用MATLAB表述线偏振光 椭圆偏振光 圆偏振光

用MATLAB表述线偏振光 椭圆偏振光  圆偏振光
用MATLAB表述线偏振光 椭圆偏振光  圆偏振光

用MATLAB表述线偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光

陈宝锋 2011059010002

%线偏振和圆偏振的表述

A1=2

A2=2

t=0:0.0008:0.2;

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t); %??????1a ?à??2??a0

figure

subplot(121)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(122)

plot(Ex,Ey)

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t+pi);%??????1a ?à??2??api

figure

subplot(121)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(122)

plot(Ex,Ey)

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t+pi/2);%?2????1a ?à??2??a+pi/2 óòDy

figure

subplot(211)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(212)

plot(Ex,Ey)

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t-pi/2);%?2????1a ?à??2??a-pi/2 ×óDy

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subplot(211)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(212)

plot(Ex,Ey)

%椭圆偏振的表述

A1=1

A2=2

t=0:0.0008:0.2;

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t+pi/4);%í??2????1a ?à??2??api/4

figure

subplot(121)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(122)

plot(Ex,Ey)

t=0:0.0008:0.2;

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t+pi/2);%í??2????1a ?à??2??api/2 figure

subplot(121)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(122)

plot(Ex,Ey)

Ex=A1*cos(200*t);

Ey=A2*cos(200*t+3*pi/4);%í??2????1a ?à??2??a3*pi/4 figure

subplot(121)

plot3(Ex,Ey,t)

subplot(122)

plot(Ex,Ey)

椭圆偏振侧厚仪实验原理

实验原理 使一束自然光经起偏器变成线偏振光。再经1/4波片,使它变成 椭圆偏振光入射在待测的膜面上。反射时,光的偏振状态将发生变化。 通过检测这种变化,便可以推算出待测膜面的某些光学参数。 1、椭偏方程与薄膜折射率和厚度的测量 如右图所示为一光学均匀和Array各向同性的单层介质膜。它有两 个平行的界面。通常,上部是折 射率为n1的空气(或真空)。中间 是一层厚度为 d折射率为n2的介 质薄膜,均匀地附在折射率为n3 的衬底上。当一束光射到膜面上时,在界面1和界面2上形成多次反 射和折射,并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉。其干涉结果 反映了膜的光学特性。 设φ1表示光的入射角,φ2和φ3分别为在界面1和2上的折射角。 根据折射定律有 n1sinφ1= n2sinφ2= n3sinφ 3 (1 ) 光波的电矢量可以分解成在入射面内振动的p分量和垂直于入射 面振动的s分量。若用Eip和Eis分别代表入射光的p和s分量,用 Erp及Ers分别代表各束反射光K0, K1,K2,…中电矢量的p分量之和及

s分量之和,则膜对两个分量的总反射系数Rp 和Rs定义为 Rp=Erp/Eip 和Rs=Ers/Eis (2) 经计算可得 Erp=(r1p+r2p e-i2δ) (1+ r1p r2p e-i2δ)Eip和 Ers=(r1s+r2s e-i2δ)/(1+ r1s r2s e-i2δ)Eis (3) 式中r1p或r1s和r2p或r2s分别为p或s分量在界面1和界面2上一 次反射的反射系数。2δ为任意相邻两束反射光之间的位相差。 根据电磁场的麦克斯韦方程和边界条件可以证明 r1p=tan(φ1-φ2)/ tan(φ1+φ2), r1s= -sin(φ1-φ2)/sin(φ1+ φ2) r2p=tan(φ2-φ3)/ tan(φ2+φ3) ,r2s= -sin(φ2-φ3)/sin(φ2+ φ3)(4) 式(4)即有名的菲涅尔反射系数公式。由相邻两反射光束间的程 差,不难算出 2δ=4πd/λn2cosφ2=4πd/λ(n22-n12sin2φ1)1/2 (5) 式中λ为真空中的波长,d和n2为介质膜的厚度和折射率,各φ 角的意义同前。 在椭圆偏振法测量中,为了简便,通常引入另外两个物理量ψ和 Δ来描述反射光偏振态的变化。它们与总反射系数的关系定义如下:

清华大学偏振光学实验完整实验报告

偏振光学实验完整实验报告 工物53 李哲 2015011783 16号 1.实验目的: (1)理解偏振光的基本概念,在概念以及原理上了解线偏振光,圆偏振光以及椭圆偏振光,并了解偏振光的起偏与检偏方法。以及线偏振光具有的一些性质。 (2)学习偏振片与玻片的工作原理。 2.实验原理: (1)光波偏振态的描述: · 单色偏振光可以分解成两个偏振方向垂直的线偏振光的叠加: t a E X ωcos 1=与()δω+=t a E Y cos 1(其中δ是两个偏振方向分量的相位延迟,21,a a 为两个光的振幅),由其中的δ,,21a a 就可以确定这个线偏振光的性质。 πδ=或0=δ就为线偏振光,2 ,21π δ==a a 为圆偏振光(就是光矢量的顶点绕 其中点做圆周运动,依然是偏振光),而一般情况下是椭圆偏振光。 · 上述式子通常描述的是椭圆偏振光,而本实验通过测量椭圆的长轴方位角ψ以及椭圆的短半轴与长半轴的比值对于椭圆偏振光进行描述。其计算式是: ()δβcos 2tan arctan 2 1 ?=ψ () 12sin sin 112222-?-+=βδa b 而对于实验中的椭圆偏振光而言,其光强在短轴对应的方向最小,在长轴的对应方向最大,所以可以通过使这个椭圆偏振光通过一个偏振片,并调整偏振片的透射轴方位,测量其最大最小值,就可以知道其长轴短轴的比值。又由于光强与振幅的平方成正比,所以测得的光强的比值是长轴短轴之比的平方。 (2)偏振片: · 理想偏振片:只有电矢量振动方向与透射轴平行方向的光波分量才能通过偏振片。 · 实验中的偏振片不是理想化的,并不能达到上述的效果,当入射光波的振动方向与透射轴平行时,其透射率不能达到1,当垂直于透射轴时,其透射率不是0。所以对于偏振片有主透射率以及消光比两个量进行描述。 · 主透射率21T T ,指沿透射轴或消光轴方向振动光的光强透射率。两者的比值

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

偏振光原理及用途

【产品说明】: 偏振镜的作用是消除有害的反射光,比如从水面或玻璃等光泽表面反射的光线,提高影像的清晰度和表现力,增加色彩饱和度,比如它能使蓝天、绿叶、山脊和建筑物等的色彩更加鲜艳。最主要的一点是,用偏振镜所创造的效果是不能用PS再现的,而其他滤镜,如减光镜、灰度镜、柔焦镜、雾化镜、以及各种有色滤镜等的效果通过后期的电脑处理基本都可以实现。虽然偏振镜只是作为可选的滤镜,但对喜欢风光摄影或者对摄影创作感兴趣的朋友还是不可或缺的。 偏振镜中最常见的是一般外装型线偏振镜(PL)与圆偏振镜(CPL)。偏振镜一般由两部份组成,后部带有螺纹与摄像机相连,前端有滤镜部份可以旋转,通过改变旋转的角度来减少偏振光的通过。其工作原理可简单理解为:被摄物反射光中的自然光与偏振光在进入镜头前,在PL的作用下,有害偏振光被“滤除”,自然光部份通过并被“改造”为偏振光,进入镜头的光线实际为偏振光;反射光在CPL的作用下,偏振光被“滤除”,自然光部份通过并被改变为偏振光,然后偏振光再“圆周旋转”一下,“摇身一变”又成为自然光,进入镜头的光线实际为自然光。所以,CPL要比PL更复杂一些,这也是二者价格差异较大的主要原因。 偏振镜具体调节方法如下:把偏振镜直接安装在摄影机镜头前端,一边徐徐旋转偏振镜,一边通过液晶显示屏或取景器观察被摄景物中的偏振光源,直至其消失或减弱到预期效果时为止;也可将偏振镜先直接放在眼前,边取景边旋转偏振镜,直至偏振光消失或减弱到预期大小为止。然后在偏振镜方位保持不变(即偏振镜边缘上的标志所指示的方向保持不变)的前提下,将偏振镜平移,套在摄影镜头前端。此后摄像机不可随意改变拍摄方位,否则必须重新调整偏振镜的偏振方向。 偏振镜原理、用途全面剖析 偏振镜原理用途全面剖析 随着一些专业数码相机的普及,大家越来越关注滤镜的使用,最简单的就属UV镜了,它的作用是滤除紫外线(但现在大家都用它来保护镜头了)。而偏振镜,很多新手却不敢涉及,总是感觉它太玄、难用。其实,偏振镜原理不复杂,使用也很简单,是最有用的滤镜之一,下面就让我对偏振镜做一个比较全面的介绍。 一、原理 在高中我们学过,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。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。 横波有一个特性,就是它的振动是有极性的。在与传播方向垂直的平面上,它可以向任一方向振动。我们一般把光波电场振动方向作为光振动方向。如果一束光线都在同一方向上振动,我们就称它们是偏振光,或严格一点,称为完全偏振光。一般的自然光在各个方向振动是均匀分

部分偏振光的表示方法

部分偏振光的表示方法 王晓,石顺祥,马琳 (西安电子科技大学技术物理学院,陕西西安710071) 摘要随着光纤通信和光纤传感的快速发展,人们对光的偏振态提出了越来越高的要求。光是一种横波,其偏振态大致分为:完全偏振光、部分偏振光和自然光。文中介绍了完全偏振光的几种表示方法,给出了几种部分偏振光的描述方法。并阐述了它们之间的差异与联系。关键词偏振态;完全偏振光;部分偏振光 中图分类号TP212·14文献标识码A文章编号1007-7820(2009)06-078-03 SeveralRepresentations of State ofPolarization ofLight WangXiao, Shi Shunxiang, Ma Lin (School ofTechnicalPhysics, XidianUniversity, Xi an 710071, China) Abstract Alongwith the rapid developmentof fiber optic communications and optical fiber sensing, thedemands on the polarization state of light are higher and higher·Light is a transversewave, whose polarization state is classified into the following kinds: complete polarized light, partially polarized light and natural light This article introduces several expressive ways of complete polarized light and partially polarized light, and elaborates the differences and relations between them· Keywords state ofpolarization; complete polarized light; partially polarized light 随着科学技术的发展,光纤通信和光纤传感越来越受到人们的关注。近几年来,用于传感器的特殊光纤发展尤为迅速。比如,用光纤制成的角速度传感器———光纤陀螺,主要用于飞机、船舶、坦克等的导航,利用法拉第效应制成的光纤磁传感器和偏振型光纤电压、电流传感器等[1]。这些特殊用途的光纤都对光的偏振提出了很高的要求。 光的偏振态可以分为3类:完全偏振光(包括线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光)、非偏振光和部分偏振光。非偏振光也叫自然光。对于完全偏振光的描述是比较常见的,但是对于部分偏振光的数学描述却很少。文中介绍了完全偏振光的表示方法,并给出了几种部分偏振光的描述方法。 1完全偏振光的描述 光学中的偏振态,是用其电场矢量端点的轨迹来描述的。两个振动方向互相垂直,沿同一方 向传播的线偏振光的合成可以得到线偏振光、圆偏振光或椭圆偏振光。线偏振光和圆偏振光可以看作是椭圆偏振光的特例。 1·1电矢分量方法 1·1·1用振幅比和位相差表示 沿z方向传播的平面单色波,光矢量E在xy平面上, x分量和y分量的轨迹方程为 Ex=Axcos(ωt+δs) Ey=Aycos(ωt+δy)(1) 其中Ax、Ay为振幅,δx、δy为初相位。设振幅比角为α,位相差为δ,即 tanα=Ay/Axδ=δy-δx(-π≤δ≤π) (2) 得到光矢量末端的轨迹方程为 式(3)为一椭圆方程,如图1所示。根据位相差δ,可以确定所描述的光的偏振态。当δ=0或

椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率 (2)

椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率 5- 姓名:陈正 学号:PB05210465 系别:6系 实验目的: 本实验的目的有以下两个: 1.了解椭偏仪测量薄膜参数的原理. 2.初步掌握反射型椭偏仪的使用方法. 实验原理: 椭圆偏振光经薄膜系统反射后,偏振状态的变化量与薄膜的厚度和折射率有 关,因此只要测量出偏振状态的变化量,就能利用计算机程序多次逼近定出膜厚 和折射率。参数?描述椭圆偏振光的P 波和S 波间的相位差经薄膜系统关系后发 生的变化,ψ描述椭圆偏振光相对振幅的衰减。有超越方程: tan pr pi sr si E E E E ψ????= ? ????? ()()pr sr pi si ββββ?=--- 为简化方程,将线偏光通过方位角±45?的14 波片后,就以等幅椭圆偏振光出射,pi si E E =;改变起偏器方位角?就能使反射光以线偏振光出射, ()0pr sr ββπ??=-=或,公式化简为: tan pr sr E E ψ= ()pi si ββ?=-- 实验仪器:

分光计、He-Ne 激光器及电源 、起偏器 、检偏器 、14 波片,待测样品、黑 色反光镜、放大镜等; 实验内容: 1. 按调分光计的方法调整好主机. 2. 水平度盘的调整. 3. 光路调整. 4. 检偏器读数头位置的调整和固定. 5. 起偏器读数头位置的调整与固定. 6. 4/1波片零位的调整. 7. 将样品放在载物台中央,旋转载物台使达到预定的入射角70゜即望远镜转过 40゜,并使反射光在白屏上形成一亮点. 8. 为了尽量减小系统误差,采用四点测量. 9. 将相关数据输入“椭偏仪数据处理程序”,经过范围确定后,可以利用逐次逼 近法,求出与之对应的d 和n ;由于仪器本身的精度的限制,可将d 的误差 控制在1埃左右,n 的误差控制在0.01左右. 数据处理: 原始数据列表: 由分析知A,P 应满足以下条件: ???????==?=+?=+423 14321180180A A A A A A A A ????????=+?=+?=-?=-270270909042 314321P P P P P P P P 所以测量数据基本满足以上的条件。 将表格中数据输入“椭偏仪数据处理程序”,利用逐次逼近法,

3光的偏振参考答案

《大学物理(下)》作业 No.3 光的偏振 (机械) 一 选择题 1.一束光强为I 0的自然光,相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后,出射光的光强为I= I 0/8,已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直,若以入射光线为轴,旋转P 2,要使出射光的光强为零,P 2最少要转 过的角度是 (A )30° (B )45° (C )60° (D )90° [ B ] [参考解] 设P 1与 P 2的偏振化方向的夹角为α ,则8 2s i n 8 s i n c o s 2 02 02 2 0I I I I = = = ααα , 所以4/πα=,若I=0 ,则需0=α或πα= 。可得。 2.一束光是自然光和线偏振光的混合光,让它垂直通过一偏振片,若以此入射光束为轴旋转偏振片,测得透射光强度最大值是最小值的5倍,那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为 (A )1/2 (B )1/5 (C )1/3 (D )2/3 [ A ] [参考解] 设自然光与线偏振光的光强分别为I 1与 I 2 ,则 1212 152 1I I I ? =+ ,可得。 3.某种透明媒质对于空气的全反射临界角等于45°,光从空气射向此媒质的布儒斯特角是 (A )35.3° (B )40.9° (C )45° (D )54.7° [ D ] [参考解] 由n 145s i n = ,得介质折射率2= n ;由布儒斯特定律,21 t a n 0== n i ,可得。 4.自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时,反射光为完全偏振光,则知折射光为 (A )完全偏振光且折射角是30° (B )部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时,折射角是30° (C )部分偏振光,但须知两种介质的折射率才能确定折射角 (D )部分偏振光且折射角是30° [ D ] [参考解] 由布儒斯特定律可知。

椭圆偏振法

得分教师签 批改日期 名 深 圳 大 学 实 验 报 告 课程名称:近代物理实验 实验名称:椭圆偏振法测量薄膜厚 度及折射率 学院:物理科学与技术学院 组号指导教师: 报告人:学号:

实验地点实验时间: 实验报告提交时间: 1、 实验目的 1、利用椭偏仪测量硅衬底薄膜的折射率和厚度;提高物理推理与判别处理能力。 2、用自动椭偏仪再测量,进行比对;分析不同实验仪器两种方式的测量。提高误差分析与分配能力。 二、实验原理 椭偏法测量的基本思路是,起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后成为特殊的椭圆偏振光,把它投射到待测样品表面时,只要起偏器取适当的透光方向,被待测样品表面反射出来的将是线偏振光。根据偏振光在反射前后的偏 振状态变化(包括振幅和相位的变化),便可以确定样品表面的许多光

学特性。 设待测样品是均匀涂镀在衬底上的透明同性膜层。如图3.5.1所示, n1,n2和n3分别为环境介质、薄膜和衬底的折射率,d是薄膜的厚度,入射光束在膜层上的入射角为φ1,在薄膜及衬底中的折射角分别为φ2和φ3。按照折射定律有 (3.5.1) 光的电矢量分解为两个分量,即在入射面内的P分量及垂直于入射面的S 分量。根据折射定律及菲涅尔反射公式,可求得P分量和S分量在第一界面上的复振幅反射率分别为 而在第二个界面处则有 从图3.5.1可以看出,入射光在两个界面上会有很多次的反射和折射,总反射光束将是许多反射光束干涉的结果,利用多光束干涉的理论,得p分量和s分量的总反射系数 其中 是相邻反射光束之间的相位差,而λ为光在真空中的波长。 光束在反射前后的偏振状态的变化可以用总反射系数比(Rp/Rs)来表征。在椭偏法中,用椭偏参量ψ和Δ来描述反射系数比,其定义为 分析上述格式可知,在 λ,φ1,n1,n3确定的条件下,ψ和Δ只是薄膜厚度d和折射率n2的函数,只要测量出ψ和Δ,原则上应能解出d和n2。然而,从上述格式却无法解析出d=(ψ,Δ)和n2=(ψ,Δ)的具体形式。因此,只能先按以上各式用电子计算机算出在λ,φ1,n1

偏振光简述

偏振光简述 一、引言 偏振光(polarized light),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。 二、定义 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振,它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志,只有横波才有偏振现象。光波是电磁波,因此,光波的传播方向就是电磁波的传播方向。光波中的电振动矢量E和磁振动矢量H都与传播速度v垂直,因此光波是横波,它具有偏振性。具有偏振性的光则称为偏振光。 三、检测 光的偏振现象可以借助于实验装置进行检测,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 偏振光原理 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,同时过滤掉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”。 四、分类 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,偏振光又可分为平面偏振光(线偏振光)、圆偏振光和椭圆偏振光、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内,则这种偏振光称为平面偏振光,因为振动的方向在传播过程中为一直线,故又称线偏振光。如果光波 电矢量随时间作有规则地改变,即电矢量末端轨迹在垂直于传播

线偏振光原理

线偏振光 光振动(在垂直于光波前进方向的平面内)限于某一固定方向的偏振光,又称这种光为线偏平面偏振光。极大多数光源都不发射线偏振光而发射自然光,需要经过下列措施才能获得线偏振光。 在透明媒质界面上的折射和反射让自然光以偏化角入射在二种不同透明媒质的界面时,可得完全偏振的反射光与部分偏振的透射光。以空气与玻璃为例,根据菲涅耳公式(见光在分界面上的折射和反射),此偏化角(布儒斯特角)为 i =arctg n。如n=1.5,i P=57°。最简单产生与检查偏振光的偏振镜是用安置P 如图1的两块玻璃。最好用黑色玻璃,或用一般玻璃,反面磨毛涂黑,以吸收透射光及阻挡从玻璃后面射来的光。自然光先以i P角射向下面一块玻璃,产生偏振垂直入射面的反射光射向第二块玻璃。当上面的玻璃的入射面和下面的平行时,则可从上面玻璃见到反射光。但如上下玻璃的入射面互相垂直,由于垂直第一块入射面的偏振成为平行第二块入射面的偏振,不能被反射,观察者虽随第二块转90°角,亦看不到反射光,得黑视场。这里下面一块称起偏镜,上面一块称检偏镜。只要能产生偏振光的一对器件,都可以达到起偏与检偏作用。这偏光镜虽简单,但入射光与出射光不在一条直线上,使用不便。如利用一堆玻璃片,作如图2的布置使入射角也是i P。由于经多片玻璃反射,透射光接近偏振光,而且与入射光在同一个方向上,很方便。所用的玻璃堆片每片的质量要好,表面平,光洁度好,以减少杂散光。 通过双折射晶体有很多自然界的晶体,如方解石(又名冰洲石),石英(又名水晶)等等,当自然光入射后,分解为二束偏振光,故名双折射晶体。以方解石为例。方解石晶体外形如图3a。通过三个钝角汇合的顶角并和三面成等角的方向称光轴。光沿光轴方向传播,不产生双折射。沿其他方向,都产生双折射。以包含光轴并与棱体自然裂开面垂直的一个截面为例,如图3b。这截面称

光的偏振习题详解

习题九 、选择题 1.自然光从空气连续射入介 质 1 和介质2(折射率分别为n1和n2)时,得到的反射光 a 和 b 都是完全偏振光。已介质1 和介质 2 的折射率之比为1 3 ,则 光的入射角 i 0 为[ ] (A)30 ;(B)60 ;(C)45 ;(D)75 。答案:A 解:由题意知,光在两种介质介面上的入射角都等于布儒斯特角, 所以有 tani0n1, tan i tanr n2 ,r i0 90 1n1 所以tanr tan(90i0)n2 3 n1 由此得90i0 60 ,i030 2.一束光强为 I 0的自然光,相继通过三个偏振片P1、P2、P3后出射光强为 I0 /8 。已知 P1和 P3 的偏振化方向相互垂直。若以入射光线为轴旋转P2,要使出射光强为零,则 P2至少应转过的角度是[ ] (A)30°;(B)45°;(C)60°;(D)90°。答案:B 解:设开始时 P2 与另两者之一的夹角为 ?,则根据马吕斯定律,出射光强为 I I0 cos2cos2(90 ) I0 cos2sin2 22 2 即sin22 1 , 45 说明当 P2 转过45°角度后即与另两者之一平行,从而出射光强为零。I0 8 3.一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图),入射角2 的反射光[ ] (A)光强为零; (B)是完全偏振光,且光矢量的振动方向垂直于入射面; (C)是完全偏振光,且光矢量的振动方向平行于入射面;(D)是部分偏振光。 答案:B 解:根据起偏时的特性和布儒斯特定律可证明,当光由介质i 0 等于布儒斯特角,则在界面 A 入射于介质 B 时入射角为 起偏振角,则其由介质 B 入射于介质 A 的角度也是起偏角。证明如下:

椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率

实验15椭圆偏振仪测量薄膜厚度和折射率 在近代科学技术的许多部门中对各种薄膜的研究和应用日益广泛.因此,更加精确和迅速地测定一给定薄膜的光学参数已变得更加迫切和重要.在实际工作中虽然可以利用各种传统的方法测定光学参数(如布儒斯特角法测介质膜的折射率、干涉法测膜厚等),但椭圆偏振法(简称椭偏法)具有独特的优点,是一种较灵敏(可探测生长中的薄膜小于0.1nm的厚度变化)、精度较高(比一般的干涉法高一至二个数量级)、并且是非破坏性测量.是一种先进的测量薄膜纳米级厚度的方法.它能同时测定膜的厚度和折射率(以及吸收系数).因而,目前椭圆偏振法测量已在光学、半导体、生物、医学等诸方面得到较为广泛的应用.这个方法的原理几十年前就已被提出,但由于计算过程太复杂,一般很难直接从测量值求得方程的解析解.直到广泛应用计算机以后,才使该方法具有了新的活力.目前,该方法的应用仍处在不断的发展中. 实验目的 (1)了解椭圆偏振法测量薄膜参数的基本原理; (2)初步掌握椭圆偏振仪的使用方法,并对薄膜厚度和折射率进行测 量. 实验原理 椭偏法测量的基本思路是,起偏器产生的线偏振光经取向一定的1/4波片后成为特殊的椭圆偏振光,把它投射到待测样品表面时,只要起偏器取适当的透光方向,被待测样品表面反射出来的将是线偏振光.根据偏振光在反射前后的偏振状态变化,包括振幅和相位的变化,便可以确定样品表面的许多光学特性.1椭偏方程与薄膜折射率和厚度的测量 图15.1 图15.1所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜.它有两个平行的界面,通常,上部是折射率为n1的空气(或真空).中间是一层厚度为d折射率为n2的介质薄膜,下层是折射率为n3的衬底,介质薄膜均匀地附在衬底上,当一束光射到膜面上时,在界面1和界面2上形成多次反射和折射,并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉.其干涉结果反映了膜的光学特性. 设φ1表示光的入射角,φ2和φ3分别为在界面1和2上的折射角.根据折射定律有 n1sinφ1=n2sinφ2=n3sinφ3(15.1)

偏振光与双折射

第12节 偏振片 马吕斯定律 一、 偏 偏振化方向(起偏方向) 1、 起偏、起偏器 2、 检偏、检偏器 A B 线偏振光通过偏振片,旋转偏振片,透射光强明暗交替变化 自然光通过偏振片变为线偏振光,旋转偏振片,透射光强不变 示教 二、 马吕斯定律 线偏振光通过一个偏振片后, 透射光强I 与入射光强0I 之间满足 α20cos I I = 马吕斯定律 0I I α:入射线偏振光振动方向与偏振片偏振化方向的夹角 证:设入射线偏振光的振幅0A αcos 0//A A =,αsin 0A A =⊥ α2 20 2 //0cos ==A A I I ,α20cos I I = 注意:只对入射线偏振光成立 若入射光是自然光,021 I I = 讨论:0=α,0I I = 2/πα=,0=I 入射光是线偏振光,旋转偏振片,透射光明暗交替变化 入射光是自然光,旋转偏振片,透射光强不变 入射光是部分偏振光,旋转偏振片,透射光强弱交替变化 例:让一束自然光通过两个 偏振化方向相互垂直的 偏振片,透射光强=? 如果在两个偏振片之间 加上另一个偏振片,其 偏振化方向与第一个偏 振偏振化方向夹角为α, 透射光强αα220sin cos 21 I I = 如果每个偏振片吸收%10的平行于偏振化方向的光振动能量 透射光强%90sin %90cos %9021 220?????=ααI I

第13节 反射和折射光的偏振 入射面:∏(入射线,法线) 反射定律i i =' 折射定律γsin sin 21n i n = M ' 反射光和折射光都是部分偏振光 反射光中,⊥振动多于//振动 折射光中,//振动多于⊥振动 1 20n n arctg i i ==时 反射光为完全偏振光,只包含⊥0i :布儒斯特角(起偏角) 1 20n n tgi = :布儒斯特定律 注意:(1)0i i =时,只反射部分⊥振动,不反射//振动 折射光中包含其余的⊥振动和全部的//振动 折射光仍是部分偏振光 (2)0i i =时,反射光线⊥折射光线 证明:γsin sin 201n i n =,120n n tgi ==0 0cos sin i i ,0201cos sin i n i n = γs i n 2n =02cos i n ,γsin =0cos i =)sin(0i -π,2 0π γ=+i (3)自然光以布儒斯特角 照射玻璃片堆,可使 折射光成为完全偏振光 折射光中只剩下//振动 例:一束自然光以布儒斯特角从空气照射 玻璃片,界面2上的反射光是 (A )自然光 (B )完全偏振光,光矢量振动方向⊥ (C )完全偏振光,光矢量振动方向// (D )部分偏振光 解:对界面1,0i 是布儒斯特角,对界面2,γ是布儒斯特角 120n n t g i =,20πγ=+i ,210n n c t g i tg ==γ 例:

光的偏振计算题及答案

《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45和90角. (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后的光强和偏振状态. (2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何 解:(1) 自然光通过第一偏振片后,其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后,I 2=I 1cos 245=I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后,I 3=I 2cos 245=I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行. 2分 (2) 若抽去第2片,因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直,所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变. 1分 2. 两个偏振片叠在一起,在它们的偏振化方向成1=30°时,观测一束单色自然光.又在2=45°时,观测另一束单色自然光.若两次所测得的透射光强度相等,求两次入射自然光的强度之比. 解:令I 1和I 2分别为两入射光束的光强.透过起偏器后,光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律,透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意,21I I '=',于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直.一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上,已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16.求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角. 解:设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为.透过第一个偏 振片后的光强 I 1=I 0 / 2. 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2,由马吕斯定律, I 2=(I 0 /2)cos 2 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3, I 3 =I 2 cos 2(90°-) = (I 0 / 2) cos 2 sin 2 (I 0 / 8)sin 223分 由题意知 I 3=I 2 / 16 所以 sin 22 = 1 / 2, () 2/2sin 211-=θ=° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起,此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60,一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上,该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角. (1) 求透过每个偏振片后的光束强度;

偏振光试验

图2 二向色性起偏 实验名称 光的偏振现象的研究 (请携带并参阅大学物理课本) 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基教1406 实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师 一. 实验目的 1. 观察光的偏振现象,加深对光偏振基本规律的认识; 2. 了解产生和检验偏振光的基本方法; 3. 验证马吕斯定律; 4.1/2波片,1/4波片的研究; 5.利用旋光现象测定蔗糖溶液浓度. 二. 实验仪器 导轨和机座, 带布儒斯特窗的氦氖激光器, 激光器架, 偏振片、波片架, 滑动座(4个), 光传感器(光电探头),光功率测试仪,偏振片(2个),1/2波片(波长632.8nm ),1/4波片(波 长632.8nm ),透明蔗糖溶液,螺丝刀。 三. 实验原理 1. 偏振光的基本概念 光波是一种电磁波,它的电矢量 和磁矢量 相互垂直,并垂直于光的传播方向C 。通常人们用电矢量 代表光的振动方向,并将电矢量和光的传播方向C 所构成的平面称为光的振动面。在传播过程中,电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光,如图1(a)所示。振动面的取向和光波电矢 评 分 教师签字 图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光

图3 双折射起偏原理图 量的大小随时间作有规律的变化,光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时,称为椭圆偏振光或圆偏振光,人眼逆光来看,若电矢量末端按照顺时针方向旋转,则称为右旋椭圆或右旋圆偏振光,反之为左旋。通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向,没有一个方向的振动比其它方向更占优势。这种光源发射的光对外不显现偏振的性质,称为自然光,如图1(b)所示;如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定方向上占优势,则此偏振光称为部分偏振光,如图1(c)所示。将自然光变成偏振光的器件称为起偏器,用来检验偏振光的器件称为检偏器。实际上,起偏器和检偏器是互为通用的。下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。 2. 二向色性起偏、马呂斯定律、双折射起偏及波片 物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质,称为二向色性。当自然光射到偏振片上时,振动方向与透振方向垂直的光被吸收,振动方向与透振方向平行的光透过偏振片,从而获得偏振光。自然光透过偏振片后,只剩下沿透光方向的光振动,透射光成为平面偏振光(见图2所示)。 若在偏振片P 1后面再放一偏振片P 2,P 2就可以用作检验经P 1后的光是否为偏振光,即P 2起了检偏器的作用。当起偏器P 1和检偏器P 2的偏振化方向间有一夹角,则通过检偏器P 2的偏振光强度满足马呂斯定律: (1) 当θ= 时,I=I 0, 光强最大;当θ= 时, I =0,出现消光现象;当θ为其它值时,透射光强介于0~I 0之间。 (1)双折射起偏 某些单轴晶体(如方解石和石英等)具有双折射现象。当一束自然光射到这些晶体上时,在界面射入晶体内部的折射光常为传播方向不同的两束折射光线,这两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光。其中一束折射光 ,称为寻常光(或O 光);另一束折射光 ,其振动在 内,称为非常光(或e 光),如图3所示。 研究发现,这类晶体存在这样一个方向,沿该方向传播的光 ,该方向称为光轴。 主平面: 主截面: (2)反射和折射时光的偏振 自然光在两种透明媒质的界面上反射和折射时,反射光和折射光就能成为部分偏振光或平面偏振光,而且反射光中垂直入射面的振动较强,折射光中平行入射面的振动较强。实验发现,

光的偏振习题详解

习题九 一、选择题 1.自然光从空气连续射入介质1和介质2(折射率分别为1n 和2n )时,得到的反射光a 和b 都是完全偏振光。已介质1和介质2的折射率之比为31, 则光的入射角i 0为[ ] (A )30?; (B )60?; (C )45?; (D )75?。 答案:A 解:由题意知,光在两种介质介面上的入射角都等于布儒斯特角,所以有 1201tan ,tan tan 1n n i i r n '===,090r i +=? 所以 2 01 tan tan(90)n r i n =?-= =由此得 09060i ?-=?,030i =? 2.一束光强为I 0的自然光,相继通过三个偏振片P 1、P 2、P 3后出射光强为I 0 /8。已知P 1和P 3的偏振化方向相互垂直。若以入射光线为轴旋转P 2,要使出射光强为零,则P 2至少应转过的角度是 [ ] (A )30°; (B ) 45°; (C )60°; (D ) 90°。 答案:B 解:设开始时P 2与另两者之一的夹角为?,则根据马吕斯定律,出射光强为 2222000cos cos (90)cos sin 228I I I I αααα=??-=?= 即 2sin 21α=,45α=? 说明当P 2转过45°角度后即与另两者之一平行,从而出射光强为零。 3.一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图),入射角i 0等于布儒斯特角,则在界面2的反射光 [ ] (A )光强为零; (B )是完全偏振光,且光矢量的振动方向垂直于入射面; (C )是完全偏振光,且光矢量的振动方向平行于入射面; (D )是部分偏振光。 答案:B 解:根据起偏时的特性和布儒斯特定律可证明,当光由介质A 入射于介质B 时入射角为起偏振角,则其由介质B 入射于介质A 的角度也是起偏角。证明如下:

偏振光与自然光的区别

偏振光与自然光的区别 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XP-800P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XP-800P偏振片帮助我们辨别出偏振光,因此它也称为“检偏器”。 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,偏振光又可分为平面偏振光(线偏振光)、圆偏振光和椭圆偏振、部分偏振光几种。如果光波电矢量的振动方向只局限在一确定的平面内,则这种偏振光称为平面偏振光,因其电矢量的末端轨迹在传播过程中为一直线,故又称线偏振光。如果光波电矢量随时间作有规则地改变,即电矢量末端轨迹在垂直于传播方向的平面上呈圆形或椭圆形,则称为圆偏振光或椭圆偏振光。如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势,这种偏振光就称为部分偏振光。 1.自然光 振动方向随机,相对于波矢对称,叠加是按强度进行叠加。 可沿任意方向正交分解,在任一方向的强度为总强度之半。 自然光是大量原子同时发出的光波的集合。其中的每一列是有一个原子发出的,有一个偏振方向 和位相,但光波之间是没有任何关系的。所以,他们的集合,就是在各个方向振动相等、位相差随机 的自然光。

椭圆偏振光和部分偏振光的检验试验

椭圆偏振光与部分偏振光的检验 实验课题: 《大学物理学》(下)p256告诉我们关于偏振光的检验有关知识,我们了解了利用一块偏振片与四分之一波片检验出自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的方法,以下是相关实验过程与结论: 表 Ⅶ-3 偏振 光的检验 第一 步 令入射光通过偏振片Ⅰ,改变偏振片I 的透振方向P1,观察透射光强度的变化(图1) 观察到的现象 有 消光 强度无变化 强度有变化,但无消光 结论 线 偏振 自然光或圆偏振 部分偏振或椭圆偏振 第二步 a.令入射光依次通 过λ/4片和偏振片Ⅱ,改变偏振片Ⅱ的 透镜方向P2,观察透射光的强度变化 b.同a ,只是λ/4片的光轴方向必须与第一步中偏振片Ⅰ产生的强度极大或极小的透振方向重合 观察 到的现象 有消光 无消光 有消光 无消光 结论 圆偏 振 自然光 椭圆偏振 部分偏振

但是实际上,偏振光的偏振化方向与四分之一波片的光轴方向一般是不会标明的,椭圆偏振光的两主轴的位置也是不知道的,这就使椭圆偏振光与部分偏振光的检验发生了困难。以下,用旋转波片的方法使这一问题得以解决。 知识准备 1熟悉偏振光、起偏器、四分之一波片及其性质 2了解斯托克斯矢量及马吕斯定律 3学会光路图的安装及调整光路 实验原理: 一般情况下,椭圆偏振光均可以看做线偏振光经 过一任意延迟量的波片形成的,由入射光的斯托 克斯适量和四分之一波片的勒密矩阵可以求出 出射光的斯托克斯矢量并且有:任意椭圆偏振光 通过1/4波片后,只要1/4波片的快慢轴与椭圆 长轴与短轴方向一致,则出射光均可补偿为一线 性偏振光。而部分偏振光可以看做是自然光与偏振光的叠加,由斯托克斯矢量可得经过1/4波片后仍为部分偏振光。 由马吕斯定律可得其光强随检偏器的转动而变化的关系图

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