偏振与双折射实验讲义(2019)
合集下载
偏振与双折射实验报告
偏振与双折射实验报告实验目的：本次实验旨在通过实验操作验证偏振与双折射现象，并深入了解其基本原理和应用。
实验器材：偏光片、双折射晶体、平行光源、显微镜、偏振镜、光源滤片、介质物。
实验原理：偏振现象指的是碎片形状不同的光通过偏振片时，透射出的光线及光强会有所改变的现象。
偏振片是由其中的一些小分子串列而成的，这些小分子只容许某一方向的振动传播。
当光透过偏振片时，只有与筛网平行的振动分量可以通过，与筛网垂直的振动分量则被截止了。
双折射现象是指在某一些晶体中，不同方向的光线具有不同的折射率，从而产生双折射现象。
在正常的单折射晶体中，光的传播方向与折射率无关。
在双折射晶体中，光的传播方向与折射率是有关系的。
通过双折射显微镜可以观察到双折射现象。
实验步骤：第一步：使用光源、平行光源和光源滤片，发出平行光线。
第二步：在光路中加入偏振片和偏振镜，观察透射光线的改变。
第三步：选一块双折射晶体，放在偏振片和偏振镜之间的光路上，观察透射光线的变化。
第四步：在双折射晶体中加入特定介质物，再次观察透射光线的变化。
实验结果：在第一步中，我们通过光源、平行光源和光源滤片，发出平行光线。
在第二步中，我们将偏振片和偏振镜加入光路，发现透射光线的光强会发生变化。
在第三步中，我们选一块双折射晶体，放在偏振片和偏振镜之间的光路上，观察到透射光线会发生双折射现象。
在第四步中，我们在双折射晶体中加入特定介质物，观察到透射光线的双折射现象随介质物种类不同而改变。
结论：本次实验中，我们验证了偏振和双折射现象的存在，并深入了解其基本原理和应用。
我们也掌握了相关实验操作技能，并通过实验得到了有价值的数据和结论。
光的偏振,反射和折射产生偏振和双折射现象
椭圆偏振光
线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的光振动均可分解为两个相互垂直
同频率相差恒定线偏振光振动的合成 x = A1 coswt y = A2 cos(wt + Dj )
对线偏振光，刚入射时相差为 Dji = π 或 0
垂直入射波晶片后，分解为振动方向相互垂直的 o 光和 e 光，取 x 轴方
向为 o 光振动方向，y 轴方向为 e 光振动动方向
-
ne )d
波晶片分类
(no - ne )d = λ 4
(no - ne )d = λ 2 (no - ne )d = λ
Dj = π 2 Dj = π Dj = 2π
1 4 波片 半波片 全波片
Ø说明: 一定的波晶片是针对某一特定波长而言的.
26/28
波晶片可用于改变光的偏振态
？ 如 线偏振光经 1 4 波片后变为
出波片后相位差为
Dj f
=
Dji
+
2π λ
(no
-
ne )d
=
Dji
+
π 2
Dji = π
Dji = 0
Dj f
=
3π 2
1 4波片
· · ·
Dj f
=
π 2
27/28
• 波晶片对光偏振的影响:
入射光
波晶片
透射光
线偏振光 ( D j 0 = 0 ,p ) 圆偏振光 (Dj0 =p 2,-p 2) 自然光
例
14/28
n1
i · · · · ·
·
i
· ·
n2 ·
·
·
i i n1
· ···· B
· · B·
光的偏振与光的双折射实验研究
使光源发出的光经过偏振片后成为线偏振光，并调整偏振片的角度以改变入射光的偏振状 态。
实验原理及步骤简介
3. 观察双折射现象
将线偏振光投射到双折射晶体上，观 察并记录寻常光和非常光的传播方向 和光强变化。
4. 数据采集与分析
使用测量仪器记录实验数据，并通过 计算机进行数据处理和分析，得出实 验结果。
03
光的双折射实验
双折射现象产生条件及原理
产生条件
当一束光通过某些晶体时，会分成两束光沿着不同方向传播，这种现象称为双折 射现象。
原理
双折射现象是由于晶体内部存在各向异性，导致光在晶体中传播时速度不同，从 而分成两束光。这两束光的振动方向相互垂直，分别称为寻常光（o光）和非寻 常光（e光）。
双折射晶体选择及实验装置搭建
在实验过程中需要记录光源的波长、晶 体的厚度和双折射率等参数，以及接收 屏上干涉条纹的位置和形状等信息。
VS
数据处理
通过对实验数据的分析处理，可以得到晶 体的双折射率、光在晶体中的传播速度等 重要物理量。同时，还可以通过比较不同 晶体或不同条件下的实验结果，进一步探 究双折射现象的规律和特点。
04
实验结果分析与讨论
偏振实验结果分析
01
在偏振实验中，通过旋转偏振片观察到光强的周期性变化，验 证了光的横波性质。
02
通过测量不同角度下的光强，得到了马吕斯定发现，当入射光为非偏振光时，透射光的光强随偏振
03
片旋转而发生变化，但不会出现完全消光现象。
05
误差来源及减小方法
系统误差来源分析
01
实验仪器误差
包括光源、偏振片、双折射晶 体等元件的制造精度和装配误
差。
02
环境因素
实验原理及步骤简介
3. 观察双折射现象
将线偏振光投射到双折射晶体上，观 察并记录寻常光和非常光的传播方向 和光强变化。
4. 数据采集与分析
使用测量仪器记录实验数据，并通过 计算机进行数据处理和分析，得出实 验结果。
03
光的双折射实验
双折射现象产生条件及原理
产生条件
当一束光通过某些晶体时，会分成两束光沿着不同方向传播，这种现象称为双折 射现象。
原理
双折射现象是由于晶体内部存在各向异性，导致光在晶体中传播时速度不同，从 而分成两束光。这两束光的振动方向相互垂直，分别称为寻常光（o光）和非寻 常光（e光）。
双折射晶体选择及实验装置搭建
在实验过程中需要记录光源的波长、晶 体的厚度和双折射率等参数，以及接收 屏上干涉条纹的位置和形状等信息。
VS
数据处理
通过对实验数据的分析处理，可以得到晶 体的双折射率、光在晶体中的传播速度等 重要物理量。同时，还可以通过比较不同 晶体或不同条件下的实验结果，进一步探 究双折射现象的规律和特点。
04
实验结果分析与讨论
偏振实验结果分析
01
在偏振实验中，通过旋转偏振片观察到光强的周期性变化，验 证了光的横波性质。
02
通过测量不同角度下的光强，得到了马吕斯定发现，当入射光为非偏振光时，透射光的光强随偏振
03
片旋转而发生变化，但不会出现完全消光现象。
05
误差来源及减小方法
系统误差来源分析
01
实验仪器误差
包括光源、偏振片、双折射晶 体等元件的制造精度和装配误
差。
02
环境因素
偏振与双折射实验讲义(2019)
（二）基本规律
（1）起偏与检偏
将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器，通常也叫偏振片。 本实验用到的是晶体起偏器。将偏振片用于检偏时称为检偏器。
按照马吕斯定律，强度为10的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为
【T0cos2e
式中e为入射光的偏振方向与检偏器透光轴之间的夹角。显然，当以光线传播方向
偏振与双折射实验讲义
实验：偏振与双折射
【实验目的】
1.观察与了解光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象和规律。
2.3.
掌握一些光的偏振态的鉴别方法和测试技术。
4.了解波片的性质。
【预备问题】
1.自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光的定义。
2.如何用实验方法来区分自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光、线偏振光？
圆偏振光。观测椭圆偏振光通过检偏器的光强。观察光学各向异性晶体中的双折射现象。
实验光源的偏振态鉴别（选做）
【实验步骤】
（一）透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角之间关系的测量
1.检查并调节激光光源，使其发出的光沿水平方向，然后将其固定（磁
力开关旋向“ON）。
2.如图4所示，将光电转换器放入光路，使其和光源同轴等高，确保光
45Q900时，出射光为椭圆偏振光，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？）
（六）椭圆偏振光的产生和光强I的实验测量
P1）、检偏器（P2）和波片C（,7波片）等组成的光学系统获得（图2）。其光
【思考题】
1.怎么用实验的方法来区分自然光，圆偏振光，椭圆偏振光，部分偏振光，线偏振光?
（1）起偏与检偏
将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器，通常也叫偏振片。 本实验用到的是晶体起偏器。将偏振片用于检偏时称为检偏器。
按照马吕斯定律，强度为10的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为
【T0cos2e
式中e为入射光的偏振方向与检偏器透光轴之间的夹角。显然，当以光线传播方向
偏振与双折射实验讲义
实验：偏振与双折射
【实验目的】
1.观察与了解光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象和规律。
2.3.
掌握一些光的偏振态的鉴别方法和测试技术。
4.了解波片的性质。
【预备问题】
1.自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光的定义。
2.如何用实验方法来区分自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光、线偏振光？
圆偏振光。观测椭圆偏振光通过检偏器的光强。观察光学各向异性晶体中的双折射现象。
实验光源的偏振态鉴别（选做）
【实验步骤】
（一）透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角之间关系的测量
1.检查并调节激光光源，使其发出的光沿水平方向，然后将其固定（磁
力开关旋向“ON）。
2.如图4所示，将光电转换器放入光路，使其和光源同轴等高，确保光
45Q900时，出射光为椭圆偏振光，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？）
（六）椭圆偏振光的产生和光强I的实验测量
P1）、检偏器（P2）和波片C（,7波片）等组成的光学系统获得（图2）。其光
【思考题】
1.怎么用实验的方法来区分自然光，圆偏振光，椭圆偏振光，部分偏振光，线偏振光?
光纤的双折射及偏振特性(精)
L LB 2
LB
2 L
0
B
双折射越厉害, 拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界
干扰的长度周期, 它就可抵御这种干扰而有保持偏振状态
的能力。
4.消光比和功率耦合系数
在传输过程中，两个正交的线偏振模之间存在耦合，如在光
纤输入端激发x方向的线偏振模，其功率为P x ，由于耦合， 在光纤的输出端出现了y方向的线偏振模，其功率为 P y。用
Optical fiber communications
§3 光纤的双折射及偏振特性
Copyright Wang Yan
1-1 2024/8/17
一、Introduction
1. SMF实际上有两个简并模：LP0y1, LP0x1
2. 实际光纤并不完善（光纤芯子的椭圆变形，光纤内部
的残余应力），两个模式并不简并，纵向相位常数β略有
幅度比 R Ey0 / Ex0 相位差 y x ( y x )z
E
Ex
EyEx0 exp NhomakorabeaE
y
0
exp
j(t x z) j(t y z)
1
Ex Re xp( j)
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications 1-3 2024/8/17
L
)
R L L R L
2
2
Optical fiber communications
1-12 2024/8/17
Copyright Wang Yan
2.旋光率：单位长度上旋过的角度
R L L R
L2
2
HW1
1.平板波导 n1 1.5, n2 1.45, n3 1.4, d 5m。
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。
光的偏振与双折射现象
光的偏振与双折射现象光是一种电磁波，可以在真空中以及各种介质中传播。
而在传播过程中，光的偏振与双折射现象是光波特性中非常重要的内容。
本文将介绍光的偏振与双折射现象的基本概念和原理。
一、光的偏振偏振是指光波中的电场矢量在传播方向上的振动方式。
光波可分为非偏振光、偏振光和部分偏振光。
1. 非偏振光：光波中的电场矢量在各个方向上均匀分布，没有特定的振动方向。
2. 偏振光：光波中的电场矢量在某一特定方向上振动，而在其他方向上几乎无振动。
常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。
3. 部分偏振光：光波中的电场矢量在多个方向上振动，但是其中有一个主要的振动方向。
光的偏振可以通过偏振片进行实验观察和分析。
偏振片是由特殊材料制成的，在某一方向上只允许特定方向的电场矢量通过。
当非偏振光通过偏振片时，只有与偏振片振动方向一致的电场矢量能通过，其他方向上的电场矢量则被滤除，从而得到偏振光。
二、双折射现象双折射指的是某些特定材料在光线入射时会发生两个不同速度的折射现象。
这是由于光在这些材料中的传播速度与光的偏振方向有关。
具有双折射现象的材料被称为双折射材料，其中最常见的是石英晶体。
当光线垂直于晶体的光轴方向传播时，不会发生双折射现象；但当光线不垂直于光轴时，就会发生双折射现象。
双折射材料可以通过偏振光的传播方向和光轴方向之间的夹角来进行分类。
根据夹角的不同，可以分为正常双折射和畸变双折射。
1. 正常双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向垂直。
在光线通过材料时，会出现两个折射光束，一个按照正常的折射定律折射（常光），另一个则不按照常规定律折射（特光）。
2. 畸变双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向不垂直。
在光线通过材料时，除了产生两个折射光束外，还会出现不同程度的畸变现象，导致光的传播路径变得复杂。
三、应用领域1. 光学器件：光的偏振与双折射现象在光学器件的设计中起着重要作用。
例如，偏振片可以用于光的调节、滤波和分析等方面。
《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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
光矢量垂直于光轴；e光光矢量平行于光轴。而o光和e光的传播方向不变，仍都与表面 垂直。但o光在晶体内的速度为vo,e光的为ve,即相应的折射率no、ne不同。设波片 的厚度为d,则两束光通过波片后就有位相差''，式中 为光波在真空中
的波长。3的称为二分之一波片（半
波片或 卫波片）；出2为四分之一波片（「1波片），
束垂直射在转换器狭缝的中心（如何判断？），并将其固定。调节检流
计的“衰减”旋钮及激光器的“功率”旋钮，使检流计电流在120.0左
右。
3.如图5
所示，加入起偏器P1P1计读数最大。
4.力口入检偏器P2,如图6所示。调节同轴等高后固定，旋转P2,找到
消光位置（光强最小，这里应选取最小的量程，以保证准确找到消光位置），
上面的k都是任意整数。不论半波片或4波片都是对一定波长而言的。
离开波片时合成光波的偏振性质，决振光通过波片后仍为自然光或部分偏振光
（2）若入射光为线偏振光，其光矢量E平行光轴或垂直于光轴，则从波片出射的光仍
为线偏振光。
（四）二分之一波片I门波片）与偏振光
光轴：在双折射晶体中有一特殊方向，当光沿着这个方向传播时，不发生双折射现象， 这个方向称为晶体的光轴。负晶体：o光折射率大于e光折射率，o光的传播速度小于e
光传播速度。反之为正晶体。冰洲石等为负晶体，石英等为正晶体。
o光和e光的吸收是不一样的，此特性称为二向色性。
偏振片：只允许光矢量在平行于某特定方向上的分量通过的光学器件。该方向称之偏 振片的透光轴。
3.如何获得椭圆偏振光和圆偏振光？
【实验原理】
（一）基本概念
光矢量：光是一种电磁波，是横波，相互垂直的振动矢量电场强度E和磁场强度H垂 直于波的传播方向，在光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E,用来表征光
波的振动，简称为光矢量E。
线偏振光（平面偏振光）：光矢量的方向不变大小随位相变化，在垂直于光波传播方 向的平圆偏振光、椭圆偏振光：光矢量随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传 播方向的平面上的轨迹是圆或者是椭圆。
（二）基本规律
（1）起偏与检偏
将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器，通常也叫偏振片。 本实验用到的是晶体起偏器。将偏振片用于检偏时称为检偏器。
按照马吕斯定律，强度为10的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为
【T0cos2e
式中e为入射光的偏振方向与检偏器透光轴之间的夹角。显然，当以光线传播方向
自然光：在垂直于光的传播方向上等概率地包含有各个横向光振动，各光振动彼此独 立无固定的位相关联。
部分偏振光：介于自然光和线偏振光之间的一种偏振状态，即光的振动虽也是各个方 向都有，但不同方向的振幅大小不一样，而且各个振动的位相也彼此无关。
图1光的偏振态
双折射：一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束。其中一束光遵守 通常的e
A 2rcus2 c-is21
对于波片，•‘2,金?0,所以
2i A2
【实验仪器】
如图3所示，本实验的仪器设备包括冰洲石（方解石），半导体激光器，电波片,
波片，偏振片，光电转换器，光电流计等。
图3.1
仪器装置
图3.2
检流计面板
图3.3偏振片和波片上的刻度盘
【实验内容】
1.
2.
3.
4.
5.透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角的关系。验证冃波片产生的
（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。即线偏振光经片光矢量振动方向转过了角。
（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。（五）四分之一波片（14波片）与偏振光
（1）若入射光为线偏振光，且透光轴与波片光轴成角，则当00，
为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性变化。当e时，透射光强度最
大；当e时，透射光强度最小（消光状态）；当 ⑹e时，透射光
强度介于最大值和最小值之间。
因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态。
⑵波片
波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴。
当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o光与e光。o光
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,其中
Acijc
Aou=Acsin（ .）
Aee与Aoe有一相位差 丨，它包含了，讨波片产生的相位差2,
还包含坐标轴投影引起的位相差。Aee与Aoe合成后的光矢量A2为
A2其干涉光强
222T A2 Aee Aoe 2AeeAoecos
偏振与双折射实验讲义
实验：偏振与双折射
【实验目的】
1.观察与了解光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象和规律。
2.3.
掌握一些光的偏振态的鉴别方法和测试技术。
4.了解波片的性质。
【预备问题】
1.自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光的定义。
2.如何用实验方法来区分自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光、线偏振光？
45Q900时，出射光为椭圆偏振光，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？）
（六）椭圆偏振光的产生和光强I的实验测量
P1）、检偏器（P2）和波片C（,7波片）等组成的光学系统获得（图2）。其光
圆偏振光。观测椭圆偏振光通过检偏器的光强。观察光学各向异性晶体中的双折射现象。
实验光源的偏振态鉴别（选做）
【实验步骤】
（一）透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角之间关系的测量
1.检查并调节激光光源，使其发出的光沿水平方向，然后将其固定（磁
力开关旋向“ON）。
2.如图4所示，将光电转换器放入光路，使其和光源同轴等高，确保光
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2,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）。
Ao=Asin0
Ae=Acos0
Ae,Ao通过.-"l波片C后将产生一位相差，对.-"1波片
的波长。3的称为二分之一波片（半
波片或 卫波片）；出2为四分之一波片（「1波片），
束垂直射在转换器狭缝的中心（如何判断？），并将其固定。调节检流
计的“衰减”旋钮及激光器的“功率”旋钮，使检流计电流在120.0左
右。
3.如图5
所示，加入起偏器P1P1计读数最大。
4.力口入检偏器P2,如图6所示。调节同轴等高后固定，旋转P2,找到
消光位置（光强最小，这里应选取最小的量程，以保证准确找到消光位置），
上面的k都是任意整数。不论半波片或4波片都是对一定波长而言的。
离开波片时合成光波的偏振性质，决振光通过波片后仍为自然光或部分偏振光
（2）若入射光为线偏振光，其光矢量E平行光轴或垂直于光轴，则从波片出射的光仍
为线偏振光。
（四）二分之一波片I门波片）与偏振光
光轴：在双折射晶体中有一特殊方向，当光沿着这个方向传播时，不发生双折射现象， 这个方向称为晶体的光轴。负晶体：o光折射率大于e光折射率，o光的传播速度小于e
光传播速度。反之为正晶体。冰洲石等为负晶体，石英等为正晶体。
o光和e光的吸收是不一样的，此特性称为二向色性。
偏振片：只允许光矢量在平行于某特定方向上的分量通过的光学器件。该方向称之偏 振片的透光轴。
3.如何获得椭圆偏振光和圆偏振光？
【实验原理】
（一）基本概念
光矢量：光是一种电磁波，是横波，相互垂直的振动矢量电场强度E和磁场强度H垂 直于波的传播方向，在光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E,用来表征光
波的振动，简称为光矢量E。
线偏振光（平面偏振光）：光矢量的方向不变大小随位相变化，在垂直于光波传播方 向的平圆偏振光、椭圆偏振光：光矢量随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传 播方向的平面上的轨迹是圆或者是椭圆。
（二）基本规律
（1）起偏与检偏
将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏，起偏的装置称为起偏器，通常也叫偏振片。 本实验用到的是晶体起偏器。将偏振片用于检偏时称为检偏器。
按照马吕斯定律，强度为10的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为
【T0cos2e
式中e为入射光的偏振方向与检偏器透光轴之间的夹角。显然，当以光线传播方向
自然光：在垂直于光的传播方向上等概率地包含有各个横向光振动，各光振动彼此独 立无固定的位相关联。
部分偏振光：介于自然光和线偏振光之间的一种偏振状态，即光的振动虽也是各个方 向都有，但不同方向的振幅大小不一样，而且各个振动的位相也彼此无关。
图1光的偏振态
双折射：一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束。其中一束光遵守 通常的e
A 2rcus2 c-is21
对于波片，•‘2,金?0,所以
2i A2
【实验仪器】
如图3所示，本实验的仪器设备包括冰洲石（方解石），半导体激光器，电波片,
波片，偏振片，光电转换器，光电流计等。
图3.1
仪器装置
图3.2
检流计面板
图3.3偏振片和波片上的刻度盘
【实验内容】
1.
2.
3.
4.
5.透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角的关系。验证冃波片产生的
（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。即线偏振光经片光矢量振动方向转过了角。
（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。（五）四分之一波片（14波片）与偏振光
（1）若入射光为线偏振光，且透光轴与波片光轴成角，则当00，
为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性变化。当e时，透射光强度最
大；当e时，透射光强度最小（消光状态）；当 ⑹e时，透射光
强度介于最大值和最小值之间。
因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态。
⑵波片
波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴。
当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o光与e光。o光
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,其中
Acijc
Aou=Acsin（ .）
Aee与Aoe有一相位差 丨，它包含了，讨波片产生的相位差2,
还包含坐标轴投影引起的位相差。Aee与Aoe合成后的光矢量A2为
A2其干涉光强
222T A2 Aee Aoe 2AeeAoecos
偏振与双折射实验讲义
实验：偏振与双折射
【实验目的】
1.观察与了解光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象和规律。
2.3.
掌握一些光的偏振态的鉴别方法和测试技术。
4.了解波片的性质。
【预备问题】
1.自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光的定义。
2.如何用实验方法来区分自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、部分偏振光、线偏振光？
45Q900时，出射光为椭圆偏振光，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？）
（六）椭圆偏振光的产生和光强I的实验测量
P1）、检偏器（P2）和波片C（,7波片）等组成的光学系统获得（图2）。其光
圆偏振光。观测椭圆偏振光通过检偏器的光强。观察光学各向异性晶体中的双折射现象。
实验光源的偏振态鉴别（选做）
【实验步骤】
（一）透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角之间关系的测量
1.检查并调节激光光源，使其发出的光沿水平方向，然后将其固定（磁
力开关旋向“ON）。
2.如图4所示，将光电转换器放入光路，使其和光源同轴等高，确保光
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2,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）。
Ao=Asin0
Ae=Acos0
Ae,Ao通过.-"l波片C后将产生一位相差，对.-"1波片