偏振态的检验
第五章光的偏振偏振态检验偏振光干涉电光效应
各向异性物质
外界作用
物质的 各向异性变化
1. 机械感应---光弹效应(Photoelasticity)
各向同性或异性材料在外力作用下可产生各向异性的变化，
例如：玻璃或塑料 通常情况下，拉伸 压缩 干涉色的分布 拉伸或压缩 成为正单轴材料； 成为负单轴材料； 受力分布 各向异性
工程应用
应力分析 ------ 光弹力学
V KE 2 K d
2
2
二次电光效应 Kerr系数
o光和e光的相对位相差: P1 P2
V 0
2
nl 2Kl
V2 d2
P2后消光 使得 d = p P2后光强极大
V 0
高速Kerr 开关， 响应频率~1010Hz
b. 泡克耳斯(Pockels) 效应（1893年）
' 由波晶片以及P2相对P1的取向决定。
①波晶片引入的位相差 y
2
( no ne ) d
P2
Ae A2e θ α A2o A1 Ao
P1
②P2相对P1的取向的位相差1 如图，若P1和P2的透振方向在相同 的象限内（设波片光轴与Y轴平 行），则A2o和A2e同向，这时不引 入附加的相位差，即 1＝0。
四、会聚的线偏振光的干涉
⒈装置： P
↓
↓
⒉结果：
三、会聚的线偏振光的干涉
⒊原理：
d (no ne) 2 cos i2 2 j (取锐角） , I A sin 2 sin . 2 (2 j 1) 2
2 2 2 1
C
P2
旋光晶体
L
线偏振光在一些物质中传播时，振动面会转 过一个角度，这种现象叫做旋光现象．这种物质 叫做旋光物质．
光的偏振实验方法
光的偏振实验方法光的偏振是光学中的重要现象，它涉及到光的传播方向和振动方向的关系。
为了研究和观察光的偏振现象，科学家们开发了许多实验方法。
本文将介绍一些常用的光的偏振实验方法。
一、马吕斯交叉法马吕斯交叉法是一种简单而直观的光的偏振实验方法。
所需装置包括一个偏振镜和一对交叉的光栅。
实验步骤：1. 将光栅放置在光路中，使光通过光栅后形成一对交叉的图案。
2. 调整偏振镜的角度，观察图案的变化。
3. 当偏振镜与光栅之间的角度达到一定条件时，图案将呈现出清晰的波纹状。
通过观察图案的变化，我们可以判断光的偏振性质以及偏振方向。
二、尼古拉斯法尼古拉斯法是一种利用偏振片的实验方法，可以用来测量光的振动方向。
实验步骤：1. 准备一对偏振片，将它们的传递轴垂直放置。
2. 将待测光线通过第一个偏振片，使其只能通过一个方向的振动。
3. 调整第二个偏振片的角度，观察透过第二个偏振片的光的强度变化。
4. 当第二个偏振片的传递轴与第一个偏振片之间的夹角为90°时，光的强度将最小。
通过调整第二个偏振片的角度，我们可以确定光的振动方向。
三、双折射和波片法双折射和波片法是一种通过使用双折射晶体和波片来产生和分析偏振光的实验方法。
实验步骤：1. 使用双折射晶体（如方解石）产生偏振光。
2. 将产生的偏振光通过波片（如四分之一波片或半波片）进行调整。
3. 观察光的传播方向和振动方向的变化，使用适当的检测器记录实验结果。
通过对偏振光的产生、调整和分析，我们可以研究光的偏振现象和性质。
总结：光的偏振实验方法有很多种，其中马吕斯交叉法、尼古拉斯法和双折射和波片法是常用的实验手段。
通过这些实验方法，科学家们能够观察和研究光的偏振现象，从而深入理解光的性质和行为。
对于光学研究和实际应用而言，光的偏振实验方法具有重要的意义。
注：本文介绍的实验方法仅为举例，实际实验操作应根据具体情况和实验要求进行调整。
研究液晶显示的偏振态变化实验
研究液晶显示的偏振态变化实验液晶是一种特殊的物质，具有介于固体和液体之间的特性。
液晶显示是一种常见的显示技术，广泛应用于电子设备中。
在液晶显示中，液晶分子的偏振态变化对于显示效果至关重要。
本文将详细解读液晶显示的偏振态变化实验。
1. 定律概述在进行液晶显示的偏振态变化实验之前，我们先了解一些相关的物理定律。
首先是浸透定律，它描述了光在介质中的传播规律。
根据浸透定律，当入射光遇到液晶分子时，光线会被分解成两个方向的振动。
接下来是马吕斯定律，它描述了光线在介质中的折射规律。
根据马吕斯定律，光线在介质中传播时会发生折射，其折射角与入射角之间满足一定的数学关系。
最后是马吕斯-詹森定律，它描述了平行光束通过两片平行偏振器组成的偏振光偏振变化规律。
根据马吕斯-詹森定律，光线在通过第一个偏振器后，只有与第一个偏振器的偏振方向平行的振动方向才能通过第二个偏振器。
2. 实验准备在进行液晶显示的偏振态变化实验之前，我们需要准备以下实验装置和材料：- 两片偏振器：偏振器可以筛选特定方向的偏振光。
将两片偏振器放置在平行位置，它们之间的角度可以调整。
- 液晶样品：选择一种合适的液晶样品，如液晶电视或液晶显示器上使用的液晶材料。
- 光源：使用一种稳定的光源，如激光光源或白炽灯。
- 极性片：极性片可以改变入射光的偏振方向。
3. 实验过程下面是进行液晶显示的偏振态变化实验的步骤：步骤1: 将两片偏振器放在平行位置，并调整它们之间的角度，使得两个偏振器的偏振方向垂直。
步骤2: 将液晶样品放置在第一个偏振器前并旋转，观察样品的偏振态变化。
步骤3: 改变第一个偏振器的偏振方向，继续观察样品的偏振态变化。
步骤4: 使用极性片改变入射光的偏振方向，再次观察样品的偏振态变化。
4. 实验应用液晶显示的偏振态变化实验在实际应用中具有广泛的意义。
以下是一些实际应用的例子：- 电子设备：液晶显示器广泛应用于电视、计算机显示器、智能手机和平板电脑等电子设备中。
光的偏振实验了解光的偏振现象
光的偏振实验了解光的偏振现象光的偏振现象是光波在传播过程中振动方向的定义。
通常，光的波动是沿着垂直于传播方向的所有方向均匀地振动。
然而，在某些情况下，光的振动方向可以被约束在一个特定的方向上，这就是光的偏振现象。
为了进一步了解光的偏振现象，我们可以进行实验来观察和研究光的偏振行为。
以下将介绍几种常见的光的偏振实验方法。
一、马吕斯法马吕斯法是最早用来研究光的偏振的实验方法之一。
该方法利用偏光镜和分析片的组合，可以将线偏振光转换成圆偏振光或者反之。
通过调节偏光镜和分析片的相对角度，我们可以观察到转换前后光的强度的变化，从而研究光的偏振现象。
二、振动起偏器法振动起偏器法是通过使用起偏器和分析器来观察光的偏振现象。
起偏器是一个偏振镜，可以限制光只能在一个特定方向上振动。
当通过起偏器的偏振光再经过分析器时，根据分析器的角度调节，我们可以观察到光的强度的变化，从而探究光的偏振特性。
三、双折射现象双折射是光线通过一些特殊的材料时产生的光的偏振现象。
常见的双折射材料包括石英晶体和冰晶石等。
通过将光线通过这些材料，我们可以观察到光线被分成两束具有不同振动方向的光线，这种现象被称为光的双折射。
通过测量这两束光线的振动方向,可以研究光的偏振现象。
四、干涉法干涉法是一种通过干涉现象来研究光的偏振特性的方法。
通过使用光路调节器和干涉仪，我们可以观察到在特定条件下，不同偏振方向的光线在干涉仪中产生干涉条纹。
通过分析和测量这些干涉条纹，可以获得有关光的偏振性质的有用信息。
通过以上的实验方法，我们可以更加深入地了解光的偏振现象。
这些实验方法不仅帮助我们理解光的振动方式，还在许多领域中有着重要的应用，如光学通信、显微镜下的观察等。
总结光的偏振现象是光学中非常重要的一个概念。
通过实验方法，我们可以对光的偏振行为有更深入的认识。
马吕斯法、振动起偏器法、双折射现象和干涉法是常用的实验方法，它们各自从不同的角度帮助我们理解光的偏振现象。
光的偏振现象如何进行测量？
光的偏振现象如何进行测量？在我们探索光的奥秘时，光的偏振现象是一个引人入胜且具有重要实际应用的领域。
那么，如何准确测量光的偏振现象呢？这可不是一个简单的问题，但别担心，让我们一步一步来揭开它的神秘面纱。
首先，我们需要明白什么是光的偏振。
简单来说，光的偏振指的是光的振动方向的特性。
普通的自然光在各个方向上的振动是均匀分布的，但偏振光则具有特定的振动方向。
测量光的偏振现象的方法有很多种，其中一种常见的方法是使用偏振片。
偏振片是一种具有特殊光学性质的材料，它只允许特定方向振动的光通过。
我们可以通过一个简单的实验来理解偏振片的作用。
准备一个光源，比如手电筒，让它发出自然光。
然后在光的传播路径上放置一个偏振片，当我们旋转偏振片时，会发现透过偏振片的光的强度会发生变化。
当偏振片的透光轴与光的振动方向平行时，光强最大；当两者垂直时，光强最小，甚至几乎为零。
利用这种特性，我们可以通过测量透过偏振片后的光强变化来确定光的偏振状态。
具体操作时，可以使用光功率计来测量光强。
另一种常用的测量方法是利用马吕斯定律。
马吕斯定律描述了透过两个偏振片的光强与两个偏振片透光轴夹角的关系。
如果已知一个偏振片的偏振方向，通过测量透过另一个可旋转偏振片后的光强，并结合马吕斯定律，就能够计算出光的偏振方向和偏振度。
还有一种较为复杂但精度较高的方法是使用偏振分光棱镜。
偏振分光棱镜可以将入射的偏振光分成两束，一束是偏振方向平行于分光面的光，另一束是偏振方向垂直于分光面的光。
通过测量这两束光的强度和比例，就可以精确地确定入射光的偏振状态。
在实际应用中，比如在光学通信、液晶显示、偏振成像等领域，对光偏振的测量精度要求往往很高。
这时，可能会使用到更先进的测量设备和技术。
比如，利用干涉法测量光的偏振。
这种方法基于光的干涉原理，通过测量偏振光在干涉仪中产生的干涉条纹的变化来确定偏振特性。
还有基于电光效应或磁光效应的测量方法，这些方法通常需要专门的电光或磁光器件，能够实现对光偏振的快速和高精度测量。
偏振态的实验检验
光强不变 （待定）
自然光 圆偏振光
2、自然光和圆偏振光的检定
¼ 用 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光
自然光
自然光
光强不变为自然光
圆偏振光
线偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
光强变化且消光 圆偏振光
3、部分偏振光和椭圆（正椭圆）偏振光的检定
部分偏振 光
部分偏振 光
椭圆偏振光
线偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
一般椭圆偏振光的检定不加讨论
两明两暗 但暗方位 与未插/4 时不同
判
圆偏 振光
自 然
自然 圆 光 + 偏 椭圆偏 自
线
自 椭圆偏
断
光
光光
然 光
+
偏 光
然+ 光 光
偏振光通过 1/4 波片后偏振态的变化
入射光
四分之一波片方位
出射光
线偏振光
线偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 椭圆偏振光
快轴与入射光振动方向平行 或垂直
线偏振光
操作
步 光强变 两明两
骤化 零
判断
线偏振 光
把检偏振器迎着被检验光旋转一周
不变
两明两暗
转步骤2
转步骤2
2 1
操作
在检偏器前插入/4片, 再旋转检偏器
在检偏器前插入/4片,并使光 轴对着暗方位,再旋转检偏器
步
光强 两明 不 骤 变化 两零 变
两明 两暗
两明 两零
两明两暗 且暗方位 与未插/4 波片时同
光程差可调可变
1、由于交界面为斜面，在此界面上的不同折射，会使 两个垂直振动的传播方向分开，引起光束的发散；
2、要求入射光束很细。
偏振试验的原理和应用
偏振试验的原理和应用偏振试验的原理偏振试验是一种用于研究光的偏振性质的实验方法。
光是一种电磁波，在传播过程中，电矢量振动方向的取向决定了光的偏振状态。
偏振试验的目的是通过对光的偏振状态进行测量和分析，揭示光的特性和行为。
光的偏振状态可以用振动方向、振动方式和偏振度来描述。
振动方向是指光波电场矢量振动的方向，可以是沿水平、垂直或其他方向。
振动方式则取决于电场矢量振动的特点，可以是线偏振、圆偏振或椭圆偏振。
偏振度是一个量化光偏振性质的参数，描述了光波中偏振成分的相对强度。
偏振试验利用偏振片或其他偏振元件对光进行处理和分析。
常见的偏振片包括线偏振片、圆偏振片和旋转偏振片。
线偏振片只允许特定方向的振动通过，圆偏振片则将光波分为两个分量，其中一个分量的振动方向沿着光传播方向旋转。
旋转偏振片则可以改变光的偏振状态。
偏振试验的应用偏振试验在许多科学领域和工业应用中具有广泛的应用。
光学领域•材料研究：偏振试验可用于研究材料的光学特性和结构。
通过测量材料对不同偏振状态的光的吸收、反射和透射，可以获得材料的偏振特性和光学常数。
•显微镜观察：偏振显微镜结合偏振试验的原理，可以观察和分析材料的结构、晶体和纹理。
通过调整偏振片的角度，可以增强或消除显微镜下的样品对光的吸收和散射，提供更多关于样品的信息。
•生物医学研究：偏振试验可用于研究生物组织、细胞和药物的光学性质。
通过检测光的偏振状态在生物样品中的变化，可以提供关于生物组织结构、分子构成和疾病诊断的信息。
光通信和显示技术•光纤通信：偏振试验可以用于调制、解调和分析光纤通信中的光信号。
通过控制光的偏振状态，可以增加光纤通信的信号传输容量和稳定性。
•液晶显示器：液晶显示器利用偏振光的调制原理来显示图像。
通过在液晶屏幕中引入偏振片和偏振电场，可以控制光的偏振状态，实现图像的显示和切换。
光谱分析和光学测量•光谱分析：偏振试验可用于分析光的偏振特性与其频率的关系。
通过测量不同偏振状态下的光谱特性，可以揭示样品的结构和性质。
[精华]偏振检测
![[精华]偏振检测](https://img.taocdn.com/s3/m/e2272c47ac02de80d4d8d15abe23482fb4da02d4.png)
偏振光的定性分析可以用检偏器完成，显然此检偏器的特征方向（即线偏振光的透过方向）应事先确定。
①检偏器法：检测方法如下：待分析的光束I 0垂直入射于检偏器P ，用光电探测器（或人眼）检测通过检偏器P 后的光强，如图1.1所示。
这时以入射光束I 0为轴旋转检偏器P 。
在P 旋转360°的过程中，若P 有两个位置使出射光强I=0，两个位置使光强I 为极大，则待分析的光为线偏振光，其光的震动方向平行于I 为极大时P 的特征方向。
P DI I 0图1.1 偏振态的检测（1）若P 旋转360°的过程中，输出光强I 不变化，则待检测的光束I 0可能是圆偏振光或自然光。
若输出光强I 有变化，但最小值不等于零，则I 0可能是椭圆偏振光或部分偏振光。
为此要用1/4波片来改变光束I 的相位以进一步区别：圆偏振光，椭圆偏振光以及自然光或部分偏振光。
实验装置如图1.2所示：待分析的光束I 0先经过1/4波片W ，再经过检偏器P ，这时如果转动P ，光强I 不发生变化，则光束I 0是自然光。
如果光强I 变化，且当P 在某一位置时I=0，则光束I 0是圆偏振光，原因是：圆偏振光通过1/4波片W 后将变成线偏振光。
注意：应根据待检测光束I 0的波长来选用W 的工作波长。
P DI I 0W图1.2 偏振态的检测（2）这时如果光强I 虽有变化，但不能到零，这意味着I0可能是椭圆偏振光或部分线偏振光。
这时检测步骤如下：只用P （图1.2）检测I 。
旋转P 使I 处于极小位置：I=Imin ，再加入W 并使波片W 的特征方向平行于I=Imin 时P 的特征方向，这时再旋转P ，若出现I=0的情况，则说明待分析光束I0是椭圆偏振光。
若不出现I=0的情况，则说明I 是部分偏振光。
②“半荫”法其原理是：人眼对视场明暗值的绝对灵敏度很低，即难于准确判断一视场明或暗的极大或极小；但是对于同一视场中存在的明暗差别却灵敏度甚高，即对于同一视场中各部分明暗是否一致的灵敏度很高。
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在偏振片前放1个1/4波片。 转动偏振片 光 强 不 变
有 消 光 现 象
在偏振片前放1个1/4波片，光轴 沿光强极大或极小方向。 转动偏振片 无 消 光 现 象 有 消 光 现 象
( )
自然光
圆偏振光
线偏振光
部分偏振光
椭圆偏振光
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
部分偏振光——步骤与检验椭圆偏振光相同， 最后得二次最强、二次最弱。
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
用一片已知透振方向的偏振片和一 片已知光轴方向的 /4 波片可以将前 面所讨论过的 5 种偏振态的光进行鉴 别和检验
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
5.8.1 线偏振光的检验
仅用一个检振器，可唯一确定线偏振光
有消光：平面偏振光位差的器件。 Balinet补偿器：光轴互相垂直的两块劈状石英。 两束光通过d1和d2后的相位差：
Δ 2
[d1 ( no ne ) d 2 ( ne no )]
2
(d1 d 2 )( no ne )
光通过补偿器的不同地方，可得任意相位差。
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
5.8.3 补偿器 巴俾(bi)涅补偿器： 光轴互相垂直的两块劈 状石英 两束光通过d1和d2后的相位差：
Δ 2 2
[d1 ( no ne ) d 2 ( ne no )]
(d1 d 2 )( no ne )
光通过补偿器的不同地方，可得任意相位差。
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
5.8.2 圆偏振光和椭圆偏振光的检验
部分偏振光和椭圆偏振光的检定
部分偏振光 椭圆偏振光 部分偏振光 线偏振光 光强变化无消光 部分偏振光 光强变化且消光 椭圆偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
椭圆偏振光总可以看成由两列沿椭圆主轴方向振动且相 位差为π/2线偏光的叠加
5 光的偏振
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
5.8.3 补偿器
索列尔补偿器：原理基本相同,可适用于宽光束。
无消光 （待定）
自然光 圆偏振光
部分偏振光
椭圆偏振光
旋转偏振片
（待定）
5 光的偏振
5.8 偏振态的实验检验
5.8.2 圆偏振光和椭圆偏振光的检验
自然光和圆偏振光的检定
用¼ 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光 自然光 圆偏振光 自然光 线偏振光 光强不变为自然光 光强变化且消光 圆偏振光
¼ 波片
旋转偏振片
5.8 偏振态的实验检验
分析步骤： 1. 不放波片，旋转偏 振片，确定光强最强 的方向 偏振片 最大光强 快轴 透振方向 1/4波片
2. 在偏振片前插入波片，波片 的光轴与最大光强方向一致，
3. 旋转偏振片，可观察到消光现象为 椭圆偏振光，否则为部分偏振光
待测光波垂直入射 转动偏振片
光 强 有 为 零 的 极 小 值 消 光