偏振光的研究共34页文档
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实验报告引言：偏振光是指光波中电场矢量在空间中的振动方向固定的光。
它在光学领域有着广泛的应用，包括材料的表征、光学器件的设计和光通信等。
本实验旨在通过研究偏振光的性质和特点，探索其在实际应用中的潜力。
实验一：偏振片的特性在实验中，我们首先使用了一块偏振片。
偏振片是一种能够选择性地通过特定方向偏振光的光学器件。
我们将偏振片放置在光源前方，并逐渐旋转它。
观察到当光通过偏振片时，光强度会随着旋转角度的变化而发生明显的变化。
这说明偏振片能够选择性地通过特定方向的偏振光。
实验二：马吕斯定律的验证马吕斯定律是描述光的偏振现象的基本定律之一。
它表明，当一束偏振光通过一个偏振片时，出射光的偏振方向与入射光的偏振方向之间的夹角保持不变。
我们使用了两块偏振片，并将它们叠加在一起。
通过旋转第二块偏振片，我们观察到光的强度随着旋转角度的变化而发生周期性的变化。
这一结果验证了马吕斯定律的正确性。
实验三：偏振光的干涉在实验中，我们使用了一束激光器发出的偏振光，并将其分成两束，分别通过两个不同的光程。
然后，我们将两束光重新合并在一起。
通过调节两束光的光程差，我们观察到干涉现象。
当光程差等于整数倍的波长时，干涉现象最为明显。
这一实验结果说明了偏振光的干涉现象是由于光的相位差引起的。
实验四：偏振光的旋光性质偏振光的旋光性质是指光在通过旋光物质时，偏振方向会发生旋转的现象。
我们使用了一块旋光片，并将它放置在光源前方。
通过观察光通过旋光片后的偏振方向，我们发现光的偏振方向确实发生了旋转。
这一实验结果验证了偏振光的旋光性质。
结论：通过以上实验，我们对偏振光的性质和特点有了更深入的了解。
偏振光的研究不仅有助于我们理解光的本质，还在许多实际应用中发挥着重要作用。
例如，在材料的表征中，偏振光可以用来分析材料的结构和性质。
在光学器件的设计中，偏振光可以用来控制光的传输和调制。
在光通信中，偏振光可以用来提高信号传输的可靠性和速率。
光的偏振偏振光的实验研究
光的偏振偏振光的实验研究光的偏振是指光波的振动方向只在特定平面内进行的现象。
而偏振光则是指只在一个特定方向上振动的光波。
在光学领域中，对光的偏振进行研究对于理解光的性质和应用有着重要的意义。
本文将探讨光的偏振以及偏振光的实验研究。
一、光的偏振的原理光是由电磁波组成的，而电磁波包括电场和磁场的振动。
在垂直方向上，光波的电场和磁场都是垂直于传播方向的。
然而，在光的传播过程中，如果对光波的电场进行了特定方向的约束，那么光波的电场就会以特定的方向进行振动，这就是光的偏振现象。
光的偏振可以通过多种方式实现，其中最常见的方式是通过偏振片。
偏振片是由具有一定特性的材料制成的光学元件，能够选择性地阻止某些方向的光波通过，只允许特定方向的光波通过。
常见的偏振片有线性偏振片和圆偏振片。
二、实验研究光的偏振的方法1. 偏振片实验进行偏振实验的基本方法是使用两块偏振片。
首先，将两块偏振片的方向调整为平行，这样光线就可以通过。
然后，逐渐旋转一块偏振片，观察光的强度变化。
当两块偏振片的方向垂直时，光线将完全被阻挡，无法通过。
通过这个实验，我们可以观察到光的偏振现象，并且可以确定光的偏振方向和光的强度随偏振片方向变化的关系。
2. 波片实验波片是另一种常用的用于研究光的偏振的实验工具。
波片可以将线偏振光转化为圆偏振光或者将圆偏振光转化为线偏振光。
在波片实验中，首先，将线偏振光通过一块线偏振片，将其转化为线偏振光。
然后，将转化后的线偏振光通过一块波片，观察光的偏振状态的变化。
根据波片的不同性质，光的偏振状态可能会改变。
通过这个实验，我们可以研究光的偏振状态的变化规律以及波片对光的偏振的影响。
三、光的偏振在实际应用中的意义光的偏振在许多领域中都有着重要的应用，如光学通信、液晶显示、偏振镜等。
举个例子，在液晶显示技术中，通过控制偏振态使得液晶分子的取向发生变化，进而可以对光的透射进行调节，实现图像的显示。
此外，光的偏振还可以用于解析光束中的信息。
偏振光的研究实验报告doc
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。
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。
偏振光的研究_实验报告
一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光的偏振性质的认识。
2. 学习并掌握偏振光的产生、传播、检测和调控方法。
3. 理解马吕斯定律及其在实际应用中的意义。
4. 掌握使用偏振片、波片等光学元件进行偏振光实验的基本技能。
二、实验原理1. 光的偏振性质：光是一种电磁波，具有横波性质。
在光的传播过程中，光矢量的振动方向相对于传播方向可以保持不变（线偏振光）、绕传播方向旋转（圆偏振光）或呈现椭圆轨迹（椭圆偏振光）。
2. 偏振光的产生：自然光通过偏振片后，可以产生线偏振光。
当自然光入射到某些光学各向异性介质（如偏振片、波片等）时，由于不同方向的光矢量分量在介质中的折射率不同，从而导致光矢量振动方向发生偏转，形成偏振光。
3. 马吕斯定律：当一束完全线偏振光通过一个偏振片时，透射光的光强与入射光的光强和偏振片透振方向与入射光光矢量振动方向的夹角θ之间的关系为：\( I = I_0 \cdot \cos^2\theta \)，其中\( I \)为透射光的光强，\( I_0 \)为入射光的光强。
三、实验仪器与设备1. 自然光源（如激光器）2. 偏振片（两块）3. 波片（1/4波片、1/2波片）4. 光具座5. 光屏6. 光电探测器7. 数据采集与分析软件四、实验步骤1. 观察线偏振光：将自然光源发出的光通过偏振片，观察光屏上的光斑。
然后逐渐旋转偏振片，观察光斑的变化，验证马吕斯定律。
2. 观察圆偏振光：将1/4波片放置在偏振片和光屏之间，使1/4波片的光轴与偏振片的透振方向夹角为45°。
观察光屏上的光斑，验证圆偏振光的产生。
3. 观察椭圆偏振光：将1/4波片的光轴与偏振片的透振方向夹角调整为22.5°，观察光屏上的光斑，验证椭圆偏振光的产生。
4. 测量偏振片透振方向：利用光电探测器测量偏振片的透振方向，并与理论计算值进行比较。
5. 分析实验数据：使用数据采集与分析软件对实验数据进行处理，分析偏振光的特性，验证实验原理。
偏振光的研究
实验报告实验题目：偏振光的研究实验目的：学习掌握线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的产生条件与鉴别方法，了解马吕斯定律以及各偏振光的数学推导。
学习使用计算机鉴别偏振光以及找出消光位置并观察随四分之一波片的转动，观察直角坐标和极坐标（θ-I 、β-I ）中观察所绘制的图形并做出相关分析。
实验原理：➢ 布儒斯特定律：n tg =α（α为起偏角，n 为反射物质的折射率） 光线斜射向非金属的光滑平面上(例如水、木头、玻璃等)时反射光和透射光都会产生偏振现象，当入射角是某一数值时，反射光为线偏振光，这时的入射角叫起偏角。
➢ 偏振片：产生偏振光的元件叫做偏振片，鉴别光的偏振状态叫检偏，用作检偏的仪器或元件叫检偏器．偏振片也可作为监检器使用。
➢ 波片与圆偏振光、椭圆偏振光平面偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片表面，会产生比较特殊的双折射现象，这时非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相位差()L n n e -=02λπδ式中λ为单色光波长，n0和ne 为0光和e 光的折射率，L 为晶片厚度．由δδ2020222sin cos 2=-+A A E E A E A E e y x y e X 得：（1）πδk 2=，为线偏振光。
（2）πδ)12(+=k ，为线偏振光；（3）πδ)21(+=k ，为正椭圆偏振光；（4）δ不等于以上各值时，为椭圆偏振光．(以上K=0。
1，2，…) 对某一波长的单色光产生 πδ)12(+=k 相位差的叫作1／4波片。
当线偏振光垂直入射到l/4波片时，且其振动方向与波片光轴成θ角，如图1所示，由于0光和e 光的振幅是θ的函数，合成振幅A因θ角的不同而不同。
(1) θ=o或2π时，A。
=o或Ae=o，为线偏振光；(2) θ=4π时，A。
=Ae，为圆偏振光；(3) θ为其他角度时为椭圆偏振光．对于任意的θ角，相应的光强有：22202cos sin eI A I Aθθ==此即为马吕斯公式，或马吕斯定律。
偏振光的研究
偏振光的研究偏振光是指在特定方向上振动的电磁波。
光波一般以横波的形式传播，其中的电场矢量在垂直于传播方向的平面内振动。
偏振光的研究对于了解光的本质、光学仪器的设计和光学通信等领域都具有重要意义。
偏振光的研究可以追溯到19世纪初期，法国物理学家亚利和卡工合作发现了光的偏振现象，并提出了偏振理论。
此后，英国物理学家斯托克斯进一步发展了偏振光的研究。
斯托克斯做出了关于偏振光的数学描述，并提出了斯托克斯矢量的概念，用于描述光的偏振状态。
偏振光的性质包括偏振方向、偏振度和光强度等。
偏振方向指的是电场矢量振动的方向，可以通过偏振片进行调节。
根据偏振方向的不同，偏振光可以分为水平偏振、垂直偏振、斜线偏振和圆偏振等。
偏振度是描述光的偏振程度的物理量，它表示电场矢量在某一方向上的分量占总电场矢量的比例。
光强度则是描述光的能量的物理量，它与光的振幅和偏振度有关。
偏振光的产生方式主要有自然产生和人工产生两种。
自然产生的偏振光包括自然光通过自然界中的物体，如水面、大气等散射而产生的偏振光。
人工产生的偏振光则是通过偏振器或特定光源产生的。
常见的人工产生偏振光的方法有偏振片、偏振棱镜、偏振滤波器和波片等。
偏振光的研究在科学和工程技术中有广泛的应用。
在科学研究方面，偏振光的研究可用于研究光的传播、干涉和干扰等现象，以及材料的光学性质研究。
在工程技术中，偏振光的研究可用于光学仪器的设计，例如偏振显微镜、偏振滤波器和光通信中的光纤激光器等。
总之，偏振光的研究在光学领域中具有重要意义，它帮助我们了解光的特性和行为，为光学技术的发展和应用提供了基础。
在日常生活中，我们也可以通过一些实验和观察，感受到偏振光的存在和特性。
偏振光的研究
班级：2009级物电姓名：苏军军日期：2010-12-12地点：理科楼【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。
【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，其电矢量垂直于入射面。
空气中相对于玻璃界面的偏化角约为。
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实验报告引言：偏振光是一种特殊的光波，其振动方向在一个平面内，与普通光波相比，具有更强的定向性。
在过去的几十年里，偏振光的研究得到了广泛的关注和应用。
本实验旨在通过对偏振光的实验研究，深入了解其特性和应用。
实验一：偏振片的特性在本实验中，我们首先使用了一块偏振片。
偏振片是一种能够选择性地通过或阻挡特定方向振动的光的装置。
我们将光源发出的自然光通过偏振片，观察到了光的强度发生了明显的变化。
这是因为偏振片只允许与其方向平行的光通过，而将垂直于其方向的光阻挡。
通过旋转偏振片，我们可以观察到光的强度随着角度的变化而变化。
实验二：偏振光的产生在本实验中，我们使用了一束自然光通过一个偏振片，将其转换为偏振光。
然后，我们使用另一个偏振片，将偏振光的方向进行调整。
我们观察到，当两个偏振片的方向相同时，光通过的强度最大；而当两个偏振片的方向垂直时，光通过的强度最小。
这表明，偏振光的方向可以通过调整偏振片的方向来改变。
实验三：偏振光的应用偏振光在许多领域中有着广泛的应用。
例如，在光学显微镜中，通过使用偏振光可以增强图像的对比度，使得细小结构更加清晰可见。
在液晶显示器中，偏振光的旋转可以控制光的透过与阻挡，实现像素点的开闭。
此外，偏振光还被应用于光学通信、光学传感器等领域。
实验四：偏振光的检测在本实验中，我们使用了偏振片和偏振光检测器来测量光的偏振状态。
通过旋转偏振片，我们可以调整光的偏振方向，而偏振光检测器可以测量到通过的光的强度。
通过实验数据的分析，我们可以得到光的偏振状态的信息，例如偏振方向和偏振度。
结论：通过本实验，我们深入了解了偏振光的特性和应用。
偏振光具有较强的定向性，可以通过偏振片的选择和调整来改变其方向。
在光学领域，偏振光的研究和应用已经取得了重要的进展，并在许多领域发挥着重要的作用。
通过对偏振光的深入研究，我们可以进一步拓展其应用，并为光学技术的发展做出贡献。
致谢：在此，我要感谢实验室的老师和同学们对本实验的支持和帮助。
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❖ 白光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，彩色互补 （如红色与青色，绿色和紫色，黄色和蓝色等）显色偏振
大学物理实验
24
其他产生双折射的机理和应用
❖ 光测弹性（由于材料的内、外应力造成双折射现
象）
❖ 检查玻璃、塑料等的内应力
❖ 桥梁、矿井、水坝和机械工件等的应力分布的监测 和模拟。
n1
大学物理实验
13
当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时
rS cosi cosi
sin2n2 Aexpi()ei2eiS sin2n2 Aexpi()
rPnn22ccooi1ssii
sin2n2 sin2n2
BBeexxppii(())
ei2
eiP
SP
大学物理实验
14
全反射时的相位改变
P S
偏振光的研究
56、死去何所道，托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
偏振光的研究
2006.1.10
中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座
❖ 地震预报。
❖ 克尔效应和普克尔效应（由于电场造成双折射现 象）—高速光开关。
大学物理实验
25
旋光现象的观察和测量
❖ 1811年由阿喇果和毕奥发现
❖ 石英、松节油、糖溶液中有旋光现象
❖ 左旋和右旋—与旋光物质的结构有关（1822年赫谢尔发现）
❖ 旋光计—测量糖溶液的浓度
L
光源 起偏器
待测溶液
检偏器
P1
P2
A1
起偏器
检偏器
I1=I0/2
A2
P1与P2方向的夹角为
I2=I1cos2()
大学物理实验
10
菲涅耳公式
（只写出反射时的公式）
rP
RP AP
tan( tan(
) )
rS
RS AS
sin( ) sin( )
AP RS
AS
RP
n1
TP
n2
TSS
布鲁斯特角：
tan n2
n1
注：R，A为振幅
大学物理实验
22
偏振光的干涉的结果
消光
❖ P1 P2
极大
极大
I垂直 1 2A 12si2 n (1co)s 消光
消光
❖ P1 II P2
互补性
I平 行 A 12[11 2si2 n(1co )s]
极大
消光
极大
为波片的光 轴与P1的夹角
大学物理实验
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现象
❖ 单色光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，亮暗纹 互补
❖ 能测量很薄的膜（1nm），且精度很高，比干涉法高1-2个数量级。
❖ 是一种无损测量，不必特别制备样品，也不损坏样品，比其它精密方法：如 称重法、定量化学分析法简便。
❖ 可同时测量膜的厚度、折射率以及吸收系数。因此可以作为分析工具使用。
❖ 对一些表面结构、表面过程和表面反应相当敏感。是研究表面物理的一种方 法
/2
40 50 60 70 80 90
大学物理实验
入射角
15
菲涅耳棱体
54 45
利用全反射产生圆偏光
54
大学物理实验
16
晶体光学
大学物理实验
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晶体光学元件
1、偏振器件：
尼科耳棱镜
格兰棱镜
大学物理实验
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2 波晶片
❖ 构造：单轴晶体使其光轴与表面平行
o光振动方向
主截面
入射光
1/4波片
光轴(e光振动方向）
oe
2
(no
ne )d
(2m
1)
2
d
(2m
1)
4
/(no
ne )
厚度
大学物理实验
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检验偏振光的光路
波片
偏振片
大学物理实验
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偏振光的检验
❖ 借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态 ❖ 1.只用检偏器（转动）：
❖ 对于线偏光可以出现极大和消光现象。 ❖ 对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。 ❖ 对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。
光
振
x光
部
分
偏
振
光
圆偏振光
椭圆偏振光
大学物理实验
5
❖ 定义：
部分偏振度
P ImaxImin ImaxImin
大学物理实验
6
椭圆偏振光的形成（两个互相垂直的振动的合成）
Ex E0xco st(1) Ey E0y co st(2)
Ey Ex
❖ 椭圆方程式：
Ex2 E0 x 2
Ey2 E0 y 2
2
❖ 干涉和衍射—光的波动性 ❖ 偏振—光是横波 ❖ 光的偏振现象 ❖ 偏振元件 ❖ 应用
大学物理实验
3
光的矢量性 —光是横波
SEH
E K为波面的法线方向， S为光波的能量传播方 向。
S
在各向同性的介质中S 与K同向。在各向异性
H
的介质中S与K不同向。
大学物理实验
4
光的五种偏振态
y
自
E线
然
偏
cos(1
2)
sin 2 (1
2)
(1-2)==/2 正椭圆
E0x= E0y= E0
}圆
大学物理实验
7
改变光的偏振态的方法
1、利用偏振片 2、利用反射现象 3、利用双折射晶体
光的散射
大学物理实验
8
利用偏振片产生偏振光
非偏振光
线偏振光 偏振片
大学物理实验
9
马吕斯定律（1809年）和消光现象
自然光
罗兰片
量糖计
大学物理实验
望远镜
26
会聚偏光的干涉
幕
L1 P1 L2
C
L3
P2 L4
大学物理实验
27
椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率
❖ 在现代科学技术中，薄膜有着广泛的应用。因此测量薄膜的技术也有了很大 的发展，椭偏法就是70年代以来随着电子计算机的广泛应用而发展起来的目 前已有的测量薄膜的最精确的方法之一。椭偏法测量具有如下特点：
大学物理实验
11
利用布儒斯特角产生偏振光
玻璃片堆
大学物理实验
激光器
12
全反射时光的偏振态的改变
❖ 反射波的振幅比可以改写为：
rS cos cos
n 2 sin 2 n 2 sin 2
rP
n2 cos n2 cos
n 2 sin 2 n 2 sin 2
sin n sin sin n ( 全反射 ) n n2 1
❖ 2.用1/4波晶片和检偏器（转动） ：
❖ 对于非偏光（自然光）各方向光强不变。 ❖ 对于圆偏光出现消光现象（原因）。 ❖ 对于部分偏光仍出现极大和极小现象。 ❖ 对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消
光现象（原因）。
大学物理实验
21
平行偏光干涉的装置
（干涉的三条件：频率、振动方向、初位相—相同） 装置：自然光+起偏器P1+波晶片+检偏器P2
大学物理实验
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椭偏仪的光路图
光源
起偏器 波片
检偏器
光电探测器
样品
大学物理实验
光阑
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椭偏仪的基本原理
薄膜
E 1 Er12