偏振光的观察与研究
偏振光现象的观察和分析
偏振光现象的观察和分析引言：光的偏振现象有法国工程师马吕斯首先发现。
对光偏振现象的研究清楚地显示了光的横波性，加深了人们对光传播规律的认识。
近年来光的偏振特性在光调制器、光开关、光学计量、应力分析、光信息处理、光通信、激光、光电子器件中都有广泛应用。
本实验利用偏振片和1/4波片观察光的偏振现象，并分析和研究各种偏振光。
从而了解1/4波片和1/2波片的作用及应用，加深对光偏振性质的认识。
实验原理1、 偏振光的种类。
光可按光适量的不同振动状态分为五类：（1）线偏振光 （2）自然光 （3）部分偏振光（4）园偏振光 （5）椭圆偏振光使自然光变成偏振光的装置称为起偏器，用来检验偏振光的装置称为检偏器。
2、 线偏振光的产生。
（1）反射和折射产生偏振自然光以 i B =arc tan n 的入射角从空气入射至折射率为n 的介质表面上时，反射光为线偏振光。
以 i B 入射到一叠平行玻璃堆上的自然光，透射出来后也为线偏振光。
（2）偏振片。
利用某些晶体的二向色性可使通过他的自然光变成线偏振光。
（3）双折射产生偏振。
自然光入射到双折射晶体后，出射的o 光和e 光都为线偏振光。
3、 波晶片4、 线偏振光通过各种波片后偏振态的改变。
在光波的波面中取一直角坐标系，将电矢量E 分解为两个分量E X 和E y ，他们频率相同都为ω，设E y 相对E X 的相位差为∆φ，即有E X =A x cos ωt （2）E y =A y cos(ωt +∆φ) （3）由（2）、（3）两式得，对于一般情况，两垂直振动的合成为： e 轴O 轴 θ 光轴图 1E x2 A x2+ E y2A y2−2 E x2 E y2A x2A y2cos∆φ=sin2∆φ（4）注意对于线偏振光通过波片的情况∆φ取决于o光和e光入射时的相位差和由波晶片引起的相位差δ之和；而 E X为线偏振光振幅E在o轴的分量， E y为e轴的分量。
从上面垂直振动合成的一般情况出发可以得出以下结论：（1）线偏振光的振动方向与波片的光轴夹角为θ或π/2，或者通过1/2波片仍为线偏振光。
偏振光现象的观察和分析
偏振光现象的观察和分析偏振光的观察可以通过一些特定的实验装置来实现。
例如，可以使用偏振片和分析器来检测光的偏振状态。
偏振片是一种光学元件，它能够选择性地通过振动方向与特定方向相同的光，而将其他方向的光消除或减弱。
这样，当光通过偏振片时，只有特定方向的光能通过，其他方向的光被过滤掉了。
而分析器是另一种偏振片，在实验中用于检测偏振光。
当通过偏振片的光到达分析器时，如果它们的振动方向相同，那么光将能够通过分析器，我们可以观察到透过分析器的光强度。
如果它们的振动方向不同，那么光将被分析器阻止通过，我们将观察不到通过分析器的光。
通过使用偏振片和分析器的实验装置，可以进行一系列的观察和分析。
首先，我们可以通过调整偏振片和分析器之间的相对角度来观察最大和最小光强的变化。
当振动方向相同时，光强度最大，当振动方向垂直时，光强度最小。
通过这一观察结果，我们可以得出结论，光强度与振动方向之间存在关联。
其次，我们可以观察光的偏振状态的改变。
例如，可以用线性偏振光源辐射出一个固定方向的偏振光，然后通过一系列的偏振片和分析器来调整光的偏振状态。
通过观察光在不同偏振状态下的传播特性，我们可以了解光的偏振性质以及不同偏振状态下光的行为差异。
除了观察外，我们还可以进一步分析偏振光的性质。
例如，通过使用偏振片和分析器，我们可以测量通过透过分析器的光强度，并进一步计算出偏振光的偏振度。
偏振度是一种度量光偏振状态的物理量，它可以用来描述光的偏振程度。
对于完全偏振的光来说，其偏振度为1，而对于完全偏振的光来说，其偏振度为0。
此外，偏振光的观察和分析还可以应用于实际生活中的一些领域。
例如，在电子显示技术中，液晶显示器使用偏振器和光调制器来控制光的偏振状态，从而实现图像的显示和切换。
在光通信中，偏振光也被广泛应用于光纤传输和光信号处理中，以提高传输速率和信号质量。
总之，偏振光现象的观察和分析可以帮助我们更深入地了解光的性质和行为。
通过观察光的光强度变化以及偏振状态的改变，我们可以探索光的偏振性质和对其进行分析。
大学物理实验《偏振光的观测与研究》
实验偏振光的观测与研究偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。
同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。
如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。
【实验目的】1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。
2．掌握偏振光的产生和检验方法。
3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。
4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。
【实验仪器】光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。
【实验原理】按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。
在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。
其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。
根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，则称为偏振光。
1．获得偏振光的方法（1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光。
当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得：0tan n φ= （3-51）其中，n 为折射率。
（2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光，其振动在入射面内。
图3-26 自然光（3）晶体双折射产生的寻常光（o 光）和非常光（e 光），均为线偏振光。
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。
偏振光现象的研究实验报告
偏振光现象的研究实验报告一、实验目的本实验旨在通过观察和分析偏振光现象，深入理解光的偏振性质，掌握偏振片和检偏器的使用方法，并学会分析和解释实验数据。
二、实验原理偏振光是一种特殊的光线，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
自然光在不受外力作用的环境中产生，其光波的振动方向是随机的，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。
而偏振光则只有在一个特定方向上存在振动。
三、实验步骤1. 准备实验器材：光源、偏振片、检偏器、屏幕、测量尺、坐标纸。
2. 打开光源，使光线通过偏振片，观察光线的变化。
3. 旋转偏振片，观察光强的变化，找到使光强最弱的偏振角度。
4. 将检偏器旋转至与偏振片相同的偏振角度，观察光强的变化。
5. 记录实验数据，绘制光强与偏振角度的关系图。
6. 分析实验结果，得出结论。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们观察到当自然光通过偏振片后，光线变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
旋转偏振片时，光强会发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。
记录实验数据并绘制了光强与偏振角度的关系图。
2. 结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：（1）自然光通过偏振片后，变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
这说明偏振片具有使光线偏振的作用。
（2）旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。
这说明检偏器具有检测偏振光的作用，当检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向一致时，透射的光强最小。
（3）根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强最小，此时两者之间的夹角为90度。
这说明检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向垂直时，透射的光强最大。
五、结论总结本实验通过观察和分析偏振光现象，深入理解了光的偏振性质。
实验结果表明，自然光通过偏振片后变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动；旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值；根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当两者之间的夹角为90度时，透射的光强最大。
偏振光的观察与研究实验报告
偏振光的观察与研究实验报告一、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。
观测椭圆偏振光和圆偏振光。
二、实验仪器偏振光观察与研究的实验装置包括一下几个部分:光源（可发出多种类型激光），偏振片,波晶片（λ/2 和λ/4 波长)，光屏。
1.光源：双击实验桌上光源小图标弹出光源的调节窗体.单击调节窗体的光源开关可以切换光源开关状态;可以选择光源发出光的类型，包括自然光、椭圆偏振光、圆偏振光、线偏振光、部分偏振光。
光源默认发出是自然光.2.偏振片:双击桌面上偏振片小图标,弹出偏振片的调节窗体。
初始化时偏振片的旋转角度是随机的,用户使用时需要手动去校准。
最大旋转范围为360°，最小刻度为1°。
可以通过点击调节窗体中旋钮来逆时针或顺时针旋转偏振片。
3.波晶片：分为λ/2 和λ/4 波长波片,双击桌面上波晶片小图标，弹出波晶片的调节窗体。
初始化时波晶片的旋转角度是随机的,用户使用时需要手动去校准.最大旋转范围为360°，最小刻度为1°。
三、实验原理1。
偏振光的概念和产生：光的偏振是指光的振动方向不变，或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。
光有五种偏振态：自然光（非偏振光)，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光.反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。
在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光(s分量）。
折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直。
2. 改变偏振态的方法和器件：①光学棱镜：如尼科耳棱镜、格兰棱镜等,利用光学双折射的原理制成的；②偏振片：它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过,因而产生线偏振光。
偏振光的观察与研究实验原理
偏振光的观察与研究实验原理
偏振光是光学中的一个重要概念，它涉及到光的振动方向和传播方向的不对称性。
以下是偏振光的观察与研究实验原理：
1. 偏振光的定义：偏振光是指光的振动方向相对于传播方向具有不对称性。
只有横波才能产生偏振现象，而光波是一种电磁波，因此具有偏振性质。
2. 偏振光的分类：根据振动方向与传播方向的关系，偏振光可以分为自然光、线偏振光、局部偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光五种。
3. 产生偏振光的方法：
利用光的反射和折射：当光在界面上反射或折射时，光的振动方向会发生变化。
通过调整入射角，可以在特定条件下获得线偏振光。
当入射角为布雷斯特角时，反射光成为完全线偏振光。
利用光学棱镜：尼科尔棱镜和格兰棱镜等光学棱镜可以将自然光转化为线偏振光。
利用偏振片：偏振片可以由自然光得到线偏振光，通过改变偏振片的放置角度，可以得到不同偏振态的光。
4. 改变光的偏振态的元件：波晶片。
平而偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片表而，会产生双折射现象。
利用此特性，可以通过改变波晶片的放置角度来改变出射光的偏振态。
在实验中，通常会使用各种设备来观察和研究偏振光，例如偏振分束器、检偏器等。
通过调整这些设备的参数和角度，可以观察到不同偏振态的光的特性，进一步了解光的偏振性质。
总之，偏振光的观察与研究实验主要涉及光的反射、折
射、通过光学棱镜和偏振片产生偏振光的方法，以及利用波晶片改变光的偏振态的原理。
通过这些实验，可以深入了解光的偏振性质及其在光学中的应用。
偏振光的观测与研究实验注意事项
偏振光的观测与研究实验注意事项偏振光是一种波长为567 nm的光，具有波长长范围大的特点。
偏振光是一种很难观测到的光，一般情况下只有在强振动或者长时间震动的环境中才能观测到，但是我们可以通过偏振光所发出的光进行测量。
偏振是一种光波，它由偏振光的激发而产生，我们把它叫做偏振光。
我们通过偏振光对光子发出光的位置进行测量就可以获得光子的偏振方向。
如果在光线传播的过程中，光线方向始终和偏振光的偏振方向保持一致就可以观测到光子的偏振方向。
所以在实验上对偏振方向观测实验是十分必要的。
今天为大家介绍偏振光观测实验时必须注意事项。
1.由于偏振光具有强烈的激发性质，所以必须保持偏振光的光强与光激发强度一致，实验中必须保证偏振光具有良好的亮度，才能观测到偏振光。
一般情况下，如果偏振光的亮度非常高，而光强很小，就不能很好地被测量出来。
因此，为了提高偏振光强度以获得最佳的光强和偏振方向，我们必须对偏振光进行严格的控制，使其亮度尽量高和其光强尽可能大。
一般情况下，为了使偏振光的光强尽量大，最好同时也要保证偏振方向与光强的一致性。
在偏振光观测实验中常用的偏振光源有: LED光源、卤素光源、氮化镓光源等。
不同类型的光源具有不同的光强范围与激发强度：其中最好的光源适用于较强振动光线下观测，如用来拍摄偏振光时使用最好的光源。
光源通常采用卤素光源或氮化镓光源。
由于这种光源强度很高，光束中几乎不含有其他成分，所以我们可以通过调节光源亮度来达到最佳的光强和偏振光性能。
当光源中存在着各种成分时，我们需要特别注意光源亮度与激发强度之间有一个简单匹配关系。
2.要想获取偏振光的光强，在光线传播过程中一定要保持与偏振光偏振方向一致，而且必须保证偏振光不受环境因素的影响。
因为偏振光的传播速度会受到很多的影响。
一般情况下只要偏振光偏振方向与光线传播方向一致就可以获得一定程度上的光强。
但是如果偏振光传播速度与光线传播速度不同，则会导致偏振光发射出的光强和偏振光的偏振方向产生较大的差异。
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实验报告
PB09214023葛志浩 PB09214047卢焘 2011-11-22 得分：
实验题目：偏振光的观察与研究
实验目的:1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。
2．了解偏振光的分类以及产生和检验方法，掌握马吕斯定律。
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：激光器，起偏器，检偏器，硅光电池，1/4波片，光电流放大器，分束板。
实验原理：
一，偏振光的基本概念和分类
光的偏振是指光的振动方向不变，或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。
光有五种偏振态：自然光（非偏振光），线偏振光，部分偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光
二，产生偏振光的方法：
1，利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。
反射光中的垂直于入射面的光振动（称s 分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。
在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值（称为布雷斯特角）时，反射光成为完全线偏振光（s 分量）。
折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。
该方法是可以获得线偏振光的方法之一。
通过测量介质的布雷斯特角可以得到介质的折射率。
1
2
n n tg =
α ）1（
2，利用光学棱镜，如尼科尔棱镜，格兰棱镜等。
3，利用偏振片。
三，改变光的偏振态的元件——波晶片。
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。
线偏振光垂直入射1/4波片，其振动方向与波片光轴成角θ，则出射光的偏振态与θ的关系如下： 1，2
0π
θ或=时，出射光为线偏振光；
2，4
π
θ=
时，出射光为圆偏振光；
3，θ为其它值时，出射光为椭圆偏振光。
利用偏振片可以由自然光得到线偏振光，利用1/4波片可以由线偏振光得到圆偏振光和椭圆偏振光。
四，马吕斯定律：θ20cos I I = （2）
实验内容及步骤：
一，调节仪器和观察消光现象。
如图（一）所示放置好实验仪器，旋转P2，观察出射光强的变化。
二，验证马吕斯定律。
如图（二）所示放置好实验仪器，将P1度盘读数调为0，旋转P2，记录P2度盘读数θ和D1，D2光电流读数21I I ，。
三，根据布雷斯特定律测定介质的折射率。
如图（三）所示放置好实验仪器，调节P1使D2读数最小，再调节样品角度α使D2最小。
四，产生和检验圆偏振光和椭圆偏振光。
如图（四）所示放置好实验仪器，使P1和1/4波片光轴夹角θ分别为2
3460π
πππ，，，，，
旋转P2，观察D 读数变化。
判断1/4波片后出射光的偏振态。
实验记录及数据处理： 一，观察消光现象。
当P1，P2光轴方向夹角为0时，出射光强最大，当夹角由0变化至2
π
时，光强逐渐减小，在夹角达到2
π
时出现消光现象。
二，验证马吕斯定律。
θ，21I I ，测量值以及相应的θ2
cos 和
1
2
I I 的计算值如下表所示
利用Origin 做出
θ21
2
cos -I I 曲线如下图所示：
由上图可知在误差允许的范围内1
2I I 与θ2
cos 成正比，即验证了马吕斯定律。
三，根据布雷斯特定律测定介质的折射率。
六次测得的布雷斯特角α分别为
57.5
55.9 56.0 56.8 56.1 56.0
984.04.566
0.561.568.560.569.555.57==+++++=
α
5
4.56-1.564.56-8.564.56-0.564.56-9.554.56-
5.572
2222）（）（）（）（）（ ++++=
σ
6.04.56-0.562
=）
（
24.066.06===σ
A u
020.06
05.0C ==∆=仪B u
取置信概率P=， 则
010.06.0)020.096.1()24.057.2()()(2222==⨯+⨯=+= B p A p u k u t U α
故 010.0984.0±=α 95.0=p 玻璃折射率αtg n = 故有 505.1984.0tg tg n ===α，
对αtg n =两边取微分， 得 αα
2cos dn d =
，
写成不确定度符号， 得 03.0984
.0cos 010
.0cos U 22n ===ααU 。
从而 03.051.1n ±= 95.0=p
四，产生和检验圆偏振光和椭圆偏振光。
θ取不同值时，转动P2，出射光强变化现象及相应的1/4波片后出射光的偏振态如下表
实验总结： 本次实验的误差主要是由仪器的精度误差和估读误差造成的，在误差允许的范围内，并不影响对马吕斯定律的验证以及对偏振光各种性质的观察和研究。
通过这次实验，我们加深了对偏振光的各种概念，性质的理解，掌握了利用布雷斯特定律测量介质折射率的方法。
此外，通过这次实验，我们熟悉了自主设计一个实验的方法和流程，提高了我们的自主创新能力和实验的技巧。
本次实验最大的遗憾就是我们原计划是在设计完实验步骤后，先用仿真实验做一遍检验方案是否可行，然后再用真实实验再做一遍，以便二者互补。
只可惜由于实验室仪器不够，真实实验无法进行。
虽然仿真实验对于观察实验现象，检验物理性质，验证实验定律这些目的都能达到但是毕竟不是真正动手做实验，对于真实实验操作过程中的一些困难，技巧我们无法完全掌握，不利于我们动手能力的提高，因此，今后如果有机会的话我们希望能做一遍偏振光的观察和研究的真实实验。
实验后的一些思考：
1，如何辨别自然光和圆偏振光
如图（五）所示，让待测光先后通过 1/4波片和偏振片P ，转动偏振片P 的光轴角度，如果光屏上的光强不变，则待测光为自然光，若光屏上的光强变化，并且出现消光现象，则待测光为圆偏振光。
2，如果将实验内容（四）中的1/4波片改为1/2波片，实验现象如何 在这种情况下，无论θ取何值，转动P 都会出现光强变化且每2
π
出现消光的现象，因为出射光始终为线偏振光。
本次实验的任务分工：
一，实验前两人分别搜集关于偏振光实验的资料，各自写一份实验设计方案，然后一起将两份方案整合成为一份实验方案。
二，实验时，葛志浩负责实验操作，卢焘负责数据记录。
三，实验后卢焘负责数据处理，两人共同对本次实验作出总结，并提出一些问题进行讨论。
四，最后，卢焘负责将所有材料整理为一份完整的实验报告。