偏振光的定量分析
普通物理实验(三) 33
■ 偏振光的定量分析
目的要求
1．了解GSZF-3型偏振光实验系统的原理和使用方法。
2．深入理解不同类型偏振光的产生条件、光强分布和检偏方法。
3．定量讨论三类偏振光的基本特性。
实验原理
1． 线偏振光的产生与鉴别
当自然光通过起偏器后，由于只有电矢量振动方向平行于透射轴的光可以通过，所以，由起偏器出射的光为线偏振光。判断其是否为线偏振光，只要让该偏振光通过一个检偏器，当转动检偏器改变其透振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时，出射的光强随之改变。当透振轴与线偏振光的振动方向平行时，出射的光强最大；而垂直于线偏振光的振动方向时，出射的光强为零。如果检偏器转动一周，光强交替出现两次最亮和两次消光，则可判断其为线偏振光。这些规律可用公式表述如下：
θcos 0E E =22
E I =，2
200E I = θθ2cos 2
121cos 0020I I I I +== （1） 式中，θ为检偏器透振方向与线偏振光振动方向之间的夹角，E 、I 分别为出射光的振幅和光强，E 0、I 0分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度θ的变化成余弦曲线的规律变化，周期为π。
出射光满足Malus 定律
θ20cos I I =，θ20cos =I I （2）
以相对能量I /I 0为纵坐标，cos 2θ为横坐标，θ从00到900
变化时将形成一条直线，由此也可验证线偏振光。
2． 圆偏振光的产生与鉴别 产生圆偏振光的前提是先得到线偏振光，然后让线偏振光垂直入射到4λ波片，如果线偏振光的振动方向与4λ的快轴和慢轴成450角，这时透过4λ片的光是圆偏振光。 线偏振光表示为
t E E t
E E y x ωαωαsin sin sin cos 00== （3） 经过4λ片快轴方向（即Y 方向）相位超前2π，所以出射光为
2sin(sin sin cos 00πωαωα+
==t E E t
E E y x （4） 当o 45=α时，22sin cos ==αα，这正是圆偏振光。它透过检偏器的两振动分量为 ?????
?+==2sin sin sin sin cos cos 0201πωθαωθαt E E t
E E （5） 合振动为
)sin(2
2021θω+=+=t E E E E 观察时间内光强的平均值为
线I E I 2
14120== （6） 故圆偏振光透过检偏器后，出射光强恒定不变，且为线偏振光的1/2。
3．椭圆偏振光的产生和鉴别 产生椭圆偏振光的前提同样是先得到线偏振光，然后让线偏振光垂直入射到4λ波片，如果线偏振光的振动方向与4λ波片的快轴和慢轴不成450、00和900角，这时透过4λ波片的光是椭圆偏振光。讨论与圆偏振光类似，只需使（4）式中α不等于450、00和900
角即可。它经过检偏器后，透过检偏器的两振动分量同样为（5）式。 观察时间内光强的平均值为 θαθα22202220sin sin 2
1cos cos 21E E I += （7） θ为检偏器透振方向与波片慢轴的夹角，随检偏器的转动而连续变化。
仪器介绍
本实验系统如下图所示。该系统采用He-Ne 激光器作光源，激光垂直通过格兰棱镜（起偏器）产生线偏振光，线偏振光再经过
另一个格兰棱镜（检偏器），根据需要可
在两偏振器间插入波片。由检偏器透射
的光照射在光电探测器上，将光强信号
转换成电信号，通过电控箱中的调理电
路（放大、整形）、AD 转换电路（将模
拟量转变为数字量）、接口电路（实现与
计算机间的通讯）与微机相联，实现在
微机上显视采集的数据并作图。另外格
兰棱镜安装在带有步进马达的支架上，
马达通过电控箱由微机控制，所有光学
器件通过磁性千分座固定在光学平台
上。
实验内容
1．仔细阅读仪器说明书，熟悉各实验器件的功能和调节方法，熟悉实验软件的各种功能和使用方法。
2．光路调节。将激光器、两个格兰棱镜、探测器依次摆放在光学平台上，先调激光器使激光束平行台面，然后调节各器件使通光孔共线，同时使各光学镜面与光线垂直。调节方法为使所有反射光点与入射光重合，并通过线偏振光透过检偏器光强与检偏器转角间的关系曲线检查光路是否已调好。
3．观察并记录线偏振光透过检偏器光强与检偏器转角间的关系曲线，并验证马吕斯定律。
4．获得圆偏振光，观察并记录圆偏振光透过检偏器光强与检偏器转角间的关系曲线（直角坐标和极坐标两种）。
5．改变波片光轴与线偏振光的夹角，得到不同的椭圆偏振光；在直角坐标和极坐标两种坐标系中，分别观察记录各种椭圆偏振光透过检偏器光强与检偏器转角间的关系曲线。
6．分析实验中出现的问题及解决办法，对照曲线，定量讨论三类偏振光的基本特性。
偏振光的观测与研究~~实验报告
偏振光的观测与研究 光的干涉与衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光就是横波而不就是纵波,即其E与H的振动方向就是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光就是横波,人们通过对光的偏振性质的研究,更深刻地认识了光的传播规律与光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术的检验等,提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的产生与检验方法。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光与圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1.偏振光的基本概念 按照光的电磁理论,光波就就是电磁波,它的电矢量E与磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉与感光材料的特性上瞧,引起视觉与化学反应的就是光的电矢量,通常用电矢量E代表光的振动方向,并将电矢量E与光的传播方向所构成的平面称为光振动面。 在传播过程中,光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2(a)。光源发射的光就是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动与辐射的随机性,大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率就是相同的。一般说,在10－6s内各个方向电矢量的时间平均值相等,故出现如图2(b)所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其她方向,即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就就是如图2(c)所示的所谓部分偏振光。还有一些光,其振动面的取向与电矢量的大小随时间作有规则的变化,其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样的光称为椭圆偏振光(或圆偏振光),如图2(c)所示。 图2 光波按偏振的分类 2.获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射与折射时,反射光与折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时,镜面反射光成为完全偏振光,其振动面垂直于入射面,如图3所示,这时入射角称为布儒斯特角,也称为起偏角。
光的偏振特性研究
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。
大学物理实验《偏振光的观测与研究》
实验3.8 偏振光的观测与研究 偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。 【实验目的】 1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。 2．掌握偏振光的产生和检验方法。 3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。 【实验原理】 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏
振现象是横波的特征。 根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某 一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光； 如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏 振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变 化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢 量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系， 则称为偏振光。 1．获得偏振光的方法 （1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n 的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部 分偏振光。当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完 全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角， 也称起偏振角，由布儒斯特定律得： 0tan n φ= （3-51） 其中，n 为折射率。 （2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在 一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于 线偏振光，其振动在入射面。 图3-26 自然光
偏振光的应用
偏振光的应用 ————XXX 摘要： 名称与定义 横波 纵波 偏振原理 自然光 偏振光应用： 1、汽车车灯； 2、观看立体电影； 3、生物的生理机能与偏振光； 4、LCD液晶屏； 偏振光红外偏振光在医疗范围的应用： 5、红外偏振光治疗的特点： 产生 特性 定义：光波的光矢量的方向不变，只是其大小随相位变化的光。 偏振光，光学名词。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。 横波 光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。 纵波 声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
偏振原理： 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 偏振光原理 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”。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。 自然光 光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看 偏振光 作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 偏振光 偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振
9偏振光的观察与研究11
实验( 9 )偏振光的观察与研究 班级18020S01 学号1802004137 姓名沈豹组别 日期2020-6-5 指导教师 一．实验目的 1．了解光的五种偏振状态。 2．了解偏振光元件和偏振光的检验。 3．掌握马吕斯定律。 二．实验仪器 偏振光观察与研究的实验装置包括以下几个部分：光源（可发出多种类型激光）偏振片、波晶片（λ/2和λ/4波长）、光屏。 三．实验原理 为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。 1．产生偏振光的元件 在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。 将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是获得线 偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时, , ，若=1（为空气的折射率），则 图1 布儒斯特定律原理图 叫做布儒斯特角，所以通过测量布儒斯特角的大小可以测量介质的折射率。 由以上介绍可以知道利用反射可以产生偏振光，同样利用透射（多次透射）也可以 产生偏振光（玻璃堆）。 图2 格兰棱镜起偏、检偏原理 第二种是光学棱镜，如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用晶体的双折射的原理制 成的。在晶体中存在一个特殊的方向（光轴方向），当光束沿着这个方向传播时，光束不 分裂，光束偏离这个方向传播时，光束将分裂为两束，其中一束光遵守折射定律叫做寻 常光（o光），另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光（e光）。o光和e光都是线偏振 光（也叫完全偏振光），两者的光矢量的振动方向（在一般使用状态下）互相垂直。改变 射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向，沿着这个方向，o光和e光的传播速度相等，折射率相同。晶体可以有一个光轴，叫做单轴晶体，如方解石、石英，也可以有两 个光轴，叫双轴晶体，如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的 总成绩： 预习操作处理
光的偏振特性研究
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
偏振光特性的研究
光学设计性实验论文
偏振光特性的研究 摘要： 实验目的： （一）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律。 （二）研究1/4波片的光学特性 （三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度） （四）研究物质的旋光特性 （五）观察石英晶体的旋光特性和测量旋光度 （六）观察旋光色散，并解释现象 实验要求： （一）掌握各种偏振光的特性。 （二）学会辨别各种偏振光。 （三）了解偏振光干涉和双折射现象 关键词： 偏振、马吕斯定律、1/4波片、偏振特性、偏振度、旋光特性、旋光色散。 引言： 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质，而光的偏振现象进一步验证了光波是横波。我们研究偏振现象不仅可以认识光的电磁波性质，而且可以对光的传播规律有许多新的认识。 实验原理： 1．偏振光的种类 光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且又垂直于光的传播方向．通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面．按光矢量的不同振动状态，可以把光分为五种偏振态：如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，则称为自然光；如果有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，则称为部分偏振光；如果光
矢量的大小和方向随时间作周期性的变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光． 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称为检偏器． 2．线偏振光的产生 (1)反射和折射产生偏振 根据布儒斯特定律，当自然光以 n i b arctan =的入射角从空气或真空入射至折射率为n 的介质 表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部分偏振光，b i 称 为布儒斯特角． 如果自然光以b i 入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射最后从玻璃片堆透射 出来的光也接近于线偏振光．玻璃片的数目越多，透射光的偏振度越高． (2)偏振片 它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光． (3)双折射产生偏振 当自然光入射到某些双折射晶体(如方解石、石英等)时，经晶体的双折射所产生的寻常光(o 光)和非常光(e 光)都是线偏振光． 3．波晶片 波晶片简称波片，它通常是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e 光和与光轴方向垂直的o 光两部分(如图1所示)．这两种光在晶体内的传播方向虽然一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同(为么?)．于 是，e 光和o 光通过波晶片后就产生固定的相位差δ， 即 l n n o e )(2-= λ π δ
偏振光的定量分析
普通物理实验(三) 33 ■ 偏振光的定量分析 目的要求 1．了解GSZF-3型偏振光实验系统的原理和使用方法。 2．深入理解不同类型偏振光的产生条件、光强分布和检偏方法。 3．定量讨论三类偏振光的基本特性。 实验原理 1． 线偏振光的产生与鉴别 当自然光通过起偏器后，由于只有电矢量振动方向平行于透射轴的光可以通过，所以，由起偏器出射的光为线偏振光。判断其是否为线偏振光，只要让该偏振光通过一个检偏器，当转动检偏器改变其透振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时，出射的光强随之改变。当透振轴与线偏振光的振动方向平行时，出射的光强最大；而垂直于线偏振光的振动方向时，出射的光强为零。如果检偏器转动一周，光强交替出现两次最亮和两次消光，则可判断其为线偏振光。这些规律可用公式表述如下： θcos 0E E =22 E I =，2 200E I = θθ2cos 2 121cos 0020I I I I +== （1） 式中，θ为检偏器透振方向与线偏振光振动方向之间的夹角，E 、I 分别为出射光的振幅和光强，E 0、I 0分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度θ的变化成余弦曲线的规律变化，周期为π。 出射光满足Malus 定律 θ20cos I I =，θ20cos =I I （2） 以相对能量I /I 0为纵坐标，cos 2θ为横坐标，θ从00到900 变化时将形成一条直线，由此也可验证线偏振光。 2． 圆偏振光的产生与鉴别 产生圆偏振光的前提是先得到线偏振光，然后让线偏振光垂直入射到4λ波片，如果线偏振光的振动方向与4λ的快轴和慢轴成450角，这时透过4λ片的光是圆偏振光。 线偏振光表示为 t E E t E E y x ωαωαsin sin sin cos 00== （3） 经过4λ片快轴方向（即Y 方向）相位超前2π，所以出射光为
偏振光的研究实验报告
偏振 光的 研究 班级：物理实验班21 学号：2120909006 姓名：黄忠政 光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。 一．实验目的： 1.了解产生和检验偏振光的原理和方法； 2.了解各种偏振片和波片的作用。 二．实验装置； 计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接 系统，激光器。 三．实验原理： 1.偏振光的概念和基本规律
（1）偏振光的种类 光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H 和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。通常人们用电矢量E 代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。 普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。 （2）偏振光、波片和偏振光的产生
通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线偏振光的器件称为起偏器。线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。 椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e光， 二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。如图2所示。因此折射率n0=c/v0、n e=c/v e是不同的，于是，通过波片后，o光和e光的相位差ΔΦ和光程差δ分别为Δφ=2Π（n0-n e）/λ,δ=(n0-n e)d能产生光程差为λ
偏振光的研究实验报告
偏振光的研究实验报告
偏 振 光 的 研 究 班级：物理实验班21 学号：2120909006 姓名：黄忠政
光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。 一．实验目的： 1.了解产生和检验偏振光的原理和方法； 2.了解各种偏振片和波片的作用。 二．实验装置； 计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接系统，激光器。 三．实验原理： 1.偏振光的概念和基本规律 （1）偏振光的种类 光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。通常人们用
电矢量E代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。 普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。 （2）偏振光、波片和偏振光的产生 通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线
偏振光的器件称为起偏器。线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。 椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e 光， 二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。如图2所示。因此折射率n0=c/v0、n e=c/v e是不同的，于是，通过波片后，o光和e 光的相位差ΔΦ和光程差δ分别为Δφ=2Π（n0-n e）/λ,δ=(n0-n e)d能产生光程差为λ/2的波片称为λ/2波片（或半波
一 偏振光的产生和检验
实验十一 偏振光的产生和检验 光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E 和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。 2、掌握产生和检验偏振光的原理和方法。 二、实验原理 1、偏振光的概念 光的波动的形式在空间传播属于电磁波，它的电矢量E 与磁矢量H 相互垂直。E 和H 均垂直于光的传播方向，故光波是横波。 实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E 的方向定为光的振动方向。 自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。 自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。偏振光电矢量E 的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。 2、获得线偏振光的方法 自然光变成偏振光称作起偏，可以起偏的器件分为透射和反射2种形式。 (1) 反透射式起偏器 自然光在两种媒质的界面处反射和折射，当入射角b φ满足12tan /b n n φ=时， 反射光成为振动 方向垂直于入射面的线偏振光，这个规律称布儒斯特定律，b φ
偏振光的研究
实验题目：偏振光的研究 光的偏振是指光的振动方向不变，或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。光的偏振现象最早是牛顿在1704年至1706年间引入光学的；马吕斯在1809年首先提出“光的偏振”这一术语，并在实验室发现了光的偏振现象；麦克斯韦在1865年至1873年间建立了光的电磁理论，从本质上说明了光的偏振现象。按电磁波理论，光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直，因此可以分成五种偏振态：自然光（非偏振光）、线偏振光、部分偏振光、园偏振光和椭圆偏振光。自然光是各方向的振幅相同的光，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势。若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等。线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。部分偏光可以看成自然光与线偏光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。园偏光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。通过对偏振光的研究人们发明和制造了一些偏振光的元件，如：偏振片、波片和各种偏振棱镜等。利用光的偏振现象在物理学方面可测量材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。力学上利用偏振光的干涉现象检测材料应力分布，进一步应用于建筑工程学方面就可以检测桥梁和水坝的安全度。 实验原理 为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。 1．产生偏振光的元件
在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。 将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s 分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s 分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时 2 0π γ= +i ，γsin sin 201n i n =， 1 2 0000sin cos sin n n sin i i i tgi === γ，若n 1=1（为空气的折射率），则 02tgi n = （1）
偏振光实验
偏振光实验 一、实验目的 1、通过产生和观察光的偏振状态,掌握产生与检验偏振光的原理和方法； 2、验证布儒斯特定律，了解产生与检验偏振光的元件及仪器。 二、实验原理 光是一种电磁波，而电磁波是横波，，它有电矢量E和磁矢量H，习惯上我们总是用电矢量E来代表光波。光波中的电矢量与波的传播方向垂直，光的偏振现象清楚得显示了光的横波性。 光大体上有五种偏振状态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。其中线偏振光和圆偏振光由可看作椭圆偏振光的特例。 椭圆偏振光可视为两个沿同一方向传播的振动方向相互垂直的线偏振光（如图1所示，一个为电矢量，一个为）的合成： （1） 式中A表示振幅，为二光波的圆频率，表示时间，为波矢的数值，是两波的相对相位差。合成矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。椭圆的形 状、取向和旋转方向，由，和决定。当和时，椭圆偏振 光变为圆偏振光；当，或者（或）=0时，椭圆偏振光变为线偏振光（图2）。
本实验着重观察的是光的各种偏振态的改变。 1、光的偏振态 凡是电振动只限于某一确定方向和该方向的负方向的光称为线偏振光（亦称平面偏振光）。在垂直于光传播方向的任一确定平面内，光波电矢量端点随时间作椭圆运动的光称作椭圆偏振光；作圆运动的称作圆偏振光。以上三种统称完全偏振光，若在垂直于光传播方向的平面（简称迎光平面）内，电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，且各方向的取向几率相同，彼此之间没有固定的位相关系，则称为自然光。自然光和线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光三者的任一个组合起来，就成为部分偏振光。 2、线偏振光的获得 （1）反射起偏及透射起偏一束单色自然光从不同角度入射到介质表面，其反射光和折射光一般是部分偏振光。当以特定角度即布儒斯特（Brewster）角入射时，不管入射光的偏振状态如何，反射光将成为线偏振光，其电矢量垂直于入
偏振光检测及其研究论文
分类号密级 U D C 编号 本科毕业论文(设计) 题目偏振光检测及其研究 系别继续教育学院 专业名称光机电一体化工程 年级 2007级 姓名喻磊 学号 017607203658 指导教师姓名刘祥彪 二0一0年十一月
摘要 电磁波理论，光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直。光矢量在垂直于波线的平面作二维振动，光矢量的振动方式，叫做光波的偏振态。光矢量在一条直线上作简谐振动，叫线偏振光。如果光矢量的矢头的轨迹是椭圆（或圆），这种光叫椭圆偏振光。其次熟悉偏振光的物理特性及偏振光在各向异向性介质中有很多特殊的性质，比如常见的包括：双折射，眩光效应，场致双折射效应等。通过用数学表达式和矩阵对偏振光进行了详细的理论描述。在此基础上设计了几种产生完全偏振光（线偏振光.椭圆偏振光.圆偏振光）的方案，说明了设计原理并行方案选择。最简单的分析工具就是偏振片，通过两个偏振片，一个用来起偏，一个用来检偏和一个测量偏振面旋转方向和方向的功率计。提出了测定偏振态的一些方法，重点是用琼斯矢量表示的偏振态的参数测定方法，偏振光和椭圆偏振光的测量。 最后利用偏振光实验装置，完成了偏振光的综合实验。根据方案设计实验光路，在实验中得到了波形和数据，验证了设计方法的正确性。 关键词：偏振片；波片，位相位移；双折射；波晶片
Abstract The electromagnetic wave theories, only secondary wave, the dissemination direction perpendicularity of its vibration direction and lights.The light vector makes the two vibration in the flat surface of a line at the perpendicularity, the vibration method of the wide vector, be called the light wave to be partial to flap the 态.The light vector cares a straight line up make JIAN3 XIE2 vibration, call line be partial to flap the light.If the track of the head of the light vector is oval( or circle), this kind of light call oval be partial to flap the light.Acquaint with to be partial to the physics characteristic of flap the light and be partial to flap the light the next in order to have a lot of special property 〉s to include for example and familiarly in eachly to difference toward sex lie quality:The double refract, the dizzled light effect, field with the result that the double refracts effect etc..Pass to use mathematics expression type and matrix to flap the light to carry on the detailed theories description towards being partial to.Designed several creations to be partial to flap the light completely on this foundation( the line is partial to flap the light.Oval be partial to flap the light.The circle be partial to flap the light) of project, explained that the design principle proceeds together the project choice.The most in brief analytical tool is to be partial to flap the slice, pass two be partial to flap the slice,1 uses to come to rise to be partial to, a power that uses to check to be partial to is partial to flap to face to revolve the direction and direction with a diagraph account.Putting forward the measurement is partial to some methods of flap , point is mean with the vector of be partial to and flap he parameter measurement method, be partial to flap the light and oval be partial to the diagraph of flap the light. The end makes use of to be partial to flap the light experiment device, completing to be partial to comprehensive experiment of flap the light.Experiment the light road according to the project design, got a form and datas in the experiment, verify the design accuracy of method. Keywords:polarizer；compensator；Phase displacement；double booklet； Wave chip
偏振光的获得和检测
§17-10偏振光的获得和检测 一、偏振光的获得 1. 布儒斯特定律 如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0 满足 , (17-69) 这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。 当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有 . (17-70) 将这个关系代入式(17-69)，得 , 即 , 这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40 所示。如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律， 可以求得起偏角为56.3?，此时的折射角为33.7?。 当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为 线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。
2. 晶体的双折射现象 在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。 图 17-41 在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是 发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络 面和椭球面的包络面。于是折射光将分成两束，如图13-42(a)所示。由球面的包络面形成的折射光，称为寻 常光，用o 表示；由椭球面的包络面形成的折射光，称为非常光，用e 表示。寻常光o 是遵从折射定律的， 而非常光e 不遵从折射定律。如果晶体表面的法线恰好与光轴重合, 使垂直入射的自然光正好沿着光轴方 向，这时两种波面的包络面相重合，o 光和e 光相重合，即不发生双折射现象，如图13-42(b)所示。 (a) (b) 图 13-42 实验表明，当自然光射入双折射晶体时，两束折射光o 和e 都是线偏振光，并且它们的振动面通常接近于互相垂直。所以，如果能将寻常光与非常光分开，那么就可以利用双折射晶体由自然光获得线偏振光。通常采用的一种方法是使寻常光或非常光经过全反射而偏转到一侧，另一束光则无偏转地由晶体出射。尼科耳棱镜就是利用这个道理获得线偏振光的。 图17-43表示了一个尼科耳棱镜的示意图。它是由两块方解石(双折射晶体)直角棱镜(图中abd 和acd )用加拿大胶粘合而成的。光轴qq ￠与端面成48?角。当自然光沿平行于棱ac 的方向入射到端面ab 后, 折射成两束，即寻常光o 和非常光e 。寻常光o 的振动面与截面abcd 垂直，而非常光e 的振动面与截面abcd 平行。对于寻常光o ，方解石的折射率为1.658，加拿大胶的折射率为1.550，因此在方解石与加拿大胶的界面上发生全反射(入射角为76°，全反射的临界角为69?)。对于非常光e ，在此入射方向上方解石的折射率为1.516，加拿大胶的折射率仍为1.550，不会发生全反射，而进入第二个直角棱镜，并从端面cd 出射。这样就得到了线偏振光，光矢量的振动方向如图17-43(b)箭头所示。
偏振光的研究实验报告
偏振光的研究实验报告 篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告 偏振光的观测与研究 光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。 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。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图
【实验原理】 1．偏振光的基本概念 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原 － 子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。