在P的另一侧能观察到透射光；沿竖直方向振动的光，振动方向与偏振片的透振方向相同，当然可以看到透射光；沿水平方向振动的光，其振动方向与透振方向垂直，所以看不到透射光；沿与竖直方向成45°角振动的光，其振动方向与透
第五章光的偏振 （Polarization of light） ●学习目的 通过本章的学习使得学生了解光通过各向异性介质时所产生的偏振现象，初步掌握自然光、线偏振光、椭圆偏振光的检测方法。 ●内容提要 1、阐明惠更斯作图法，说明光在晶体中的传播规律； 2、介绍布儒斯特定律和马吕斯定律； 3、阐明自然光、线偏振光、椭圆偏振光的概念和检测方法； 4、介绍1/4波片的功用； 5、讨论光在各向异性介质中的传播情况。 ●重点 1、偏振光的检测方法； 2、光在晶体中的传播行为。 ●难点 1、偏振光的检测方法； 2、各向异性介质光的传播行为。 ●计划学时 计划授课时间10学时 ●教学方式及教学手段 课堂集中式授课，采用多媒体教学。 ●参考书目 1、《光学》第二版章志鸣等编著，高等教育出版社，第七章 2、《光学。近代物理》陈熙谋编著，北京大学出版社，第四章
第一节 自然光与偏振光 一、光的偏振性 1、纵波：波的振动方向和波的传播方向相同的波称为纵波。 2、横波：波的振动方向和波的传播方向相互垂直的波称为纵波。 3、偏振：波的振动方向相对于传播方向的不对称性称为偏振。只有横波才有偏振现象。 4、振动面：电矢量和光的传播方向所构成的平面称为偏振光的振动面。 二、自然光和偏振光（natural light ） 1、偏振光的种类 ● 平面偏振光：光在传播过程中电矢量的振动只限于某一平面内，则这种光称为平面偏振光。 ● 线偏振光：（linearly polarized light ）光在传播过程中电矢量在传播方向垂直的平面上的投影为一条直线，则这种光称为线偏振光。 线偏振光的表示法： ● 部分偏振光（partially polarized light ）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。 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干的线偏振光。 ▲部分偏振光的表示： 迎着光的传播方向看 · · · · · 光振动垂直板面 光振动平行板面
偏振分光棱镜 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
偏振分光棱镜 偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜偏振分光棱镜（PBS）是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同，由它分出的两束光之间有特殊的关系，即：它们都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。如下图所示。 偏振分光棱镜 提问： Q1：一束自然光入射到PBS上，请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么Q2：如果一束正交线偏振（P，S）光入射，请问透射光和反射光的状态 这里面涉及了几个物理光学概念，容易使人混淆（至少我是混淆了好几年），今天好好梳理一下：（1）偏振，（2）双折射，（3）晶体 （1）偏振 polarization 偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】，是指这光的电矢量（E）的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为：线偏振，椭圆偏振（特殊情况下是圆偏振）。例如，对于线偏振光，它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】，如自然光，它们的电矢量的振动是杂乱无章的，既不朝着某些相同的方向，振动时又不具有固定的时间对应关系（没有固定相位），因此，它们的振动是随机的，没有固定规律的。在【偏振光】的概念里，为了描述振动方向的
实验7 光的偏振特性研究 光的干涉衍射现象揭示了光的波动性，但是还不能说明光波是纵波还是横波。而光的偏振现象清楚地显示其振动方向与传播方向垂直，说明光是横波。1808年法国物理学家马吕斯（Malus,1775—1812）研究双折射时发现折射的两束光在两个互相垂直的平面上偏振。此后又有布儒斯特（Brewster,1781—1868）定律和色偏振等一些新发现。 光的偏振有别于光的其它性质，人的感觉器官不能感觉偏振的存在。光的偏振使人们对光的传播规律(反射、折射、吸收和散射)有了新的认识。本实验通过对偏振光的观察、分析和测量，加深对光的偏振基本规律的认识和理解。 偏振光的应用很广泛，从立体电影、晶体性质研究到光学计量、光弹、薄膜、光通信、实验应力分析等技术领域都有巧妙的应用。 一、实验目的 1. 观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法。 2. 了解波片的作用和用1/4波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。 3. 通过布儒斯特角的测定，测得玻璃的折射率。 4. 验证马吕斯定律。 二、实验原理 1. 自然光和偏振光 光是一种电磁波，电磁波中的电矢量E就是光波的振动矢量，称作光矢量。通常，光源发出的光波，其电矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则的取向。在与传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。光的振动方向和传播方向所组成的平面称为振动面。按照光矢量振动的不同状态，通常把光波分为自然光、部分偏振光、线偏振光（平面偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光五种形式。 如果光矢量的方向是任意的，且在各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。自然光通过介质的反射、折射、吸收和散射后，光波的电矢量的振动在某个方向具有相对优势，而使其分布对传播方向不再对称。具有这种取向特征的光，统称为偏振光。 偏振光可分为部分偏振光、线偏振光（平面偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光。如果光矢量可以采取任何方向，但不同方向的振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，这种光为部分偏振光。如果光矢量的振动限于某一固定方向，则这种光称为线偏振光或平面偏振光。如果光矢量的大小和方向随时间作有规律的变化，且光矢量的末端在垂直于传播方向的平面内的轨迹是椭圆，则称为椭圆偏振光；如果是圆则称为圆偏振光。 将自然光变成偏振光的过程称为起偏，用于起偏的装置称为起偏器；鉴别光的偏振状态的过程称为检偏，它所使用的装置称为检偏器。实际上，起偏器和检偏器是可以通用的。本实验所用的起偏器和检偏器均为分子型薄膜偏振片。
第二十章-光的偏振自测题答案
第二十章 光的偏振自测题答案 一、 选择题： ACABB BCCDB DBCBD DDABC 二、填空题： 2I ，I/8,线偏振光，横，光轴，2212cos cos αα，圆，大于，624844.4800'=， 600，3I 0/16,3, 91.7 , 8.6，5um 三、计算题 1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片，透射光强为 I 1。今在 这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角，则透射光强为多少？ 解：设入射的自然光光强为0I ，则透过第1个偏振片后光强变为2I 0， 3分 透过第2个偏振片后光强变为1020I 60cos 2 I =， 3分 由此得 10 210I 860cos I 2I == 3分 上述两偏振片间插入另一偏振片，透过的光强变为 11020202I 25.2I 4 930cos 30cos 2I I === 3分 2、 自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。如果透射光强为（1）透射光最大强度的三分之一,（2）入射光强度的三分之一，则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？ 解：（1）设入射的自然光光强为0I ，两偏振片同向时，透过光强最大，为2 I 0。
当透射光强为2 I 31I 01?=时，有 2分 6 I cos 2I I 0201==θ 2分 两个偏振片的偏振化方向间的夹角为 44543 1arccos 01'==θ 2分 （2）由于透射光强 3 I cos 2I I 02202==θ 4分 所以有 61363 2arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍? 解：由马吕斯定律有 0o 2018 330cos 2I I I == 4分 0ο2024 145cos 2I I I == 4分 0ο2038160cos 2I I I == 4分 所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,8 1倍． 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°，问此时透射光I 与1I 之比为多少? 解：由马吕斯定律 ο20160cos 2I I =8 0I = 4分
偏振分光棱镜 偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜 偏振分光棱镜（PBS）是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同，由它分出的两束光之间有特殊的关系，即：它们都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。如下图所示。 偏振分光棱镜 提问：
Q1：一束自然光入射到PBS上，请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么？ Q2：如果一束正交线偏振（P，S）光入射，请问透射光和反射光的状态？ 这里面涉及了几个物理光学概念，容易使人混淆（至少我是混淆了好几年），今天好好梳理一下：（1）偏振，（2）双折射，（3）晶体 （1）偏振polarization 偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】，是指这光的电矢量（E）的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为：线偏振，椭圆偏振（特殊情况下是圆偏振）。例如，对于线偏振光，它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】，如自然光，它们的电矢量的振动是杂乱无章的，既不朝着某些相同的方向，振动时又不具有固定的时间对应关系（没有固定相位），因此，它们的振动是随机的，没有固定规律的。在【偏振光】的概念里，为了描述振动方向的相互关系，对于最基本的线偏振光（通过它可以组合成椭偏光，当然反之也可以），我们通常用p光和s光来区分。其中，p光表示振动方向与入射面平行的线偏振光，s光表示振动方向与入射面垂直的线偏振
习题八 姓名 一、选择题 1．自然光从空气连续射入介质1和介质2（折射率分别为1n 和2n ）时，得到的反射光a 和b 都是完全偏振光。已介质1和介质2的折射率之比为31 ，则光的入射角i 0为[ ] （A ）30?； （B ）60?； （C ）45?； （D ）75?。 2．一束光强为I 0的自然光，相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后出射光强为I 0 /8。已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直。若以入射光线为轴旋转P 2，要使出射光强为零，则P 2至少应转过的角度是 [ ] （A ）30°； （B ） 45°； （C ）60°； （D ） 90°。 3．一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图），入射角i 0等于布儒斯特角，则在界面2的反射光 [ ] （A ）光强为零； （B ）是完全偏振光，且光矢量的振动方向垂直于入射面； （C ）是完全偏振光，且光矢量的振动方向平行于入射面； （D ）是部分偏振光。 4．两偏振片的偏振化方向成30?夹角时，自然光的透射光强为I 1，若使两偏振片透振方向间的夹角变为45?时，同一束自然光的透射光强将变为I 2，则21/I I 为 [ ] （A ）1 4 ； （B ） 2 3 ； （C ） 3 16 ； （D ） 32 。 5．一单色光通过偏振片P 投射到屏上形成亮点，若将P 以入射光线为轴旋转一周，发现在转动过程中屏上亮点的亮度不变；再将一块四分之一波片置于P 前，然后再转动P ，发现屏上亮点产生明暗交替的变化，由此，判定入射光是 [ ] （A ）线偏振光； （B ）圆偏振光； （C ）部分偏振光； （D ）自然光。 二、填空题 1．一束平行的自然光，以60°角入射到平玻璃表面上，若反射光是完全偏振的，则折射光束的折射角为_________；玻璃的折射率为__________。
习题20 20-1．从某湖水表面反射来的日光正好是完全偏振光，己知湖水的折射率为33.1。推算太阳在地平线上的仰角，并说明反射光中光矢量的振动方向。 解：由布儒斯特定律：tan n i =，有入射角：arctan1.3353i == ， ∴仰角9037i θ=-= 。 光是横波，光矢量的振动方向垂直于入射光线、折射光线和法线在所在的平面。 20-2．自然光投射到叠在一起的两块偏振片上，则两偏振片的偏振化方向夹角为多大才能使： （1）透射光强为入射光强的3/1； （2）透射光强为最大透射光强的3/1。(均不计吸收) 解：设两偏振片的偏振化方向夹角为α，自然光光强为0I 。 则自然光通过第一块偏振片之后，透射光强 012I ，通过第二块偏振片之后：α20cos 21I I =， （1）由已知条件，透射光强为入射光强的13，得：2 0011cos 23 I I α=，有： 35.26α== （2）同样由题意当透射光强为最大透射光强的3/1时，得：2 00111cos ()232 I I α=，有： 54.73α== 。 20-3．设一部分偏振光由一自然光和一线偏振光混合构成。现通过偏振片观察到这部分偏振光在偏振片由对应最大透射光强位置转过 60时，透射光强减为一半，试求部分偏振光中自然光和线偏振光两光强各占的比例。 解:由题意知：max 012max 011211cos 6022I I I I I I =?????+=+?? ?max 01 max 01 12111224 I I I I I I ????=+=+????01I I =， ∴即得0111I I =::。 20-4．由钠灯射出的波长为589.0nm 的平行光束以 50角入射到方解石制成的晶片上，晶片光轴垂直于入射面且平行于晶片表面，已知折射率 1.65o n =， 1.486e n =，求： （1）在晶片内o 光与e 光的波长； （2）o 光与e 光两光束间的夹角。 解：（1）由c n v = ，而c λν=，有：c o o n λλ=，c e e n λλ= ∴589.0 356.971.65c o o nm n λλ===，589.0396.371.486 c e e nm n λλ===； （2）又∵sin sin i n γ=，有：sin50arcsin 27.66o o n γ== ，sin 50arcsin 31.03e e n γ== ， ∴o 光与e 光两光束间的夹角为： 3.37e o γγγ?=-= 。
目录 1.绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2LCOS激光显示现状与发展 (1) 1.3本设计的主要内容 (2) 2 投影显示系统的分类和工作原理 (3) 2.1投影显示系统的分类 (3) 2.2投影显示的实现方式 (3) 2.2.1CRT投影技术 (3) 2.2.2LCD投影技术 (4) 2.2.3DLP数字投影技术 (4) 3 LCOS投影显示技术 (6) 3.1LCOS投影显示技术的发展历史 (7) 3.2LCOS投影显示技术的成像原理 (8) 3.3LCOS投影技术的优势 (9) 3.4LCOS面临的问题 (9) 4偏振转换系统 (11) 4.1光的偏振特性 (11) 4.2偏振分光器 (11) 4.3PBS的加工要求 (12) 4.4PBS应用 (13) 4.5偏振光转换器 (14) 5软件仿真 (16) 5.1ZEMAX软件 (16) 5.2系统设计 (17) 5.3仿真结果分析 (23)
6 总结 (26) 6.1系统的不足 (26) 6.2对未来的展望 (26) 参考文献 (27) 致谢 (28)
1.绪论 1.1课题研究背景 同液晶、等离子等新型显示技术相比，LCOS(硅基液晶显示)技术有其自身的突出优势，也早已被业界普遍认为是最适合我国发展的新型大屏幕数字显示技术。近10年来，从LCOS技术在中国的萌芽，到中国电子视像行业协会大屏幕投影显示设备分会牵头组建我国第一条产业联盟，直至今天国内LCOS产业链的初步形成，LCOS在我国的发展经历了一个艰难的历程。 目前，LCOS技术(包括DLP、LCD技术在内)的照明系统普遍采用UHP灯源(超高压汞灯)，由于其固有的结构和物理特性，使得LCOS背投电视存在光源寿命不足的问题，也无法与液晶、等离子技术的轻、薄优势相抗衡，这与国内外家用电视市场普遍认可的消费特点和趋势产生难以化解的矛盾，生存环境不容乐观。 近年来，以激光作为光源的新型显示技术崭露头角，被业界称为第四代显示技术。在国家863计划、中科院知识创新工程等的大力支持下，我国在激光显示核心技术上正稳步走向成熟，整体处于世界先进水平。2008年，作为我国最重要的激光显示技术研究和产业化单位，北京中视中科光电技术有限公司首次在国内推出拥有我国自有知识产权的激光光源数字电影设备，标志着激光显示技术的应用在我国取得重大突破，激光光源应用于LCOS技术的梦想也不再遥远。此举可有力地改变LCOS技术产品光源寿命短、光学引擎照明系统体积偏大的缺陷，有效提升LCOS技术的竞争力。 1.2 LCOS激光显示现状与发展 （1）从事研发与生产LCOS投影显示设备与配套件的地区与企业逐渐增多。 （2）研发与生产LCOS成像器件的生产线已经建立起来或正在建设，有的企业已经过国家发改委项目验收。 （3）LCOS投影设备气体光源超高压汞灯自主研发成功，并投入生产，已有一定数量合格，产品供应整机企业与维修单位。 （4）LED光源正越来越多的用于MD投影机、背投影机、微型投影机、大屏幕拼接显示屏。特别是大家对提高LED光源发光效率采取很多创新措施[1]，有的还采取LED 与激光器件组成混合光源，既发挥各自优势，如色彩、寿命同时又降低成本。 （5）LCOS投影式激光显示设备的主要部件光学引擎已有数家企业生产出合格产品，并组装成整机供应市场。
教学课题 光的偏振、全反射、激光备课时间教学课型新课课时 1 课时授课时间 教学目标知识目标(1)理解光的全反射现象； (2)掌握临界角的概念和发生全反射的条件； (3)了解全反射现象的应用． 能力目标通过观察演示实验，理解光的全反射现象，概括出发生全反射的条件，培养学生的观察、概括能力；通过观察演示实验引起学生思维海洋中的波澜，培养学生透过现象分 析本质的方法、能力． 德育目标渗透学生爱科学的教育，培养学生学、爱科学、用科学的习惯，生活中的物理现象很多，能否用科学的理论来解释它，更科学的应用生活中常见的仪器、物品． 教学重点重点是掌握临界角的概念和发生全反射的条件，折射角等于90°时的入射角叫做临界角，当光线从光密介质射到它与光疏介质的界面上时，如果入射角等于或大于临界角就发生全反射现象． 教学难点全反射的应用，对全反射现象的解释．光导纤维、自行车的尾灯是利用了全反射现象制成的；海市蜃楼、沙漠里的蜃景也是由于全反射的原因而呈现的自然现象． 教学方法引导探究 教学手段实验与计算机相结合 教学用具 1．全反射现象演示仪，接线板，烟雾发生器，火柴，产生烟雾的烟雾源，半圆柱透明玻璃(半圆柱透镜)，弯曲的细玻璃棒(或光导纤维)． 2．烧杯，水，蜡烛，火柴，试管夹、镀铬的光亮铁球(可夹在试管夹上)． 3．自行车尾灯(破碎且内部较完整)． 4．直尺． 教学环节 导言 演示Ⅰ将光亮铁球出示给学生看，在阳光下很刺眼，将光亮铁球夹在试管夹上，放在点燃蜡烛上熏黑，将试管夹和铁球置于烛焰的内焰进行熏制，一定要全部熏黑，再让学生观察．然后将熏黑的铁球浸没在盛有清水的烧杯中，现象发生了，放在水中的铁球变得比在阳光下更亮．好奇的学生误认为是水泡掉了铁球上黑色物，当老师把试管夹从水中取出时，发现熏黑的铁球依然如故，再将其再放入水中时，出现的现象和前述一样，学生大惑不解，让学生带着这个疑问开始学习新的知识——全反射现象． 新课教学 1．全反射现象． 光传播到两种介质的界面上时，通常要同时发生反射和折射现象，若满足了某种条件，光线不再发生折射现象，而全部返回到原介质中传播的现象叫全反射现象． 那么满足什么条件就可以产生全反射现象呢？ 2．发生全反射现象的条件． (1)光密介质和光疏介质． 对于两种介质来说，光在其中传播速度较小的介质，即绝对折射率较大的介质，叫光密介质，而光在其中传播速度较大的介质，即绝对折射率较小的介质叫光疏介质，光疏介质和光密介质是相对的．例如：水、空气和玻璃三种物质相比较，水对空气来说是光密介质，而水对玻璃来说是光疏介质，根据折射定律可知，光线由光疏介质射入光密介质时(例如由空气射入水)，折射角小于入射角；光线由光密介质射入光疏介质(例如由水射入空气)，折射角大于入射角． 既然光线由光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角，由此可以预料，当入射角增大到一定程度时，折射角就会增大到90°，如果入射角再增大，会出现什么情况呢？ 演示Ⅱ将半圆柱透镜的半圆一侧靠近激光光源一侧，使直平面垂直光源与半圆柱透镜中心的连线，点燃烟雾发生器中的烟雾源置于激光演示仪中，将接线板接通电源，打开激光器的开关．一束激光垂直于半圆柱透镜的直平面入射，让学生观察．我们研究光从半圆柱透镜射出的光线的偏折情况，此时入射角0°，折射角亦为零度，即沿直线透出，当入射角增大一些时，此时，会有微弱的反射光线和较强的折射光线，同时可观察出反射角等于入射角，折射角大于入射角，随着入射角的逐渐增大，反射光线就越来越强，而折射光线越来越弱，当入射角增大到某一角度，使折射角达到90°时，折射光线完全消失，只剩下反射光线．这种现象叫做全反射． (2)临界角C．折射角等于90°时的入射角叫做临界角，用符号C表示．光从折射率为n的某种介质射到空气(或真空)时的临界角C就是折射角等于90°时的入射角，根据折射定律可得： (3)发生全反射的条件． ①光从光密介质进入光疏介质；
光的偏振的应用 1．在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角变化时，偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜片，让它的透振方向与反射光的透振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。 2．汽车前灯和前窗玻璃用偏振玻璃防止强光 夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼睛，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向恰好与灯光的振动方向垂直，这样司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。 3．利用偏振光的旋光特性测量相关物理量 偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关。测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化。 4．利用光的偏振制成液晶显示器 如图-4所示为电子手表等的液晶显示器，两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光，这束光在通过液晶时，如果上下两液晶片间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90°，于是它能通过第二个偏振片。第二个偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但如果在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质就
光的偏振特性研究 光是一种电磁波。干涉和衍射现象揭示了光的波动性，而光的偏振现象证实了光的横波性。本实验主要研究光的一些基本的偏振特性，深入学习光的偏振理论。 一、实验目的 （1）观察光的偏振现象，加深对偏振光的基本概念的理解。 （2）了解偏振光的产生和检验方法。 （3）观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 （4）观测椭圆偏振光和圆偏振光。 二、实验仪器 光具座，激光器，偏振片，1/4波片，光屏，光电转换装置，观测布儒斯特角装置。 三、实验原理 光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直于其传播方向的平面内，取所有可能的方向，某一方向振动占优势的光叫部分偏振光，只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光（如自然光）变成线偏振光的方法称为起偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。 1.偏振光的产生 偏振光的产生有以下几种方式： （1）由非金属镜面的反射。当自然光由空气照射在非金属镜面上时，反射光和透射光都将成为部分偏振光，当入射角增大到某一特定值是，反射光成为完全偏振光，只剩下垂直于入射面分量，此时的入射角φ称布儒斯特角，介质的折射率n=tan φ。 （2）由玻璃堆折射。当自然光以布鲁斯特角入射到迭在一起的多层玻璃上时，经过多次反射后，透射的光就近似为线偏振光； （3）用偏振片可得到一定程度的线偏振光； （4）利用双折射晶体产生的寻常光和非常光，均为线偏振光。 2.偏振片 偏振片一般用具有网状分子结构的高分子化合物—聚乙烯醇薄膜作为片基，将这种薄膜浸染具有强烈二向色性的碘，经过硼酸水溶液的还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍以上而制成。偏振片既可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。 3.马吕斯定律 设两偏振片透射方向夹角为θ，自然光通过起偏器后变成光强为I 0的线偏振光，再经过检偏器后，透射光的强度变为 θ20cos I I = （1） 上式即为马吕斯定律。显然，以光线传播方向为轴，转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期变化。若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值不为0。若光强完全不变化，则入射光是自然光或圆偏振光。这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。 nemo xatu 2011.11.21
第二十章 光的偏振自测题 一、选择题 1．线偏振光经过λ/2片后，成为（ ）。 （A ）线偏振光 （B ）椭圆偏振光 （C ）圆偏振光 （D ）不是偏振光 2．光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片，它们的偏振化方向之间的夹角α =600，设偏振片没有吸收，则出射光强I 与入射光强I 0之比为（ ） （A ）1/4 （B ） 3/4 （C ）1/8 （D ）3/8 3．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为600，假设二者对光无吸收，光强为I 0的自然光垂直入在偏振片上，则出射光强为（ ） (A) I 0/8 (B) 3I 0/8 (C) I 0/4 (D) 3I 0/4 4．自然光以布儒斯特角入射到两介质界面，则反射光为（ ）。 （A ）自然光 （B ）线偏振光 （C ）部分偏振光 （D ）圆偏振光 5．两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。当其中一偏振片慢慢转动1800时透射光强度发生变化为：（ ） (A) 光强单调增加。 (B) 光强先增加，后有减小至零 (C) 光强先增加，后减小，再增加 (D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零 6．一束自然光自空气射向一块平板玻璃（如图）射角等于布儒斯特角i 0 ，则在界面2的反射光（ ） (A) 是自然光 (B) 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直入射面 (C) 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行入射面 (D) 是部分偏振光 7．一束自然光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个030角，则透过这组偏振片的光强与入射光强之比为 (A) 0.41 : 1; (B) 0.32 : 1; (C)0.21 : 1; (D) 0.14 : 1 8． 在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角057=B i 入射到平玻璃板上。下列哪一种叙述是不正确的？ (A) 入射角的正切等于玻璃的折射率； (B) 反射线和折射线的夹角为2/π； (C) 折射光为平面偏振光； (D) 反射光为平面偏振光； 9．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它们垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射 光束中自然光和线偏振光的光强比值为