最新实验讲义-偏振与双折射实验-.9教学讲义ppt
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光的偏振ppt课件
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得 ＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得 ＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此 光轴
方向的直线均为光轴。
102o
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体: 有两个光轴的晶体
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •
光的衍射和偏振-PPT
例1：计算自然光从空气射到折射率为4/3的
水面时，当入射角为多大时使反射光和折射光 均为偏振光？（假设光在玻璃中的折射率相同）
析与解
例2：如何在拍摄时减弱反射光的干扰？
答案：（见课本P34）
13
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
偏振片P
自然光
线偏振光 .
.... .
自然光
检偏器明
14
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
不同色光的单缝衍射
6
单缝衍射规律 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条 纹间距大． 2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越大． 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为 彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为 紫色．
7
A S
1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出现衍 射花样
片的透射方向一致时的光波才能通过，也就是说，通 过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿 着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。
12
（1）除了从光源（如太阳、电灯等）直接发 出的光以外，通常看到的绝大多数是反射、折 射光是偏振光。
自然光射到两种介质的界面时，当反射 光与折射光之间的夹角为900，反射光与反射 光就都是偏振光，并且两偏振方向互相垂直。
自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在
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，这种光叫做自然光。
偏振片（也叫起偏器或检偏器）：由特定的材料
制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向）， 只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振
水面时，当入射角为多大时使反射光和折射光 均为偏振光？（假设光在玻璃中的折射率相同）
析与解
例2：如何在拍摄时减弱反射光的干扰？
答案：（见课本P34）
13
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
偏振片P
自然光
线偏振光 .
.... .
自然光
检偏器明
14
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
不同色光的单缝衍射
6
单缝衍射规律 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条 纹间距大． 2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮 纹越宽，条纹间隔越大． 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为 彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为 紫色．
7
A S
1、 孔较大时——屏 上出现清晰的光斑
B
2、 孔较小时——屏上出现衍 射花样
片的透射方向一致时的光波才能通过，也就是说，通 过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿 着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。
12
（1）除了从光源（如太阳、电灯等）直接发 出的光以外，通常看到的绝大多数是反射、折 射光是偏振光。
自然光射到两种介质的界面时，当反射 光与折射光之间的夹角为900，反射光与反射 光就都是偏振光，并且两偏振方向互相垂直。
自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在
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，这种光叫做自然光。
偏振片（也叫起偏器或检偏器）：由特定的材料
制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向）， 只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振
大学物理实验偏振与双折射
三、装置
旋转式光学综合放视频
四、现象演示
（1）将光源、方解石晶体、接收屏共轴放置。
（2）将光射到方解石晶体上，光进入晶体后，分解为o、e两束光并从晶体中射出来，在屏上形成两个光斑。
（3）以光的传播方向为轴旋转方解石，会发现一个光斑不动，而另一个光点会绕其旋转。不动光斑对应着寻常光，旋转光斑对应着非寻常光。
双折射现象与双折射的偏振
一、演示目的
观察光通过方解石晶体后发生的双折射现象
二、原理
当光进入各向异性介质（晶体）时，介质中出现两束折射光线的现象叫做双折射。双折射现象具有以下特点：
（1）其中一束折射光始终在入射面内，遵守折射定律，称为寻常光，简称为o光；另一束折射光一般不在入射面内，不遵守折射定律，寻非常光，简称为e光。
（4）用偏振片可检验两束光的偏振化方向。在光路中垂直插入检偏器（偏振片），旋转偏振片可观察到两个光斑的亮度交替变化，并交替消光，说明它们所对应的光（即双折射的两束光）都是偏振光。实验表明，这两束光的消光位置互相直，说明两束光的偏振化方向互相垂直。
五、讨论与思考
方解石越厚，两个光斑分得越开还是越近？
（2）光沿晶体的光轴方向传播时，o光和e光不分开，即不发生双折射。
（3）晶体中光线与光轴构成的平面叫该光线的主平面。o光光振动垂直于自己的主平面，而e光的光振动平行于自己的主平面，也就是说，o光和e光都是线偏振光。
（4）当光线入射在晶体的某一晶面上时，该晶面的法线于晶体的光轴组成的平面叫做晶体的主截面。当入射光线在主截面内时，两折射光线均在入射面内。即此情况下，入射面、主截面和o光和e光的主平面重合；o光和e光的光振动互相垂直。
《双折射偏振棱镜》课件
工作原理
入射光
自然光入射到双折射偏振棱镜上。
双折射
由于两个直角棱镜的折射率不同，入射光 在两个棱镜之间发生双折射现象，分解成 两个偏振方向相互垂直的线偏振光。
反射与透射
出射光
两个线偏振光分别在两个棱镜上反射和透 射，由于棱镜的高反射性和高透光性，使 得两个线偏振光能够完全分离。
两个线偏振光作为出射光从双折射偏振棱 镜中射出。
光学信号处理
信号分离
在光学信号处理中，双折射偏振棱镜用于分离不同偏振状态的光信号，从而实 现多通道信号的解调。
增强信号质量
通过使用双折射偏振棱镜，可以有效地滤除噪声和干扰，提高信号的质量和信 噪比。
光学通信
高速光数据传输
在光纤通信中，双折射偏振棱镜用于实现高速光数据的传输和解调，从而提高通 信系统的数据传输速率和可靠性。
偏振棱镜的性能。
结构设计
优化双折射偏振棱镜的结构设 计，以改善其光学性能和机械 稳定性。
表面处理
对双折射偏振棱镜的表面进行 抛光和镀膜处理，以提高其光 学质量和耐久性。
制造工艺
采用先进的制造工艺，如精密 加工和超精密加工技术，以确 保双折射偏振棱镜的制造精度
和一致性。
05 双折射偏振棱镜的发展趋势与展望
特性
具有高透光性、高反射性、高偏 振度等特点，广泛应用于光学仪 器、激光技术、光通信等领域。
结构与组成
结构
双折射偏振棱镜由两个直角棱镜组成 ，两个棱镜的折射率不同，使得入射 的自然光在两个棱镜之间产生双折射 现象。
组成
主要由石英、方解石等光学材料制成 ，具有稳定的物理和化学性质，能够 保证长期使用过程中性能的稳定性。
并被利用。
偏振度
最新实验讲义-偏振与双折射实验-.(ppt 精品教学讲义ppt课件
ne1.486
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生 回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来 仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。 （3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面 重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内 ，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4） 负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v
偏振化方向 M
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生 回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来 仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。 （3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面 重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内 ，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4） 负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v
偏振化方向 M
《光的偏振实验》课件
振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作圆周运动。
椭圆偏振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作椭圆运动。
偏振光通过不同介质的现象
偏振光通过透明介质时，其偏振方向会发生改变 偏振光通过反射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过折射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过散射介质时，其偏振方向也会发生改变
观察干涉条纹：记录干涉 条纹的变化，分析光的偏 振特性
实验总结：总结实验结果， 分析光的偏振特性，得出 结论
实验注意事项
确保实验环境 安全，避免光
线直射眼睛
实验过程中， 注意保护实验 器材，避免损
坏
实验过程中， 注意观察实验 现象，及时记
录数据
实验结束后， 及时清理实验 器材，保持实
验室整洁
光的偏振实验结果分析
光的偏振实验原理
光的波动理论
光的波动性：光具有波动性，可以传播和反射
光的偏振：光在传播过程中，其振动方向与传播方向之间存在一定的关系
光的偏振实验：通过实验观察光的偏振现象，验证光的波动性
光的偏振原理：光的偏振是由于光在传播过程中受到介质的影响，导致其振动方向发生变 化
光的偏振态
光的偏振态是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上的振动状 态。 光的偏振态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
光的偏振的应用
光学仪器中的偏振现象
偏振片：用于改变光的偏振状态，如偏振显微镜、偏振相机等 偏振棱镜：用于分离不同偏振方向的光，如偏振分光镜、偏振棱镜等 偏振光栅：用于分析光的偏振特性，如偏振光栅、偏振光栅相机等 偏振干涉仪：用于测量光的偏振特性，如偏振干涉仪、偏振干涉显微镜等
摄影技术中的偏振应用
椭圆偏振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作椭圆运动。
偏振光通过不同介质的现象
偏振光通过透明介质时，其偏振方向会发生改变 偏振光通过反射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过折射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过散射介质时，其偏振方向也会发生改变
观察干涉条纹：记录干涉 条纹的变化，分析光的偏 振特性
实验总结：总结实验结果， 分析光的偏振特性，得出 结论
实验注意事项
确保实验环境 安全，避免光
线直射眼睛
实验过程中， 注意保护实验 器材，避免损
坏
实验过程中， 注意观察实验 现象，及时记
录数据
实验结束后， 及时清理实验 器材，保持实
验室整洁
光的偏振实验结果分析
光的偏振实验原理
光的波动理论
光的波动性：光具有波动性，可以传播和反射
光的偏振：光在传播过程中，其振动方向与传播方向之间存在一定的关系
光的偏振实验：通过实验观察光的偏振现象，验证光的波动性
光的偏振原理：光的偏振是由于光在传播过程中受到介质的影响，导致其振动方向发生变 化
光的偏振态
光的偏振态是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上的振动状 态。 光的偏振态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
光的偏振的应用
光学仪器中的偏振现象
偏振片：用于改变光的偏振状态，如偏振显微镜、偏振相机等 偏振棱镜：用于分离不同偏振方向的光，如偏振分光镜、偏振棱镜等 偏振光栅：用于分析光的偏振特性，如偏振光栅、偏振光栅相机等 偏振干涉仪：用于测量光的偏振特性，如偏振干涉仪、偏振干涉显微镜等
摄影技术中的偏振应用
《双折射现象》课件
通过利用晶体或塑料等材料制造的特殊透镜，可以实现对不同偏振状态
光的分离和操控。
02
光学通信
在光纤通信中，双折射现象可用于实现光的偏振复用，从而提高通信容
量和传输速率。通过在光纤中引入双折射效应，可以实现信号的并行传
输和信号的解调。
03
光学传感
双折射现象还可以应用于光学传感领域，如压力、温度、磁场等物理量
的测量。通过利用双折射现象对光的偏振状态的影响，可以实现对物理
量的敏感测量。
02
双折射现象的物理原理
光的波动性
光的波动性是指光在传播过程中表现出的振动特性。光波是一种横波，具有振动 方向与传播方向垂直的特性。
当光波通过某些介质时，由于介质中分子或原子对光的振动方向产生影响，导致 光波的振动方向发生变化，从而影响光的传播方向。
光的偏振
光的偏振是指光波的振动方向在某一特定平面内。自然光中 ，光波的振动方向是随机的，但在特定条件下，光波的振动 方向可以被限制在某一特定平面内。
偏振光在某些介质中传播时，其传播方向会受到介质中分子 或原子的影响，从而表现出不同的光学性质。
双折射的物理机制
双折射是指当光线通过某些晶体或其它双折射介质时，光波会分裂成两 个偏振方向相互垂直、传播速度不同的光线，这种现象称为双折射。
双折射现象在光学通信和信息处理中有重要的应用，如光子晶体光纤、量子通信等，利用双折射现象可 以实现高速、大容量的信息传输和处理。
双折射现象的研究趋势与展望
探索新型双折射材料
随着科技的发展，新型材料的不断涌现，探索具有更高双折射 系数、更稳定的新型双折射材料是未来的研究趋势之一。
深入研究双折射机制
目前对双折射机制的理解还不够深入，未来需要进一步深 入研究光与物质相互作用机制，揭示双折射现象的本质。
实验讲义-偏振与双折射实验-2013.9
Ao A sin Ae A cos
Ae , Ao 通过 / 4 波片 C 后将产生一位相差 ，对 / 4 波片
2
，通过 C 之后的 Ae , Ao 只有
与 P2 通光面平行之分量 Aee , Aoe 才能通过 P2 。
Aee Ae cos( ) A cos cos( ) Aoe Ao sin( ) A sin sin( )
图 2 实验内容 2 的原理装置和光路示意
半导体 激光器
起偏器
检偏器
P1
P2
Байду номын сангаас
光电转换器
马吕斯定律 (实验验证)
激光器 电源
实验2
光电流计
图 3. 实验内容 2 的实验装置与光路设计
图 2、图 3 为实验内容 2 的具体光路设计和仪器联接，依次为：半导体激光器（光源） 、 起偏器（偏振片 P1 ） 、检偏器（偏振片 P2 ） 、光电转换器（光电池）和光电流计（光强分布
2
4 二分之一波片( / 2 波片)与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光， 且与波片光轴成 角， 则出射光仍为线偏振光， 但与光轴成 角。即线偏振光经 / 2 片光矢量振动方向转过了 2 角。 (2) 若入射光为椭圆偏振光，则半波片既改变椭圆偏振光长（短）轴的取向，也改变椭 圆偏振光（圆偏振光）的旋转方向。 5 四分之一波片( / 4 波片)片与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光，且透光轴与 / 4 波片光轴成 角，则当 0 ,45 ,90 时，出 射光为椭圆偏振光， 45 时为圆偏振光。 (2) 若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光。 (3) 若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光。特殊情况下可得到线偏振 光（请思考：什么情况下得到线偏振光？） 6 椭圆偏振光的产生和光强 I 的实验测量 如上所述，要人为地获得椭圆偏振光和圆偏振光，可由起偏器（ P1 ） 、检偏器（ P2 ）和 波片 C（ / 4 波片）等组成的光学系统获得（图 4） 。其光强 I 和特性还可通过实验进行测量 和验证。 下面首先推导椭圆偏振光经过 P2 后之合成光强表示式： 如图 4，设 C 与 P1 透光轴之夹角为 ，C 与 P2 通光面夹角为 ，光经过 P1 后，变为线偏 振光，其光矢量的振幅为 A，在波片入射面上将被分解为 e 光和 o 光（均相对于 C） 。
Ae , Ao 通过 / 4 波片 C 后将产生一位相差 ，对 / 4 波片
2
，通过 C 之后的 Ae , Ao 只有
与 P2 通光面平行之分量 Aee , Aoe 才能通过 P2 。
Aee Ae cos( ) A cos cos( ) Aoe Ao sin( ) A sin sin( )
图 2 实验内容 2 的原理装置和光路示意
半导体 激光器
起偏器
检偏器
P1
P2
Байду номын сангаас
光电转换器
马吕斯定律 (实验验证)
激光器 电源
实验2
光电流计
图 3. 实验内容 2 的实验装置与光路设计
图 2、图 3 为实验内容 2 的具体光路设计和仪器联接，依次为：半导体激光器（光源） 、 起偏器（偏振片 P1 ） 、检偏器（偏振片 P2 ） 、光电转换器（光电池）和光电流计（光强分布
2
4 二分之一波片( / 2 波片)与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光， 且与波片光轴成 角， 则出射光仍为线偏振光， 但与光轴成 角。即线偏振光经 / 2 片光矢量振动方向转过了 2 角。 (2) 若入射光为椭圆偏振光，则半波片既改变椭圆偏振光长（短）轴的取向，也改变椭 圆偏振光（圆偏振光）的旋转方向。 5 四分之一波片( / 4 波片)片与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光，且透光轴与 / 4 波片光轴成 角，则当 0 ,45 ,90 时，出 射光为椭圆偏振光， 45 时为圆偏振光。 (2) 若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光。 (3) 若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光。特殊情况下可得到线偏振 光（请思考：什么情况下得到线偏振光？） 6 椭圆偏振光的产生和光强 I 的实验测量 如上所述，要人为地获得椭圆偏振光和圆偏振光，可由起偏器（ P1 ） 、检偏器（ P2 ）和 波片 C（ / 4 波片）等组成的光学系统获得（图 4） 。其光强 I 和特性还可通过实验进行测量 和验证。 下面首先推导椭圆偏振光经过 P2 后之合成光强表示式： 如图 4，设 C 与 P1 透光轴之夹角为 ，C 与 P2 通光面夹角为 ，光经过 P1 后，变为线偏 振光，其光矢量的振幅为 A，在波片入射面上将被分解为 e 光和 o 光（均相对于 C） 。
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偏振化方向 M
偏振片的起偏 与检偏作用
M'
起偏器
N
N'
检偏器
§ 2 马吕斯定律
研究透射光的强度
讨论
I0 A02
IA2
I I0
A A022
A02cA0o22s
I I0 cos 2
10 若自然光在 a 的前方强度是 I0 ，则过 a 后的强度是
( I0 2 )
0,1800 Ima x I0
d(n0ne)(k 2 k 1) 2 m maxik n 1 ,2 ,
从 P2 出来的光强：
I 2 A 1 2sin 2c o s2 1 c o s4
实验仪器
冰洲石 激光器 偏振片 1/4波片 1/2波片 激光接收器 数字光电检流计
注意事项
1.眼睛请勿直视激光。 2.每个器件非常昂贵，请务必小心。
ve
在垂直于光轴 的方向上：
负晶体
ve (max)
ne (min)
ne (min) 晶体的主折射率
4. 用惠更斯原理解释双折射现象
0e
0e
0
重要！
0e
e
5. 利用双折射获得线偏振光
（1）尼科尔棱镜 （用方解石粘结而成，得到 e 光）
e
e
68 0
o
方解石 n01.658 加拿大树胶 n 1 . 55
问题： 光波是不是横波？!
现在可以解释实验1、2了 实验1：
这是因为入射光是自然光。
实验2:
A//B
偏振片透明 绕轴旋转900， 情况不变。
偏振片透明
偏振片全黑
入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。
AB
B 绕轴旋转， 强度发生变化
3. 如何由自然光获得线偏振光？ 利用选择吸收获得线偏振光
A10
A1e
从 C 出射的 o 光、e 光通过 P2后
才会产生通常意义下的干涉。 A20
b A2e
P1
C
0A1 e
P2
a
d
b
*晶面上O光、 e光 的位相相同。
*从晶体中出来后，O光、
e光位相差为
2
d(n0ne)
*偏振片P2 附加位相差 。
总
2d(n0
ne)
2kmaxk 1 ,2 , (2k1)min
0光e光从b面出射时，
光程差和位相差分别为：
dn0dne
2
2d(n0ne)
若k
k 1,2, k0
* k 时晶片出来的光是椭圆偏振光，
=45 0 时，Ae=A0 ，是圆偏振光。
* = k 时，(k=1,2…) 仍为线偏振光。
k为偶数，振动方向不变 。
k为奇数振动方向改变 2 。
2. 波晶片： （ 1/2 波片 1/4 波片）
20 由马吕斯定律知
900,2700Imin0
§ 3 光的双折射现象
1. 晶体对光的双折射现象 方解石 CaCO3
CaCO3
oe
2. 双折射现象产生的原因
0光：寻常光 线， 遵循折射定律
e光：非常光 线 ，
不遵循折射定律
各向同性的介质各方向对光的 折射率n相同，不产生双折射
但CaCO3等类各向异性晶体
5
4
3 2
7 4
(2k1) 2
为正椭圆
2
A1=A2为圆
k为偶数，振动方向不变 。 k为奇数振动方向改变 2 。
对光振动：
Ex E1cos(t1) Ey E2cos(t2)
若相同， 恒定，振动方向互相垂直，且
k 合振动为
讨论
任一椭圆
(2k1) 2
E1E2
正椭圆 圆
10 自然光在双折射晶体中
产生的 o 光、e 光叠加，
(2k1) k'
2 2 出来的是线偏振光
3. 偏振光的干涉
研究在同一平Leabharlann 上振动的两偏振光的干涉P1、P2 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：
P1
C
0 A1 e
负晶体 P2
a
d
b
从 C 出射的 o 光、e 光 能否产生干涉？a
不能！O光、e光振动方向互相垂直，A 1
c
不是相干光。 偏振片P2 附加位相差
2
入射光是线偏振光时，从 /4 波片中出来是椭圆偏振光。
讨论
10 /2 波片、 /4 波片是对一定的 而言的。
20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、 而椭圆和圆偏振光两垂直成分有恒定相位差。
30自然光、部分偏振光通过/2 、 /4 波片仍然是 自然光或部分偏振光。
40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4 波片的光 轴时）经1/4 波片后，两垂直成分位相差为
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来 仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
能否产生椭圆偏振光？
oe
不能！出射光仍为自然光。
20 由线偏振光在双折射晶体中分成的 o 光、 e 光 可能
产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有
恒定位相差。
获得椭圆和圆偏振光的光路图
M
AC
Ao
Ae
oe
M'
C'
光轴
d
A A0
主平面
Ae 光轴 a
Ae Acos
d b
Ao Asin
n0 ne
ne1.486
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生 回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面 重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内 ，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4） 负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v
对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。 （3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
实验讲义-偏振与双折射实验2012.9
实验原理
§1 偏振光与自然光 1. 光的偏振现象： 偏振是横波特有的现象，如机械横波：
缝阑转 90 0 后 波不能通过— — 偏振现象.
如光波能发生这种现象，就是横波。
实验1：演示
偏振化方向
偏振片
观察太阳光， 看到偏
振片透明，将偏振片转过 900后 ，情况不变。
偏振片的起偏 与检偏作用
M'
起偏器
N
N'
检偏器
§ 2 马吕斯定律
研究透射光的强度
讨论
I0 A02
IA2
I I0
A A022
A02cA0o22s
I I0 cos 2
10 若自然光在 a 的前方强度是 I0 ，则过 a 后的强度是
( I0 2 )
0,1800 Ima x I0
d(n0ne)(k 2 k 1) 2 m maxik n 1 ,2 ,
从 P2 出来的光强：
I 2 A 1 2sin 2c o s2 1 c o s4
实验仪器
冰洲石 激光器 偏振片 1/4波片 1/2波片 激光接收器 数字光电检流计
注意事项
1.眼睛请勿直视激光。 2.每个器件非常昂贵，请务必小心。
ve
在垂直于光轴 的方向上：
负晶体
ve (max)
ne (min)
ne (min) 晶体的主折射率
4. 用惠更斯原理解释双折射现象
0e
0e
0
重要！
0e
e
5. 利用双折射获得线偏振光
（1）尼科尔棱镜 （用方解石粘结而成，得到 e 光）
e
e
68 0
o
方解石 n01.658 加拿大树胶 n 1 . 55
问题： 光波是不是横波？!
现在可以解释实验1、2了 实验1：
这是因为入射光是自然光。
实验2:
A//B
偏振片透明 绕轴旋转900， 情况不变。
偏振片透明
偏振片全黑
入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。
AB
B 绕轴旋转， 强度发生变化
3. 如何由自然光获得线偏振光？ 利用选择吸收获得线偏振光
A10
A1e
从 C 出射的 o 光、e 光通过 P2后
才会产生通常意义下的干涉。 A20
b A2e
P1
C
0A1 e
P2
a
d
b
*晶面上O光、 e光 的位相相同。
*从晶体中出来后，O光、
e光位相差为
2
d(n0ne)
*偏振片P2 附加位相差 。
总
2d(n0
ne)
2kmaxk 1 ,2 , (2k1)min
0光e光从b面出射时，
光程差和位相差分别为：
dn0dne
2
2d(n0ne)
若k
k 1,2, k0
* k 时晶片出来的光是椭圆偏振光，
=45 0 时，Ae=A0 ，是圆偏振光。
* = k 时，(k=1,2…) 仍为线偏振光。
k为偶数，振动方向不变 。
k为奇数振动方向改变 2 。
2. 波晶片： （ 1/2 波片 1/4 波片）
20 由马吕斯定律知
900,2700Imin0
§ 3 光的双折射现象
1. 晶体对光的双折射现象 方解石 CaCO3
CaCO3
oe
2. 双折射现象产生的原因
0光：寻常光 线， 遵循折射定律
e光：非常光 线 ，
不遵循折射定律
各向同性的介质各方向对光的 折射率n相同，不产生双折射
但CaCO3等类各向异性晶体
5
4
3 2
7 4
(2k1) 2
为正椭圆
2
A1=A2为圆
k为偶数，振动方向不变 。 k为奇数振动方向改变 2 。
对光振动：
Ex E1cos(t1) Ey E2cos(t2)
若相同， 恒定，振动方向互相垂直，且
k 合振动为
讨论
任一椭圆
(2k1) 2
E1E2
正椭圆 圆
10 自然光在双折射晶体中
产生的 o 光、e 光叠加，
(2k1) k'
2 2 出来的是线偏振光
3. 偏振光的干涉
研究在同一平Leabharlann 上振动的两偏振光的干涉P1、P2 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：
P1
C
0 A1 e
负晶体 P2
a
d
b
从 C 出射的 o 光、e 光 能否产生干涉？a
不能！O光、e光振动方向互相垂直，A 1
c
不是相干光。 偏振片P2 附加位相差
2
入射光是线偏振光时，从 /4 波片中出来是椭圆偏振光。
讨论
10 /2 波片、 /4 波片是对一定的 而言的。
20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、 而椭圆和圆偏振光两垂直成分有恒定相位差。
30自然光、部分偏振光通过/2 、 /4 波片仍然是 自然光或部分偏振光。
40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4 波片的光 轴时）经1/4 波片后，两垂直成分位相差为
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来 仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
能否产生椭圆偏振光？
oe
不能！出射光仍为自然光。
20 由线偏振光在双折射晶体中分成的 o 光、 e 光 可能
产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有
恒定位相差。
获得椭圆和圆偏振光的光路图
M
AC
Ao
Ae
oe
M'
C'
光轴
d
A A0
主平面
Ae 光轴 a
Ae Acos
d b
Ao Asin
n0 ne
ne1.486
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生 回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面 重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内 ，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4） 负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v
对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。 （3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
实验讲义-偏振与双折射实验2012.9
实验原理
§1 偏振光与自然光 1. 光的偏振现象： 偏振是横波特有的现象，如机械横波：
缝阑转 90 0 后 波不能通过— — 偏振现象.
如光波能发生这种现象，就是横波。
实验1：演示
偏振化方向
偏振片
观察太阳光， 看到偏
振片透明，将偏振片转过 900后 ，情况不变。