为什么反射光与折射光垂直时，是偏振光

为什么反射光与折射光垂直时，是偏振光

光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片P2去检查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。
n 前言
干涉和衍射—光的波动性
偏振—光是横波
光的偏振现象
偏振元件
应用
n 光的矢量性 —光是横波

K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。
在各向同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向。

自然光 线偏振光

部分偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光
部分偏振度定义

椭圆偏振光的形成（两个互相垂直的振动的合成）

椭圆方程式

改变光的偏振态的方法
1、利用偏振片
2、利用反射现象
3、利用双折射晶体
n 光的散射
利用偏振片产生偏振光

马吕斯定律（1809年）和消光现象

菲涅耳公式

布鲁斯特角：
利用布儒斯特角产生偏振光

全反射时光的偏振态的改变
反射波的振幅比可以改写为：

当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时

全反射时的相位改变

菲涅耳棱体

n 晶体光学

晶体光学元件
1、偏振器件
尼科耳棱镜

格兰棱镜

2 波晶片
构造：单轴晶体使其光轴与表面平行

入射光 1/4波片

检验偏振光的光路

n 偏振光的检验
借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态
1.只用检偏器（转动）：
对于线偏光可以出现极大和消光现象。
对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。
对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。
2.用1/4波晶片和检偏器（转动）：
对于非偏光（自然光）各方向光强不变。
对于圆偏光出现消光现象（原因）。
对于部分偏光仍出现极大和极小现象。
对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。
平行偏光干涉的装置
（干涉的三条件：频率、振动方向、初位相—相同）
装置：自然光+起偏器P1+波晶片+检偏器P2

偏振光的干涉的结果

n 现象
单色光照明厚度变化的波晶片P1 ^ P2，P1 II P2，亮暗纹互补

白光照明厚度变化的波晶片P1 ^ P2，P1 II P2，彩色互补（如红色与青色，绿色和紫色，黄色和蓝色等）显色偏振
其他产生双折射的机理和应用
光测弹性（由于材料的内、外应力造成双折射现象）
检查玻璃、塑料等的内应力
桥梁、矿井、水坝和机械工件等的应力分布的监测和模拟。
地震预报。
克尔效应和普克尔效应（由于电场造成双折射现象）—高速光开关。
n 旋光现象的观察和测量
1811年由阿喇果和毕奥发现
石英、松节油、糖溶液中有旋光现象
左旋和右旋—与旋光物质的结构有关（1822年赫谢尔发现）
旋光计—测量糖溶液的浓度

会聚偏光的干涉

n 椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率
在现代科学技术中，薄膜有着广泛的应用。因此测量薄膜的技术也有了很大的发展，椭偏法就是70年代以来随着电子计算机的广泛应用而发展起来的目前已有的测量薄膜的最精确的方法之一。椭偏法测量具有如下特点：
能测量很薄的膜（1nm），且精度很高，比干涉法高1-2个数量级。
是一种无损测量，不必特别制备样品，也不损坏样品，比其它精密方法：如称重法、定量化学分析法简便。
可同时测量膜的厚度、折射率以及吸收系数。因此可以作为分析工具使用。
对一些表面结构、表面过程和表面反应相当敏感。是研究表面物理的一种方法
椭偏仪的光路图

椭偏仪的基本原理

入射光的P分量

入射光的S分量

反射光的P分量和S分量的比值—椭圆参量
r=RP/Rs=tanyexp(iD)=f(n1, n2, n3,f1，d，l）

n 总结
光是横波具有五种偏振态
光与物质相互作用时会发生偏振态的改变
偏振元件：偏振片、偏振棱镜、波片
应用：光测弹性、旋光计、椭偏仪、电光调制
参考资料：百度词条

回忆一下，物理光学中的儒斯特定律。 自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动。 当入射角满足关系式tgi0=n2/n1 时，反射光为振动垂直于入射面的线偏振光（完全偏振光）， 该式称为布儒斯特定律（brewster law) ，i0为起偏振角或布儒斯特角。 当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向互相垂直。当入射角为布儒斯特角时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。 总而言之：当入射角为布儒斯特角时，反射光为偏振光，折射光为部分偏振光。

入射光波的电矢量可以分解为p矢量和s矢量。 p方向平行入射面，s方向垂直入射面。 然后根据界面上的菲涅尔反射和折射公式，就一目了然了。当反射和折射光垂直时，反射光中的p分量为0，只剩下s方向的分量，即为偏振光。 不妨仔细看一下 菲涅尔反射和折射公式

我首选要说的是，无论以何角度入射，反射光与折射光都为部分偏振光， 以布儒斯特角入射（折射光线与反射光线夹角成90度时的入射角度数）时，折射光与反射光都为偏振光 布儒斯特角入射角等于 artan（N2：N1） 其次当必须了解光波是一种电磁波,电磁波是横波,光的振动方向和光的传播方向垂直。如果光是由光源直接发出的，这种光在（垂直传播方向的）各个方向振动的振幅都相同，这种光称为自然光。 当在两种介质的界面上发生反射和折射时，在光的传播方向发生变化的同时，光的振动情况也将发生变化，即无论是反射光或是折射光，在（垂直传播方向的）各个方向振动的振幅都有所变化：有的方向振动的振幅变小甚至消失，但是由于人的眼睛对这种变化的反应不象光反射时方向变化那么明显。人们只有借助于仪器才能够发现。所以这种情况不为人们所注意了，但它确实是存在的。 产生这种现象的原因是由于光波在两种介质的界面上受到介质分子的（分布规律）的影响而形成的。 以上是大学《基础光学》的内容，如果你对其感兴趣的话，建议你以后考取相关专业