光源基础（3）——光的折射反射偏振原理

费马原理

费马原理:光线沿光程为平稳值的路径传播。

光场中从P点到Q点，一条实际光线满足其路径积分泛函的变分为0，即如下条件:

路径积分的平稳值是相对于临近路径积分值相对而言的，有三种基本含义:

极小值:这是最常见的情形(光的直线传播、反射、折射等) ;常数:成像系统中物像关系属于此种情形;极大值:极个别情形。

光的直线传播

定律：光在同种均匀介质中沿直线传播。

光的反射

反射定律:反射光线与入射光线、法线在同一平面上，反射光线和入射光线分居在法线的两侧，反射角等于入射角。

光的折射

折射定律：其中i为入射角为折射角,n,和n,分别为界面两侧物质的折射率。

光的散射

      光线照射到微小构造 (颗粒、小坑等) 时，不再严格遵循反射和折射等规律，其能量将以散射点为中心，杂乱无章地向四周发射出去，这种现象，叫做光的散射。

波长越短的光散射越强

例如:天空是蓝色的。

光的偏振

      光是一种电磁波，是电场与磁场交互感应行进的一种能量传播根据光能量对传感器和视觉器官的影响，规定电磁张量中电场分量的振动方向为光的振动方向。

      偏振:振动方向相对于传播方向的不对称性 (如右图所示)

      常见光的偏振态:自然光偏振方向杂乱无章，统计起来每个方向均匀一致;

      圆偏振光在空间的一个截面上随时间变化通过的震动绕波列轴线匀速圆周运动，

      椭圆偏振光震动轨迹为椭圆形，部分偏振光与自然光类似，方向杂乱无章，但强度分量有一定取向。

      单向测量情况下，圆偏振光与自然光类似，椭圆偏振光与部分偏振光类似。

      偏振片是一种光学装置，其作用是只允许振动方向平行于其允许方向的光能通过，垂直分量被截止，详见Malus定律。

 

如上图所示，不考虑吸收的情况下，强度为l.的线偏振光通过检偏片后透过的光强度为:

 

其中ψ为入射偏振光偏振方向与偏振片的偏振化方向的夹角偏振片有两种作用:

1.将非偏振光过滤成线偏振光

2.检测光的偏振情况。

      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θb满足关系式tanθb=n2/n1,时射光为垂直于入射面的线偏振光，θb称为起偏角或Brewster角，此时反射光与折射光互相垂直。日常生活中，所有界面的的反射 光都是偏振光或者部分偏振光通过使用偏振片可以过滤掉某些强反光，详见下面图片。

 

 

 

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