光的偏振教案

光的偏振教案（共7篇）

篇1：光的偏振教案

关于光的偏振物理教案

一、知识点梳理

1、自然光和偏振光的定义

(1)光的偏振

偏振光：自然光通过偏振片后，在垂直于传播方向的平面上，只沿一个特定的方向振动，叫偏振光。

①光的偏振也证明了光是一种波，而且是横波。各种电磁波中电场E的方向、磁场B的方向和电磁波的传播方向之间，两两互相垂直。

②光波的感光作用和生理作用主要是由电场强度E引起的，因此将E的振动称为光振动。

③自然光。太阳、电灯等普通光源直接发出的光，包含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，这种光叫自然光。

自然光射到两种介质的界面上，如果光的入射方向合适，使反射和折射光之间的夹角恰好是90，这时，反射光和折射光就都是偏振光，且它们的偏振方向互相垂直。我们通常看到的绝大多数光都是偏振光。

2、偏振光的产生方式：

(1)偏振光的理论意义

(2)应用：利用偏振滤光片摄影、观看立体电影等。

3、 激光

(1)激光的定义：

(2)激光的特点及应用：

①频率单一;

②相干性好;

③平行度好(方向性好);

④亮度高(能在很小空间、很短时问内集中很大的能量)。

二、精选例题

【例1】有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 (BD)

A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振

B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振

C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光

D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光

解：机械能中的横波能发生偏振。自然光不一定非要通过偏振片才能变为偏振光。本题应。

【例2】.下列有关光现象的说法中正确的是 ( AC )

A.在太阳光照射下，水面上油膜出现彩色花纹是光的色散现象

B.在光的双缝干涉实验中，若仅将入射光由绿光改为红光，则干涉条纹间距变窄

C.光异纤维丝内芯材料的折射率比外套材料的折射率大

D.光的偏振现象说明光是一种纵波

三、过关测试

1.如图所示，让太阳光或白炽灯光通过偏振片P和Q，以光的.传播方向为轴旋转偏振片P或Q，可以看到透射光的强度会发生变化，这是光的偏振现象.这个实验表明 ( )

A.光是电磁波

B.光是一种横波

C.光是一种纵波

D.光是概率波

2.有关偏振和偏振光的下列说法中正确的有 ( )

A.只有电磁波才能发生偏振，机械波不能发生偏振

B.只有横波能发生偏振，纵波不能发生偏振

C.自然界不存在偏振光，自然光只有通过偏振片才能变为偏振光

D.除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光

3、纳米技术是跨世纪的新技术，将激光束的宽度集中到纳米范围内，可修复人体已损坏的器官，对DNA分子进行超微型基因修复，把诸如癌症等彻底根除。在上述技术中，人们主要利用了激光的：( )

A、单色性 B、单向性

C、亮度高 D、粒子性

4、如图所示，人眼隔着起偏器B、A去看一只电灯泡S，一束透射光都看不到，那么，以下说法中哪些是正确的( )

A.使A和B同时转过90，仍然一束光都看不到

B.单使B转过90过程中，看到光先变亮再变暗

C.单使B转过90过程中，看到光逐渐变亮

D.单使A转动时，始终看不到透射光

参考答案：

1、B

2、BD

3、BC

4、AC

篇2：光的偏振教案

全新课标理念，集体智慧结晶

第六节 光的偏振

教学目标：

（一）知识与技能

1、通过实验，认识振动中的偏振现象，知道只有横波有偏振现象。

2、了解偏振光和自然光的区别，从光的偏振现象知道光是横波。

3、了解日常见到的光多数是偏振光，了解偏振光在生产生活中的一些应用。

（二）过程与方法

1、通过机械波的偏振实验和光的偏振实验掌握类比研究物理问题的方法。

2、通过对光的偏振应用的学习，提高应用知识解决实际问题的能力。

（三）情感、态度与价值观

通过课外活动观察光的偏振现象培养学生联系实际学习物理的观念和习惯。教学重点：

光的偏振实验的观察和分析。教学难点：

光振动与自然光和偏振光的联系。教学方法：

通过实验现象使学生认清机械波中横波的偏振现象，再通过机械波与光波的类比，实现轻松过渡，形成概念明确规律，并在应用中深化知识的理解。教学用具：

柔软的长绳一根，带有狭缝的木板两块，细软的弹簧一根，电气石晶体薄片或人造偏振片两片，投影仪。教学过程：

（一）引入新课

（复习横波和纵波的概念）

教师：请同学们回忆一下机械波一节内容，举例说说什么是横波？什么是纵波？

学生：振动方向和传播方向垂直的波叫横波，抖动水平软绳时产生的波就是横波。振动方向和传播方向在一条直线上的波叫纵波，像水平悬挂的弹簧一端振动时形成的沿弹簧传播的波。衡阳县一中高二物理组

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教师：通过前几节课的学习，我们知道光具有波动性，那么光波究竟是横波还是纵波呢？

这节课我们要学习的偏振现象，可以说明光是横波。

（二）新课教学

1、偏振现象

演示实验一：

介绍课本图13.6－1装置，教师演示，引导学生仔细观察波传到狭缝时的情况，看波能否通过狭缝传到木板的另一侧。

现象：对绳上形成的横波，当狭缝与振动方向一致时，波不受阻碍，能通过狭缝，而当狭缝与振动方向垂直时，波被狭缝挡住，不能通过狭缝传到木板另一端，对弹簧上形成的纵波，无论狭缝怎样放置，弹簧上疏密相间的波均能顺利通过狭缝传播到木板另一侧。

教师补充：在绳上横波传播过程中，当狭缝既不与振动方向平行也不与振动方向垂直时，有部分振动能通过狭缝。横波的这种现象称为偏振现象，大家看到，纵波不会发生偏振现象，根据是否能发生偏振，我们可以判断一个机械波是横波还是纵波。虽然这种方法对判断机械波并非必要，但我们可以借助这种方法来判断光波是横波还是纵波。

演示实验二：

（教师介绍装置，强调起偏器P和检偏器Q的作用，演示同时引导学生认真观察随着检偏器Q的转动屏上光照强度的变化）

教师：请大家看这个薄片，它在我们这个演示实验中的作用与前面的带有狭缝的木板类似，它上面有一个特殊的方向称透振方向，只有振动方向与透振方向平行的光波才能透过偏振片，下面请大家认真观察。

现象1：用一个起偏器观察自然光，偏振片是透明的，以光的传播方向为轴旋转P时，透射光强度不变。［投影］

提问：同学们能由此得到什么结论吗？ 学生：光是纵波。

教师：怎么得到这个结论的呢？ 学生：与前面纵波实验类比得到的。衡阳县一中高二物理组

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教师：大家有没有考虑过假如波是横波而且沿各个方向都有振动的情况呢？（学生默然，教师继续演示）

现象2：加上检偏器Q，当Q的透振方向与P的透振方向一致时，透射光强度最大。［投影］

现象3：以光传播方向为轴旋转时，透射光强度减弱。当Q与P透振方向垂直时，屏上最暗，光强几乎为零。［投影］

教师：现在大家能判断光是横波还是纵波了吗？ 学生：能，是横波。

教师：那现象1是怎么回事呢？原来，我们这里用的太阳光源包含了垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且各个方向振动的光波强度都相同，这种光叫自然光。通过起偏器后，这种光就只能沿着一个特定方向振动，这种光叫做偏振光。横波只沿着某一个特定方向振动，称为波的偏振。只有横波才有偏振现象。

其实，除了从太阳、电灯这样一些从光源直接发出的光外，通常看到的绝大部分光都是偏振光，请大家看课本图13.6－4，在这里反射光和折射光都是偏振光，且两者偏振方向相互垂直。

引导学生阅读教材相关内容，了解光的偏振现象是一种常见现象，只是我们不能用肉眼直接察觉罢了。

2、偏振现象的应用

［投影］光的偏振现象的应用（1）偏振滤光片（2）车灯玻璃和挡风玻璃（3）偏光眼镜（观看立体电影）（4）拍摄水面景物（5）液晶显示

（引导学生分析这些应用的原理，鼓励学生从生产生活中查找偏振应用实例，条件许可还可教学生自制偏振片）。

（三）课堂小结

本节课我们通过实验演示，学习了波的偏振现象。了解了自然光、偏振光的概念，并知道只有横波才有偏振现象。还了解了偏振现象的一些应用。衡阳县一中高二物理组

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（四）布置作业

1、完成“问题与练习”中的题目。

篇3：《光源光的传播》说课教案与评析

【说课教案】

《光源光的传播》选自人教版义务教育课程标准实验教科书八年级《物理》上册第四章第一节。下面将从教材分析、学情分析、教学策略、目标和目标解析、教学问题诊断分析、教学过程设计以及目标检测这七个方面, 阐述我对这节课的设计。

一、教材分析

1. 教材内容的地位及作用

《光源光的传播》是学生学习光学的入门课, 是光学一章的开篇, 对于激发学生学习本章的兴趣至关重要, 同时又能使学生意识到, 光现象在日常生活中非常普遍, 对人类生活有重要意义。

学生在实际生活以及小学《科学》课中, 对光已经有了一些感性认识, 学习这部分内容旨在让学生将对光的感性认识转化为理性认识。另外, 光的直线传播、光线等知识是学习几何光学的基础, 为进一步学习光的反射和折射提供知识和方法上的准备。

2.本节内容分为三个教学版块

(1) 探究光沿直线传播的条件;

(2) 了解光的应用;

(3) 了解光的传播速度。

二、学情分析

八年级学生思维活跃, 求知欲旺盛, 对自然界中的很多现象充满好奇, 而且已经具备了一定的观察、动手能力, 形象思维比较好, 但他们对实验探究的设计与实施还不是十分顺畅, 在数据收集以及根据收集的数据总结得出结论方面还须多加锻炼, 归纳总结的能力有待进一步提高, 一部分学生对于较为抽象的知识理解有困难。本节课在教学上采取了实验探究的方式, 充分发挥学生的积极性, 使学生通过独立思考、亲身经历来形成他们对问题的体验。充分发挥学生主导作用, 迎合他们好奇、好动、好强的心理特点, 调动他们学习的积极性和主动性。

三、教学策略

1. 注重学生体验, 实施探究式教学

准备实验器材, 让学生根据自己以往的生活经验, 结合小学《自然》知识完成实验, 从而获得成功的体验。给学生充分的时间和机会, 为他们搭建展现自己的舞台, 充分体现以学生为主体, 教师为主导的课堂。让学生独立总结、概括出“光的传播”相关知识, 从而完成本节教学内容。由于学生刚刚接受探究教学, 虽然已经有前几章的铺垫, 但学生还不十分熟悉探究的流程。教师将重点引导学生探究, 使学生充分体验探究过程, 在引导学生探究物理知识的同时, 渗透以人为本的培养理念。释放学生心灵, 张扬学生个性, 最大限度地发展学生的创新思维和实践能力。

2.改进实验器材, 加强课堂实践, 提高课堂效率

按以往的常规教学, 本节课要准备很多器材, 很麻烦, 还要不断制造烟雾环境, 不够环保。所以我改进了实验器材, 使现象明显, 易于操作, 对比强烈, 提高了课堂效率。

四、目标和目标解析

1.目标

(1) 观察光在空气、水、玻璃中的传播现象, 知道光沿直线传播是有条件的, 认识反射、折射现象;

(2) 了解光在社会生活与生产中的一些应用;

(3) 了解光在真空中的传播速度是3×108m/s。

2.目标解析

达成 (1) 的标志:学生能够知道光沿直线传播的条件是光在同种均匀介质中传播。

达成 (2) 的标志:学生能够了解光沿直线传播在生产生活中的一些应用。

达成 (3) 的标志:学生能够解释一些与声学相联系的现象, 并能进行一些简单的计算。

五、教学问题诊断分析

为了突出重点, 突破难点, 我主要思考了如何引导学生解决:怎样显示光路, 光能在哪些物质中传播;怎样设计实验, 探究“光总是沿直线传播的吗”这两个问题。重点放手给学生进行实验探究。考虑到教学时间有限, 本节课把第三个教学目标作为课下自学内容留给学生, 而把设计与组织“光总是沿直线传播的吗”这一问题的探究活动作为本节的教学重点和难点。

六、教学过程设计

物理是注重思维的学科, 观察与实验更是物理学科的基础。物理课堂教学是符合认知规律, 有逻辑、有条理, 注重思维训练的育人活动。合理的教学设计往往会达到事半功倍的效果。根据课程标准教学建议的要求, 本节课的教学将从以下五个环节展开。

环节一:激情设疑, 引入新课

教学内容:色彩斑斓的光, 使我们的世界绚丽多彩、美丽迷人。今天就让我们走进神奇的光的世界。请欣赏视频 (一段精彩的激光舞表演) , 感受光带给我们的震撼! (教师要极富激情, 很有感情)

你们知道这千变万化的光是从哪里来?又是怎样传播的吗?下面就让我们一起来学习《光源光的传播》 (板书课题) !

设计意图:动感的舞台、绚丽的灯光给人以强烈的视觉震撼, 激发学生兴趣。设置疑问, 激发强烈的学习欲望, 使学生带着浓厚的兴趣和思考走进课堂, 从而自然引出新课。

环节二:巧妙点拨, 实验探究

教学内容:

问题一:如何提高课堂效率, 如何让学生自主实验并突破教学难点?

解决方案:1.详略得当, 改进实验器材, 抓好实验、提高效率。

具体做法:这节课我们设计了两个探究环节, 一是探究光能在哪些物质中传播, 得出光的传播介质;二是探究“光总是沿直线传播的吗”。第一个探究是第二个探究的铺垫, 让学生有感性认识:光可以在空气、水、玻璃等透明物质中传播, 为第二个探究的“放”做准备。器材简单, 易于上手, 学生很快便能得出结论。

由于本节课要探究光在空气中、水中、玻璃中, 以及光从空气斜射入水中, 光从空气斜射入玻璃中, 光射向镜面等情况下的光的传播路径, 如按常规方法, 需要准备很多仪器, 而且光从空气射入水中, 光从空气射入玻璃中的实验现象也不是十分明显。所以我进行了仪器改进。最后, 除“不均匀糖水溶液”实验, 在一个实验箱中就能演示这节课所要探究的其余实验, 而且现象非常明显。不均匀糖水溶液的配置成功, 也让学生有了强烈的感性认识, 大大提高了课堂效率。

1.自制光学实验箱:将装“波力海苔”的透明容器两侧分别粘一个小平面镜, 一块玻璃砖。在容器下面装滴有牛奶的水, 使容器上面充满烟雾。

2.不均匀糖水溶液的配置:用开水配置四种浓度不同的糖水, 用化学实验室的长颈漏斗分别注入, 把溶液分层。最先注入清水, 然后按浓度从小到大顺序分别注入糖水。

设计意图:两个实验相辅相成, 第一个探究让学生有了感性认识, 并为第二个探究做准备, 避免学生面对器材无从下手的情况发生。不均匀糖水溶液实验让学生观察到光在上层均匀的水中沿直线传播, 在下层不均匀糖水中却发生了弯折, 对比强烈, 印象深刻。

问题二:如何引导学生进行实验探究, 如何指导学生操作, 怎样记录观察现象?

本节课的重点是第二个探究实验, 要将课堂全面放手给学生, 最后再收回来。但如何放, 如何收, 让我颇费了一些脑筋。为此我专门请教了教研员王丽英老师和林树艳老师。

我们在第一次试讲时发现, 学生拿着手里的实验器材不知道如何使用, 不知从何入手, 不知如何做实验。然而如果这时老师说得过多, 又会束缚学生的思维, 无法真正放开课堂。

解决方案:1.实验操作的提示既要到位, 还要点到为止;2.教师的过渡语以及问题的设置或者温馨提示都要给学生以提示作用, 要恰到好处。

具体做法1:明确问题、示范引导、烟雾演示、示范记录。

师: (学生根据生活经验或者生活现象猜想光在空气中的传播路径是直线) 大家的猜想是否正确呢?光在空气中是不是沿直线传播的?我们来证实一下。大家请看 (教师打开激光笔, 将光点投射到墙上, 学生没有看到光的路径) , 请注意观察。 (教师打开激光笔, 用小喷壶制造水雾环境, 一束绿色的光显现。学生非常惊讶, 发出“啊”的惊呼声。)

师:借助水雾的环境, 我们看到了光在空气中的传播路径是一条直线。为了更形象直观地显示光的传播路径, 我们可以采用作图的形式。你们说, 可以用什么表示光的传播路径呢?

生:可以用线。

师:什么线?

生:直线。

师:好, 可以画一条直线。为了便于研究, 请大家把老师的实验结果记录在报告单上, (切换展台) 大家看老师 (教师示范记录实验现象) 。

设计意图:本节课的难点之一是如何显示光的传播路径。根据生活经验, 学生猜想出光在空气中的传播路径是直线。教师借助水雾环境证实了学生的猜想, 也间接告诉了学生, 烟雾环境能够显示光路, 不着痕迹地突破了一个难点。为了收集证据, 并为后来总结归纳做准备, 我们特意设置了一个环节, 在实验报告单的第一栏, 教师给学生示范如何记录收集实验现象, 这也解决了如何指导学生收集证据、记录现象的问题。

我们没有告诉学生具体怎样做, 只是提供足够的器材, 让学生带着教师设置的问题去探究, 还要引导学生自己思考应该做什么来探究我们要研究的问题。也就是说, 既要放手给学生, 还要让学生清楚要干什么, 从而在探究的过程中观察现象、发现问题、收集信息、得出结论。

具体做法2:过渡引导, 进入探究。

师:我们知道了光在空气中沿直线传播, 光在玻璃、水等其他介质中, 也总是沿直线传播的吗? (在说玻璃, 水时加重语气, 做铺垫, 有引导作用) 科学是严谨的, 仅仅靠猜想是不够的, 怎样检验我们的猜想是否正确呢?

生:做实验!

师:是的, 实验是我们研究物理问题的基本方法。接下来就让我们进入实验探究环节。

设计意图:恰当的过渡语言, 使课堂自然过渡到实验探究环节。

具体做法3:探究前, 介绍器材, 使学生明确其功能。

重点介绍光学演示箱的结构以及事先配好的不均匀 (强调) 的糖水溶液。

设计意图:实际上, 我们很多老师都习惯将实验中的注意事项印在实验报告单上, 但很多学生不会认真看, 或者在有限的时间内因忙于动手实验根本不看。所以在器材的介绍过程中, 应该让学生明确器材的功能, 减少学生实验的盲目性, 使实验效果更好。

具体做法4:利用温馨提示适当点拨、指导。

设计意图:放手让学生探究、体验并不等于不需要教师的指导和必要的提示。实验前我在温馨提示上做了点文章。由于有了第一个实验的基础, 学生根据提示很容易用提供的器材让光在一种介质或者两种介质中传播, 从而发现实验现象、收集证据。

具体做法5:收集证据与实验同时进行。

师:1.实验时, 各个小组间要团结合作、群策群力、分工明确, 有人实验, 有人记录;2.实验时, 小组可以选派代表随时把发现填写在前面的实验报告单上。注意:重复的就不要再填了。

设计意图:实验前的铺垫调动了学生的积极性, 节省了时间。

环节三:对比梳理, 归纳总结

教学内容:

问题三:如何根据收集的证据归纳梳理出实验结论。

八年级学生因为刚刚接触物理学科, 没有经过利用实验收集的证据进行分析归纳得出结论的系统思维训练, 面对众多证据, 出现了不知从哪方面进行总结归纳的情况。

解决方案:1.巧妙设计实验报告单, 渗透分类思想, 让学生有抓手;2.问题的设置要具有启发性, 引导性。

这是我设计的实验报告单:

设计意图:由于光在空气中沿直线传播的第一个证据收集教师已做了示范, 学生很容易根据观察到的现象进行记录, 使学生填写报告单的过程比较顺畅。

具体做法1:巧妙设置问题, 对比分析、引导归类。

下面我根据课堂实录, 讲讲学生是如何逐步总结归纳出结论的。

师: (过渡语) 请大家观察报告单, 对表中收集到的证据信息进行对比、分析, 哪几组证据可以归为一类?你的理由是什么?经过归纳概括你又能得出什么结论?

师:阐明观点时一定要有理有据。其他小组同学可以提出质疑, 也可以评价同学的观点, 更可以亮出你的主张。 (小组讨论)

(1) 学生对比分析证据, 按介质个数分类, 得出初步结论。

生:可以把一种介质的分为一类, 两种介质分为一类。

师:你能指出哪几个序号是一种介质的吗?你发现此时光的传播路径怎样?

生:实验序号1、3、4 是一种介质, 而且我发现光的传播路径都是一条直线, 所以我认为“光在一种介质中是沿直线传播的”。

(2) 对光在同种介质中沿直线传播, 学生发现问题, 提出质疑。

生:我不同意他的结论, 序号7 不均匀糖水也是一种介质, 可此时光的传播路径是一条弧线。

师:你能快速地发现问题, 并大胆质疑, 真的很棒!那我们应该如何完善这个结论呢?

(3) 在教师引导下, 学生归纳总结, 得出结论。

生:在同种均匀介质中光是沿直线传播的。

师:说说你的理由。

生:我们发现, 在不均匀糖水溶液中, 光的传播方向发生了改变, 不再是直线, 变成了曲线。所以光在不均匀介质中不沿直线传播。

师:那你认为光在什么条件下才能直线传播呢?

生:结合实验1、3、4、7, 我认为在同种且均匀的介质中光才沿直线传播。

(4) 学生根据实验2、4、5 的证据进行总结, 当光斜射入两种介质表面时, 学生说光是折线传播, 教师引导为:光的传播方向发生改变。

师:真为你们高兴, 你们非常棒, 掌声送给自己。

师:我们在物理学中经常会用到这种分析问题的方法, 我们要学会在众多证据或数据现象中, 经过对比、分析、归类、归纳、总结, 从而得出结论。而且要力求使结论严谨、全面、准确。这也是我们物理学科的魅力。这种分类思想在我们以后的学习中会经常遇到。

经过实验探究, 我们知道了光不总是沿直线传播。光沿直线传播是有条件的, 条件是 (停顿一下) ———

生:在同种均匀介质中。

设计意图:引导学生掌握处理实验证据的方法, 渗透分类、对比的物理思想, 让学生学会分析, 即横向、纵向比较分析。学生经过对比分析归类初步总结, 再质疑, 再逐步完善。这个过程符合学生的认知规律。

光在两种介质表面传播的特点, 学生总结的结论虽不准确, 却恰恰证实了学生是通过动脑梳理总结出来的, 是有生成的课堂。这也达到了我们培养锻炼学生思维能力、表达能力、分析、归纳总结能力的目的。

环节四:应用感悟, 学以致用

教学内容:影子的形成。

设置手影比赛, 尝试解释影子的形成原因。

设计意图:通过活动增强体验, 调动学生积极参与的热情, 激发学习的兴趣, 并加深对光沿直线传播的理解。

教学内容:学生总结收获与体会, 结合教师板书 (将知识纳入系统) 。

设计意图:加深学生对本节课内容的理解和把握, 实现本节课的提升。

环节五:作业巩固, 拓展延深

教学内容:

布置作业:1.参照课本59 页家庭实验室, 制作针孔照相机, 课下交流展示;2.上网查询有关小孔成像、日食月食等有关光沿直线传播应用的资料;3.你知道光速有多快吗?光速如果与现在的声速相等, 会有什么不同?

设计意图:新问题的出现, 让学生展开想象的翅膀, 让学生的思维从课堂上飞出课外, 促使学生进行新一轮的探究, 激发并保持学生乐于探究、继续探究的延续性。

板书设计:略.

设计意图:板书设计力图保持概括性、系统性以及示范性等.

七、目标检测设计 (略)

【评析】

做一个思考着的行动者

杜威在九十多岁时感慨:“教育是一门神秘的艺术。它是无尽的, 这种无尽、无限、无边, 这种意想不到, 这种生命美好的相遇, 你是需要带着情感去领悟的。”生活和物理之间也没有什么界限。作为物理人, 我们应该将怎样的课堂呈现给我们的学生?怎样让他们在成长的路上多一些物理的记忆, 多一些来自物理的经历?怎样将物理学科的魅力发挥出来, 提升孩子们的能力, 伴随他们生命中的每一程?这都是我们应常常思考的问题。

本节课是光学的起始课, 从“带给人强烈视觉震撼的激光舞”入手, 一开始就抓住学生, 将学生带进绚丽多彩的光世界。从学生的具体学情出发, 仅仅围绕着“光总是沿直线传播的吗”这条线索, 把学生对光的感性认识上升为理性层面, 逐步把学生引领到物理学习方法的研究上。在潜移默化中培养和提升学生的能力。具体表现在如下几个方面:

一、以学生原有认知为基础, 突出重点, 大胆取舍

将光传播信息、能量、光速等内容安排在学生课后自学完成, 有效节约了课堂时间, 突出重点, 学生能自学的教师不教, 体现以生为本, 少讲多学, 为学生服务的教学理念, 培养学生的自学能力。

二、加强实验探究设计的教学, 着眼于学生能力的提升

本节课非常注重实验探究在物理教学中的设计与实践, 设置的实验环环相扣, 教师注重引导点拨。在教师指导下, 学生主动学习, 互助学习, 在动与静的结合中完成了学习任务, 提高了科学素养。我们知道, 许多物理知识都是通过观察、实验, 经过认真的思考总结出来的。本节课面向全体学生, 关注全体学生的发展, 让学生亲历科学探究的过程, 培养学生的科学探究精神、实践能力、创新意识。

本节课的最大突破是就地取材制作教具, 不但提高了课堂效率, 也增强了学生的动手实践能力, 激发了学生的兴趣。自制光学演示箱以及配置的不均匀糖水溶液, 实验效果很好, 突破了难点。学生通过自己动手观察实验现象总结得出结论, 就是通过自己的努力研究懂了, 这种成就感会激发出学生学习的原动力。让学生主动学习, 热爱学习, 是为人师者共同的追求。

三、倡导小组合作探究, 构建学习共同体

我们常说, 教育是慢的艺术。由于学生的个体差异、成长环境等因素的不同, 学生的各方面能力以及兴奋点也不同。本节课在实验中倡导学生小组合作、相互协作, 合理分工, 使小组成员全员参与实验, 并在合作学习中明确自己的职责和承担的角色, 有效创建了学习共同体, 最大限度地发挥团队优势, 使合作学习有序、有效。培养了生生间的合作、沟通能力。在汇报环节生成了诸多问题, 通过师生互动、生生评价、质疑交流、相互启迪互助的方式解决问题, 把课堂还给了学生, 使学生在思想碰撞的过程中不仅实现了知识的落实, 也学会了倾听和交流。课堂气氛活跃, 充满了生命力。

四、渗透分类思想, 培养质疑精神, 注重学生思维训练

在分析论证环节, 学生已把实验现象科学记录在报告单中, 教师引导学生进行对比分析, 并在此基础上鼓励学生感受问题的发现、提出和质疑及最终得出结论的过程, 让学生养成从感性认识到理性思考的习惯。教师在此环节注重引导学生掌握处理实验证据的方法, 同时渗透分类、对比的物理思想, 培养和锻炼了学生的思维能力、表达能力及分析、归纳能力, 凸显了教师的智慧, 以及立足于学生, 以学生为主体的那份尊重与大气。

五、加强体验, 追求生命的阳光与丰富, 关注学生生命成长

篇4：高中物理光的偏振教案

单靠“死”记还不行，还得“活”用，姑且称之为“先死后活”吧。让学生把一周看到或听到的新鲜事记下来，摒弃那些假话套话空话，写出自己的真情实感，篇幅可长可短，并要求运用积累的成语、名言警句等，定期检查点评，选择优秀篇目在班里朗读或展出。这样，即巩固了所学的材料，又锻炼了学生的写作能力，同时还培养了学生的观察能力、思维能力等等，达到“一石多鸟”的效果。 浙江省富阳市二中 方霞

一般说来，“教师”概念之形成经历了十分漫长的历史。杨士勋(唐初学者，四门博士)《春秋谷梁传疏》曰：“师者教人以不及，故谓师为师资也”。这儿的“师资”，其实就是先秦而后历代对教师的别称之一。《韩非子》也有云：“今有不才之子……师长教之弗为变”其“师长”当然也指教师。这儿的“师资”和“师长”可称为“教师”概念的雏形，但仍说不上是名副其实的“教师”，因为“教师”必须要有明确的传授知识的对象和本身明确的职责。 一、新课引入

“教书先生”恐怕是市井百姓最为熟悉的一种称呼，从最初的门馆、私塾到晚清的学堂，“教书先生”那一行当怎么说也算是让国人景仰甚或敬畏的一种社会职业。只是更早的“先生”概念并非源于教书，最初出现的“先生”一词也并非有传授知识那般的含义。《孟子》中的“先生何为出此言也?”;《论语》中的“有酒食，先生馔”;《国策》中的“先生坐，何至于此?”等等，均指“先生”为父兄或有学问、有德行的长辈。其实《国策》中本身就有“先生长者，有德之称”的说法。可见“先生”之原意非真正的“教师”之意，倒是与当今“先生”的称呼更接近。看来，“先生”之本源含义在于礼貌和尊称，并非具学问者的专称。称“老师”为“先生”的记载，首见于《礼记?曲礼》，有“从于先生，不越礼而与人言”，其中之“先生”意为“年长、资深之传授知识者”，与教师、老师之意基本一致。 实验演示：教师将一块偏振片在笔记本电脑前转动，请学生观察屏幕的变化情况。

语文课本中的文章都是精选的比较优秀的文章，还有不少名家名篇。如果有选择循序渐进地让学生背诵一些优秀篇目、精彩段落，对提高学生的水平会大有裨益。现在，不少语文教师在分析课文时，把文章解体的支离破碎，总在文章的技巧方面下功夫。结果教师费劲，学生头疼。分析完之后，学生收效甚微，没过几天便忘的一干二净。造成这种事倍功半的尴尬局面的关键就是对文章读的不熟。常言道“书读百遍，其义自见”，如果有目的、有计划地引导学生反复阅读课文，或细读、默读、跳读，或听读、范读、轮读、分角色朗读，学生便可以在读中自然领悟文章的思想内容和写作技巧，可以在读中自然加强语感，增强语言的感受力。久而久之，这种思想内容、写作技巧和语感就会自然渗透到学生的语言意识之中，就会在写作中自觉不自觉地加以运用、创造和发展。 电脑屏幕随着偏振片的转动，发生明显的明暗的变化。如图1所示。学生观察到这一奇妙的现象时，都不由地发出惊叹声，不禁问道：为什么会发生这种现象呢?学生的学习兴趣和积极性被充分调动起来。

观察内容的选择，我本着先静后动，由近及远的原则，有目的、有计划的先安排与幼儿生活接近的，能理解的观察内容。随机观察也是不可少的，是相当有趣的，如蜻蜓、蚯蚓、毛毛虫等，孩子一边观察，一边提问，兴趣很浓。我提供的观察对象，注意形象逼真，色彩鲜明，大小适中，引导幼儿多角度多层面地进行观察，保证每个幼儿看得到，看得清。看得清才能说得正确。在观察过程中指导。我注意帮助幼儿学习正确的观察方法，即按顺序观察和抓住事物的不同特征重点观察，观察与说话相结合，在观察中积累词汇，理解词汇，如一次我抓住时机，引导幼儿观察雷雨，雷雨前天空急剧变化，乌云密布，我问幼儿乌云是什么样子的，有的孩子说：乌云像大海的波浪。有的孩子说“乌云跑得飞快。”我加以肯定说“这是乌云滚滚。”当幼儿看到闪电时，我告诉他“这叫电光闪闪。”接着幼儿听到雷声惊叫起来，我抓住时机说：“这就是雷声隆隆。”一会儿下起了大雨，我问：“雨下得怎样?”幼儿说大极了，我就舀一盆水往下一倒，作比较观察，让幼儿掌握“倾盆大雨”这个词。雨后，我又带幼儿观察晴朗的天空，朗诵自编的一首儿歌：“蓝天高，白云飘，鸟儿飞，树儿摇，太阳公公咪咪笑。”这样抓住特征见景生情，幼儿不仅印象深刻，对雷雨前后气象变化的词语学得快，记得牢，而且会应用。我还在观察的基础上，引导幼儿联想，让他们与以往学的词语、生活经验联系起来，在发展想象力中发展语言。如啄木鸟的嘴是长长的，尖尖的，硬硬的，像医生用的手术刀―样，给大树开刀治病。通过联想，幼儿能够生动形象地描述观察对象。 图1

教师告诉学生手中的这片圆形薄片叫偏振片，这种现象称为偏振现象。为什么会出现这样的现象呢，这是本堂课要解决的重要内容之一，希望大家在观察接下来的实验现象和现象分析后都能知道其中的原因。

二、实验过程、现象解释

波有横波和纵波之分，光是横波还是纵波，是否所有的波都有偏振现象，日常生活中有哪些常见的偏振现象，对我们的生活有些什么样的影响，我们一起来学习和探讨。

为了更好的理解和解释光的偏振现象，我们从直观、具体的机械波的分析入手。

(一)机械波的偏振实验演示

实验1：取一软绳和中间有一“狭缝”的硬纸板，使软绳从“狭缝”中穿过，请两位同学分别控制绳的两端，其中一端固定不动，另一端的同学上下抖动，形成一列绳波。调节狭缝的方向，第一次与绳波的振动方向相同，第二次与绳波的振动方向垂直，观察绳波经过狭缝后的现象。

现象：绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常;振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。现象如图2所示。

图2

实验2：用一弹簧经过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。旋转狭缝方向，观察弹簧波的情况。

现象：无论“狭缝”如何，弹簧波均正常传播，如图3所示。

图3

结论：横波的振动方向与狭缝方向垂直时，波的传递受到影响，这种现象就是偏振现象，偏振是横波特有的现象。

光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。

实验3：利用偏振片检验自然光是横波还是纵波。

偏振片介绍：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。偏振片对光波的作用就象“狭缝”对机械波的作用一样。

偏振光介绍：只沿着某个特定方向振动的光。

自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。如图4所示。

图4

重复实验1的演示实验，再次观察实验现象。

电脑屏幕本质上是一片偏振片，圆形薄片是另一片偏振片，当光束通过第一片偏振片P(起偏器)之后(如图5所示)，旋转第二块偏振片Q(检偏器)，可以看见光斑亮度周期性变化。当两个偏振片平行时，透光最强。当两个偏振片垂直时，透光最弱。如图5所示。

图5

通过分析，请学生尝试类比机械波的偏振来解释上面的实验现象。

当激光通过第一片偏振片P后，相当于被“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向平行的光才能通过，激光通过偏振片P(起偏器)后虽然变成了偏振光，但由于沿各个方向的振动情况相同，无论偏振片透振方向如何，都会有相同强度的光透射过来，再通过第二块偏振片Q(检偏器)时就不同了。无论旋转哪块偏振片，当两块偏振片透振方向相同时，透射光最强，当两偏振片透振方向垂直时，透射光完全消失，最弱。

篇5：光的偏振

知识目标

1、知道振动中的偏振现象，了解什么是偏振现象，知道偏振是横波的特点．

2、知道偏振光和自然光的区别，知道偏振光在实际生活中的应用．

能力目标

通过光的偏振现象和机械波的偏振现象的实验对比，理解光波是横波的实质．

情感目标

培养良好的物理实验习惯，学会用理论指导实践，用实验来验证理论．

知道在学习物理的过程中，做好实验的重要性．

教学建议

在复习前两节内容干涉、衍射的基础上进行小结，让学生了解：光的干涉和衍射说明光具有波动性；光的偏振说明光是横波．

可以先向学生介绍波的偏振现象，然后演示光的偏振现象实验，最好由学生自己亲自动手观察偏振光．引导学生分析横波的偏振特性，区别纵波的无偏振特性，再让学生区别偏振光与自然光．并分析讲解偏振光的产生方式，这一部分知识也可以让学生自己学习，查找资料．最后进行总结。

关于演示实验的教学建议

1、光的偏振可以用激光演示仪和偏振器进行演示．

方法：使激光束的行进方向正对着学生的观察方向，使激光束通过偏振器．转动偏振器的某一个偏振片，用毛玻璃屏接收透过偏振器的光束，可以在屏上看到光的亮度发生周期性的变化；当两个偏振片平行时，透光最强；当两个偏振片垂直时，透光最弱．

2、本实验也可以将偏振片分发到学生手中，要求学生用两个偏振片对着光线来观察光的偏振现象．

篇6：光的偏振教案

浙江省富阳市二中 方霞

一、新课引入

实验演示：教师将一块偏振片在笔记本电脑前转动，请学生观察屏幕的变化情况。

电脑屏幕随着偏振片的转动，发生明显的明暗的变化。如图1所示。学生观察到这一奇妙的现象时，都不由地发出惊叹声，不禁问道：为什么会发生这种现象呢？学生的学习兴趣和积极性被充分调动起来。

图1

教师告诉学生手中的这片圆形薄片叫偏振片，这种现象称为偏振现象。为什么会出现这样的现象呢，这是本堂课要解决的重要内容之一，希望大家在观察接下来的实验现象和现象分析后都能知道其中的原因。

二、实验过程、现象解释

波有横波和纵波之分，光是横波还是纵波，是否所有的波都有偏振现象，日常生活中有哪些常见的偏振现象，对我们的生活有些什么样的影响，我们一起来学习和探讨。

为了更好的理解和解释光的偏振现象，我们从直观、具体的机械波的分析入手。

（一）机械波的偏振实验演示

实验1：取一软绳和中间有一“狭缝”的硬纸板，使软绳从“狭缝”中穿过，请两位同学分别控制绳的两端，其中一端固定不动，另一端的同学上下抖动，形成一列绳波。调节狭缝的方向，第一次与绳波的振动方向相同，第二次与绳波的振动方向垂直，观察绳波经过狭缝后的现象。

现象：绳波的振动方向与狭缝的方向平行时，传播情况正常；振动方向与狭缝方向垂直时，绳波经过狭缝后消失。现象如图2所示。

图2

实验2：用一弹簧经过“狭缝”，轻拨弹簧，形成一列弹簧波。旋转狭缝方向，观察弹簧波的情况。

现象：无论“狭缝”如何，弹簧波均正常传播，如图3所示。

图3

结论：横波的振动方向与狭缝方向垂直时，波的传递受到影响，这种现象就是偏振现象，偏振是横波特有的现象。

光波是横波还是纵波，也可用类似的方法检验。

实验3：利用偏振片检验自然光是横波还是纵波。

偏振片介绍：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着这个方向振动的光波才能通过偏振片，这个方向叫做“透振方向”。偏振片对光波的作用就象“狭缝”对机械波的作用一样。

偏振光介绍：只沿着某个特定方向振动的光。

自然光介绍：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。如图4所示。

图4

重复实验1的演示实验，再次观察实验现象。

电脑屏幕本质上是一片偏振片，圆形薄片是另一片偏振片，当光束通过第一片偏振片P（起偏器）之后（如图5所示），旋转第二块偏振片Q（检偏器），可以看见光斑亮度周期性变化。当两个偏振片平行时，透光最强。当两个偏振片垂直时，透光最弱。如图5所示。

图5

通过分析，请学生尝试类比机械波的偏振来解释上面的实验现象。

当激光通过第一片偏振片P后，相当于被“狭缝”卡了一下，只有振动方向跟“狭缝”方向平行的光才能通过，激光通过偏振片P（起偏器）后虽然变成了偏振光，但由于沿各个方向的振动情况相同，无论偏振片透振方向如何，都会有相同强度的光透射过来，再通过第二块偏振片Q（检偏器）时就不同了。无论旋转哪块偏振片，当两块偏振片透振方向相同时，透射光最强，当两偏振片透振方向垂直时，透射光完全消失，最弱。

上面的实验表明，光是一种横波。只有横波才有偏振现象。

三、偏振现象的应用

光的偏振现象并不罕见。除了从太阳、电灯等光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是不同程度的偏振光。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，入射角发生变化时，偏振的程度也发生变化。因此当我们直接观察、拍摄橱窗、水中的物体时，有些时候会图象不清、非常含糊，这些都是“光的偏振”惹的祸，只有合理地利用偏振片，我们才能看到清晰的影象。

1．教师展示一组图片，同时告诉学生这组图片是用同一相机拍摄而得，区别在于拍摄后一图片时在镜头上多加偏振片。

2．计算器的屏幕

发给学生一些事先准备好的计算器上的显示膜，请学生旋转计算器的显示薄膜，观察窗外的景色，亲自体验光的偏振现象。

学生观察窗外的景色时，都露出了会心的微笑，很多同学不由地说道：“原来如此！”正如华盛顿国家图书馆墙壁上所写：“我听见了就忘了，我看见了就记住了，我做了就理解了”，体验是最好、最有效的学习。

3．偏振光眼镜（Polaris coPe）

钓具辅助具之一。指钓者在钓鱼时用于观察水面、浮漂时，可消除浮漂、水面反光的特种眼镜。该镜还可防止阳光刺眼。其镜片颜色有茶色、灰色和墨绿色。其原理是在光波中有自然光和偏振光两种。自然光的电磁波是向四面八方振动的，即所谓出现光线的漫反射。这样，钓者用肉眼和普通太阳镜观察水面上的浮原时会出现倒影，加上水面波纹闪动反光，很难看清浮漂。而偏振镜片中间的胶膜内含有无数细小的杆状晶体，均朝一个方向顺序均匀地排列，故通过偏振眼镜后的光线只能朝一个方向振动、影象清晰。

4．影院的“3D”眼镜

观看“3D”电影时观众佩带的“3D”眼镜是专门设计和制造了适合于观看柱面电影的柱面偏振光眼镜（即“立体眼镜”）。使观众看到的影片左眼和右眼的图像不同，这样反映到人脑中的影像就是3D影像，从而创造置身其中的立体视觉空间。

5．车灯玻璃和挡风玻璃

汽车在夜间行驶时必须打开车灯，但是车灯的强炫光会影响迎面来车的司机的视线，为了行车安全，而不得不使用小灯，这样势必会影响行车速度和能见度，带来不小的安全隐患。为了解决这个问题，有人设法在车灯和挡风玻璃上覆盖一片其透射轴方的挡风玻璃（偏振片），通过实践发现，汽车前灯覆盖的偏振片其透射轴为667，而挡风玻璃覆盖的偏振片其透射轴为567安装，效果最佳，这样既能消除车灯的强烈炫光，又能看见迎面开来的车辆。

四、课堂小结

1．光是一种横波。

2．偏振现象是横波特有的现象。

五、课外拓展

请学生到图书馆或上网查询偏振的相关知识，了解生活中更多的偏振现象，尝试写一篇物理小论文。

六、教学反思

1．本堂课教学设计很好的体现了的教学目标：

①观察振动中的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。

②知道偏振光和自然光的区别，能运用偏振知识来解释生活中的一些常见光学现象。

2．机械波的偏振现象和光的偏振现象的实验对比，符合中学生由具体到抽象、由表及里的思维特点，合理搭建了学生学习的平台，有利于学生理解光波是横波的本质。同时通过实验对比，培养学生的知识迁移能力。

3．演示实验与学生实验相结合、生活中常见偏振现象介绍，有利于扩大学生视野，提高学生的学习积极性和兴趣，培养学生良好的物理实验习惯，促使学生培养联系实际学习物理的观念和习惯。

4．绳波的偏振演示时绳子材质和长度的选择对绳波实验演示的可观赏性有一定的影响，可选择密度偏大，韧性较好、长度在2米左右的绳子。

篇7：光的偏振教案

偏振光学相干层析技术(OCT,Optical Coherence Tomography)是一种发展迅速的医学诊断手段。它使用偏振光成像,通过检测在生物组织中传播的光偏振态的改变程度,对生物组织的病变进行诊断。很多病变,如烫伤、龋齿、青光眼等,都改变了病患组织的双折射性质,利用偏振OCT对它们进行诊断,能够达到事半功倍的效果[1,2]。

本研究着眼于光纤型偏振OCT系统。系统中的光纤会对光偏振态产生影响,难以控制入射到生物组织表面的光偏振态,因此有必要讨论多种不同偏振态光入射的情况,并分析各种情况下生物组织背散射光的Stokes矢量和Muller矩阵,选择适用于描述光纤型偏振OCT中生物组织双折射特性的方法。

蒙特卡罗方法是模拟光在组织中传播的重要手段。偏振光在生物组织中传播的蒙特卡罗模拟与非偏振光在生物组织中传播的蒙特卡罗模拟的区别在于,后者仅关心生物组织对光的背散射率分布[3],而前者则需要获得与生物组织的双折射性质相关的多个参数,如Stokes矢量、Muller矩阵及光偏振度的分布等[4,5,6,7]。

2004年S.V.Gangnus等人用蒙特卡罗方法模拟了偏振光在生物组织中的传播[4],获得了生物组织背散射光的Stokes矢量沿生物组织深度方向的分布。2005年谢树森等人获取了生物组织背散射光和透射光的Stokes矢量及Muller矩阵在生物组织表面的二维分布[5]。在此基础上,本文针对光纤型偏振OCT系统中生物组织散射光的特点,利用Muller矩阵进一步深入分析偏振光对生物组织的探测深度和成像质量的影响,获得了光偏振度与光被生物组织粒子散射次数的关系,并得到偏振光在生物组织中传播时,光偏振度沿生物组织深度方向的分布以及生物组织的背散射光偏振态在生物组织表面的分布。通过不同偏振态输入光情况下生物组织背散射光的Stokes矢量与Muller矩阵的对比,证明了Muller矩阵在光纤型偏振OCT系统中应用的优越性。

2 光纤型偏振OCT系统

偏振光在具有双折射性质的生物组织中传播,会受到生物组织中粒子的作用而发生背散射、折射以及双折射。由于双折射现象的存在,入射到生物组织内的偏振光,其偏振态会随着其在组织中传播的路径不同而发生变化。通过检测生物组织背散射光偏振态的这种变化,就可以获得组织的微结构信息,对局部病变进行诊断,这正是偏振OCT进行医学成像检测的原理。

光纤型偏振OCT原理结构图如图1所示,其核心是一个迈克耳逊干涉仪。当干涉仪两臂的光程接近时,生物组织的背散射光与参考镜的反射光产生干涉。通过检测干涉光的两个垂直偏振态分量之间的相位差,就可以获得组织的双折射性质变化趋势,从而诊断生物组织中的局部病变。

3 偏振光的蒙特卡罗模拟

图2是偏振光在生物组织中被粒子单次散射的示意图。实线所代表的光束为入射光束,其Stokes矢量为Sn,位于坐标系(X,Y,Z)中;虚线所代表的光束为出射光束,其Stokes矢量为Sn+1,位于坐标系(X′,Y′,Z′)中。在散射过程中,出射光束的传播方向相对于入射光束的传播方向旋转了θ。同时,出射光束的坐标系相对于入射光束的坐标系旋转了φ。Sn+1可由Sn表示为

其中R(φ)是将入射坐标系(X,Y,Z)转换为出射坐标系(X′,Y′,Z′)的旋转矩阵;M(θ)是散射矩阵,根据米氏散射理论[8],R(φ)和M(θ)可以表示为

偏振光在具有双折射性质的生物组织中传播,其偏振态不仅受粒子散射的影响,还要受到组织介质本身的影响,由此造成的光偏振态变化由传播矩阵T表示:

其中:C2=cos(2β),C4=cos(4β),S2=sin(2β),S4=sin(4β),β是生物组织的双折射慢轴在x-y平面上的方位角,τ是相位延迟。

获得每次散射的散射矩阵M、旋转矩阵R及各次散射间的传播矩阵T后,就可以求得经n次散射后从生物组织表面出射的偏振光的Stokes矢量:

其中S0与Sn分别为入射和出射偏振光的Stokes矢量,RC是将最后一次散射的局部坐标系转化为公共坐标系的旋转矩阵。我们选取生物组织表面坐标系作为公共坐标系,它是偏振光发生第一次散射前所使用的坐标系。为了求得RC,需要计算偏振光最后一次散射的局部坐标系相对于公共坐标系所转过的角度φC。可以简单地认为φC的值是每次散射时坐标系转角之和,但方向相反,即:

其中φn是第n次散射时坐标系转过的角度。

生物组织的Muller矩阵将输入光的Stokes矢量转化为输出光的Stokes矢量,它反映了生物组织的偏振特性。通过将横向、纵向、45°线偏振光及右旋偏振光分别射入生物组织,并检测相应的背散射光Stokes矢量SH、SV、SP和SR,就可以计算出生物组织的Muller矩阵:

方位角θ和φ是用蒙特卡罗方法模拟偏振光在生物组织中传播的基础。根据Mie散射理论,当入射偏振光的Stokes矢量S=[I Q U V]T时,θ和φ的概率分布函数可表示为

其中ξ∈(0,1)是一个随机数。从式(7)可以看出方位角φ的分布与入射光的偏振态有关,而方位角θ的分布则与入射光的偏振态无关。因此,在进行模拟时,可以预先求得θ的分布,即θ与随机数ξ的对应关系,将其保存在查找表中,在模拟过程中,只需根据给定的随机数ξ找到对应的θ即可。

4 实验结果及分析

当入射光为线偏振光且与生物组织光轴成45°夹角时,其偏振态沿生物组织深度方向的分布如图3所示。图中三条曲线分别代表了偏振光Stokes矢量的Q、U、V分量,它们的波动周期大约为50µs,根据生物组织双折射率∆n与波动周期d的对应关系

可知模拟获得生物组织的双折射率为0.01,这与我们设定的值基本相同。

偏振光在生物组织中传播,受到生物组织粒子的散射影响,其偏振态会发生改变,使部分偏振光失去偏振特性,从而造成光偏振度的变化。图4是偏振光在生物组织中传播时,其偏振度(DOP)沿深度方向的分布。在接近100µm处,偏振度的分布趋势有明显的变化,它代表了两层生物组织的分界,这与生物组织模型第一层厚100µm基本吻合。

图5是生物组织Muller矩阵的空间分布。图6是当输入光为横向、纵向、45°线偏振光及右旋偏振光时,生物组织背散射偏振光的Stokes矢量在生物组织表面的分布。通过图5和图6对比可以看出,Stokes矢量的I分量与偏振态有关,会随输入光偏振态的变化而不同。Muller矩阵反映了生物组织偏振特性,其M00分量则与输入光的偏振态完全无关,只反映输出光强的变化,它正是非偏振OCT系统所需的生物组织背散射率信息,而M01~M33则体现了生物组织的偏振特性。目前Stokes矢量和Muller矩阵都被用于描述偏振OCT系统中生物组织的双折射性质。但在光纤型偏振OCT中,由于光纤本身具有一定双折射性,会改变在其中传输的光的偏振态,所以很难控制入射到生物组织上的光的偏振态。一旦入射光的偏振态发生偏差,输出光的Stokes矢量也会随之变化。而Muller矩阵具有不受入射光偏振态影响的性质,因此比Stokes矢量更适合在光纤型偏振OCT中描述生物组织的双折射性质。

图7是右旋偏振光和以45°角入射的线偏振光在生物组织内传播时,其偏振度与散射次数的关系图。从图中可见,当散射次数增大时,光偏振度基本呈下降趋势,从生物组织中出射的偏振光主要由经历50次以下散射的光子组成,经历更多次散射的光将失去偏振特性,成为非偏振光,从而失去偏振光成像的意义。因此,在偏振OCT系统中,参与成像的偏振光在生物组织中所经历的散射次数是有限的,散射次数过多的光由于失去其偏振特性而无法携带生物组织的双折射信息。此外,偏振OCT系统的干涉仪两臂产生干涉的条件之一是两束光的偏振态相同,当偏振光失去部分偏振特性后,其干涉能力减弱,未形成干涉的光在成像时成为背景杂散光,使图像质量降低。随着偏振OCT探测深度的增大,光在生物组织中所受到的散射次数必然增加,光的偏振度也随之下降,这制约着偏振OCT对生物组织的探测深度。

5 结论

偏振光在生物组织中传播,其偏振态会受组织散射及双折射性质的影响而发生改变,这正是偏振OCT成像的物理基础。本文针对光纤型偏振OCT系统中生物组织散射光的特点,建立了偏振光在生物组织中传播的简化模型,并以此模型为基础得到偏振光在生物组织中传播时,光偏振度沿生物组织深度方向的分布以及生物组织的背散射光偏振态在生物组织表面的分布,从而确定了生物组织的Muller矩阵,通过不同偏振态输入光情况下生物组织背散射光的Stokes矢量与Muller矩阵的对比,证明了Muller矩阵在光纤型偏振OCT系统中应用的优越性,并利用Muller矩阵分析了偏振光对生物组织的探测深度和成像质量的影响,获得了光偏振度与光被生物组织粒子散射次数的关系。对模拟结果的分析确认了其正确性。

摘要：建立了偏振光在生物组织中传播的模型,并利用该模型模拟了偏振光在生物组织中传播的过程,重建了多种偏振态输入光的情况下光偏振态在生物组织中的分布及生物组织的偏振特性模型。分析了光偏振度与光被生物组织散射次数的关系,阐明了由于偏振光在组织中传播,其偏振态逐渐改变而造成的偏振OCT干涉计两臂光束失去相干性及偏振OCT图像质量下降现象。通过分析斯托克斯(Stokes)矢量和穆勒(Muller)矩阵在光纤型偏振OCT系统中的应用,说明Muller矩阵不受输入光偏振态的影响,因此它比Stokes矢量更适用于光纤型偏振OCT系统研究。

关键词：光纤型偏振OCT,蒙特卡罗模拟,米氏散射理论,Stokes矢量,Muller矩阵,偏振度

参考文献

[1]G?tzinger1Erich,Pircher1Michael,Hitzenberger Christoph V,et al.Imaging of polarization properties of the human cornea with phase resolved polarization sensitive optical coherence tomography[J].Proc.of SPIE,2003,4951:21-26.

[2]Park B H,Pierce M C,Cense B,et al.Real-time multi-functional optical coherence tomography[J].Optics Express,2003,11(7):782-793.

[3]Prahl S A,Keijzer M,Jacques S L,et al.A Monte Carlo Model of Light Propagation in Tissue[J].Proc.of SPIE,1989,IS5:102-111.

[4]Gangnus S V,Matcher S J,Meglinski I V.Monte Carlo Modeling of Polarized Light Propagation in Biological Tissues[J].Laser Physics,2004,14(6):886-891.

[5]WANG Shu-ping,XU Lan-qing,LI Hui,et al.Monte Carlo Simulation of the Diffusely Scattered Polarized Light in Turbid Media[J].SPIE,2005,5630:823-832.

[6]WEN Hong-sheng,TIAN Jian-guo,LI Fu-xin,et al.Polarization effects on backscattering light from tissue with Monte Carlo simulation and its application in melanoma diagnosis[J].SPIE,2005,5630:235-248.

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