E y Ay cos( t )
x
···· ·
光振动垂直纸面
光振动平行纸面
（3）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。 部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的 光矢量都有，但振幅不对称，在某一方向振动较强，而与 它垂直的方向上振动较弱。
就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互
相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这 两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改 变。
观众用上述的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的 偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能 看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体 感觉。这就是立体电影的原理。 当然，实际放映立体电影是用一个镜头，两套图象 交替地印在同一电影胶片上，还需要一套复杂的装置。 这里就不涉及了。
H偏振片 聚乙烯醇薄膜 碘溶液 拉伸、烘干
偏振度高，透明度低，对各色可见光有选择吸收，可做得薄而大， 价廉，广泛应用 K偏振片 聚乙烯醇薄膜 氯化氢中加热脱水
极强的二向色性，光化学性稳定，强光照射不会褪色，但膜片略 变黑，透明度低
（3）双折射晶体产生线偏振光
在双折射晶体中内，自然光波被分解成光矢量互相

5、马吕斯定律
马吕斯 ( Etienne Louis Malus 1775-1812 )
法国物理学家及军事工程师。出生于 巴黎 1808年发现反射光的偏振，确定了偏 振光强度变化的规律
1810年被选为巴黎科学院院士，曾获
得过伦敦皇家学会奖章 1811年，他发现折射光的偏振
透射光的强度虽大，但偏振度太小
为解决这个矛盾，让光通过由多片玻璃叠合而成的倾斜的片 堆，并使入射角等于布儒斯特角，经过多次的反射和折射， 既能获得较高的偏振度，光的强度也比较大。
••
1.0 1.5 1.0 1.5 1.0 1.5 1.0
ip •• • • • • • • •
• •
i0
（2）由二向色性产生偏振光
n2
r
布儒斯特定律
反射光的偏振化程度与入射角有关。 1812年，布儒斯特由实验证明：若光从折射率为n1的介质射
向折射率为n2的介质，当入射角满足
n2 tgi 0 n1
时，反射光中就只有垂直于入射面的光振动，而没有平 行于入射面的光振动，这时反射光为线偏振光，而折射
光仍为部分偏振光。这就是Brewster定律。其中i0叫做
偏振光有广泛的应用：
1）机械工业：利用偏振光的干涉分析机件内部的应 力分布——光测弹性力学； 2）化工、制药：利用振动面的旋转（旋光效应）， 测量溶液浓度；
3）地质、生物、医学：广泛使用偏振光干涉仪、
偏振光显微镜；
4） 航海、航空：使用偏光天文罗盘； 还有立体电影的拍摄与放映
第一节 偏振光概述
光的干涉和衍射现象：光的波动性 光的偏振和在光学各向异性晶体中的双折射 现象：光的横波性 一、偏振光和自然光 对于平面电磁波，电场强度矢量——光矢量的振动方向与 传播方向垂直。
光的偏振与晶体光学基础
立体电影和偏振
在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜，这 副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。这样，从银 幕上看到的景象才有立体感。如果不戴这副眼镜看，银幕 上的图像就模糊不清了。 这要从人眼看物体说起，人的两只眼睛同时观察物体，不 但能扩大视野，而且能判断物体的远近，产生立体感。这
sin r0 cos i0
i0 r0 90
布儒斯特角不同于全反射的临界角
n1>n2或n1<n2都可以。
n2 当且仅当 tgio 时，反射光才是线偏振光。且 n1
n2 而全反射:入射角i i临都是全反射。由于 sin i临 , n1
故只有n1>n2才会发生全反射。

称为完全偏振光。
定义：在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿某一个固定方
向振动，则称为线偏振光，又称为平面偏振光或完全偏振光。 线偏振光也可以用传播方向相同、相位相同或相差、振动相 互垂直的两列光波的叠加描述。 y
Ey E Ex
E x AX cos t
E y Ay cos t
E x AX cos t
二向色性是指有些各向异性的晶体对于光的吸收本领除了
随波长改变外，还随光矢量相对于晶体的方位而改变。
例：当振动方向互相垂直的两束线偏振白光通过晶体后呈现
出不同的颜色。天然晶体中，电气石具有很强的二向色性。
非偏振光
· · ·
光轴 线偏振光 电气石晶片
一些各向同性的介质在受到外界作用时也会产生各向异性， 并具有二向色性。利用该特性获取偏振光的器件叫做人造偏 振片。
自然光在两种各向同性介质的分界面上反射和折射时，不 但光的传播方向要改变，而且光的偏振状态也要改变，所 以反射光和折射光都是部分偏振光。 在一般情况下，反射光是以垂直于入射面的光振动为主 的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振动为主 的部分偏振光。
a、反射光中垂直振动强于平行 的振动；
n1
i
b、折射光中平行的振动强于垂 直振动； c、反射光折射光偏振化的程度 随入射角的不同而不同。 这里所说的“垂直”和“平行” 是对 入射面而言的。
起偏角或布儒斯特角。
这实验规律可用电磁场理论的菲涅耳公式解释。
note：
i 0 — 称为布儒斯特角或起偏角 折射光仍为部分偏振光 入射角为i 0 ， 反射光线垂直折射光线
证明： sin r0 n1 sin i0 n2
n1 n2
i0
r0
tgi0
sin i0 n 2 n21 cos i0 n1
偏振片既可用作起偏器，又可用作检偏器。 从自然光获得偏振光的过程——起偏 偏振片（利用晶体的二向色性）是一种常用的起偏器
偏振片
Io
自然光
1 I Io 2
线偏振光
3、起偏器
自然光通过偏振片后成为线偏振 光，线偏振光的振动方向与偏振 片的偏振化方向一致。
• • •
4、检偏器
用来检验某一束光是否偏 振光。 方法：转动偏振片，观察 透射光强度的变化。 自然光：透射光强度不发 生变化
y
.向
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、 等幅的、不相干的线偏振光。
Ex 和 Ey无固定关系:它们是彼此独立的振动
Ex E y
与x, y方向选择无关
总光强
I Ix Iy
——非相干叠加
（2）线偏振光
将自然光中两个相互垂直的等幅振动之一完全移去得到的光，
n 1.6 tgi 1.2 n水 1.33
' p
所以： i 'p 50.30 该材料对水的相对折射率为1.2。
(1) 平行光以60o的入射角由空气射向一平板玻璃， 发现 反射光是完全偏振光, 则折射光的折射角为 30o 。 玻璃的折射率为
3 1.73 。
因 io+r =90o，所以折射角r =30o。 又 tg 60
偏振光：透射光强度发生变化
• • • • • •
部分偏振光：偏振光 通过偏振片后，在转 动偏振片的过程中， 透射光强度发生变化。
若以光传播方向为轴，慢慢旋转检偏片，观察透 过偏振片的光 光强无变化的是自然光 光强有变化，但最小值不为零的是部分偏振光 光强有变化，但最小值为零(消光)的是线偏振光

完全偏振光 (线、圆、椭圆 )
P =1
自然光 ( 非偏振光 )
部分偏振光 偏振度的另一种表示：
P = 0
0 < P < 1
I max I min P I max I min
二、获得偏振光的方法
由反射与折射产生偏振光
由二向色性产生偏振光
由双折射产生偏振光
（1）由反射与折射产生偏振光
正交的线偏振光传播，把其中的一束光拦掉，便得 到线偏振光。
三、马吕斯定律和消光比 1、基本概念
普通光源发出的是自然光，用于从自然光中获得偏振光
的器件称为起偏器
人的眼睛不能区分自然光与偏振光，用于鉴别光的偏振 状态的器件称为检偏器
2、偏振片
是一种人工膜片，对不同方向的光振动有选择吸收的性能， 从而使膜片中有一个特殊的方向，当一束自然光射到膜片 上时，与此方向垂直的光振动分量完全被吸收，只让平行 于该方向的光振动分量通过，即只允许沿某一特定方向的 光通过的光学器件，叫做偏振片。这个特定的方向叫做偏 振片的偏振化方向，用“ ”表示。
自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振 光。
（1）自然光：
普通光源发出的光、阳光都是自然光。由于原子发光的间歇性和无规则性， 使得普通光源发出的光的光矢量在垂直于传播方向的平面内以极快的速度 取0～360°内的一切可能的方向，且没有哪一个方向占有优势。具有上述 特性的光，称为自然光。各个方向上光振动振幅相同的光，称为自然光。
部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。
垂直于纸面的光振动的平 均值大于平行于纸面的光 振动的平均值。
平行于纸面的光振动的平 均值大于垂直于纸面的光 振动的平均值。

部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直 的、不等幅的、不相干的线偏振光
（4）椭圆偏振光和圆偏振光
光矢量在垂直于光的传播方向的平面内，按一定频率旋转 (左旋或右旋)。如果光矢量的端点轨迹是一个椭圆，这种光叫 做椭圆偏振光。如果光矢量端点轨迹是一个圆，这种光叫做圆 偏振光，如图所示。这相当于两个相互垂直的有确定相位关系 的振动的合成。 y y
光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光