一 偏振光的产生和检验
【大学物理实验(含 数据+思考题)】偏振光的特性研究实验报告
实验3.4 光的偏振特性研究一、实验目的（1）了解自然光和偏振光的定义及特性。
（2）观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法。
（3）了解波片的作用和用波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。
二、实验仪器GSZ-Ⅱ光学平台（配有光具座、氦氖激光器及电源、扩束镜、偏振片、波片、观察屏等）。
三、实验原理1.自然光和偏振光的定义自然光：由普通光源所发射的光波，在光的传播方向上，任意一个场点，光矢量既有空间分布的均匀，又有时间分布的均匀性。
偏振光：光矢量相对于光的传播方向分布的非对称性。
部分偏振光：光波光矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势。
平面偏振光：光在传播的过程中光矢量的振动只限于某一特定的平面内。
圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量以一定的角速度转动它的方向，但大小不变，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个圆。
椭圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量即改变它的大小，又以一定的角速度转动它的方向，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个椭圆。
2.偏振光的产生及检验方法（1）平面偏振光的产生和检验方法：产生：本次实验中我们利用偏振片来生成平面偏振光。
偏振片是由具有二向色性的晶体制作成的，这些晶体对不同方向振动的光矢量具有不同的吸收本领，当自然光入射到这些晶体上时，透射光的光矢量仅在某一个特定的方向上，形成了平面偏振光。
检验：线性偏振光通过检偏器后，按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器，透射光的强度为I=I0cos2α,α=0/π时，透射光的强度最大，当α= (π/2)/(3π/2)时，透射光的强度为0，出现消光现象。
所以偏振器旋转一周，透射光的强度将发生强弱变化，并且消光两次，根据这个特点可以检测是否有平面偏振光。
（2）椭圆和圆偏振光的产生和检验方法：产生：波片是光轴平行于晶面的各向异性晶体薄片。
双折射是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。
13 14 第十三、四次课、偏振光的产生、检测和旋光现象
非偏振光
···
光轴 线偏振光 电气石晶片
7
一些各向同性的介质在受到外界作用时也会产生各向异性， 一些各向同性的介质在受到外界作用时也会产生各向异性， 并具有二向色性。 并具有二向色性。 人造偏振片。 利用该特性获取偏振光的器件叫做人造偏振片 利用该特性获取偏振光的器件叫做人造偏振片。
H偏振片 聚乙烯醇薄膜 偏振片
15
2、椭圆(圆)偏振光的产生 、椭圆 圆 偏振光的产生
可以借助波片将线偏振光变成椭圆(圆偏振光) 可以借助波片将线偏振光变成椭圆(圆偏振光) 波片将线偏振光变成椭圆 波片也称相位延迟器， 波片也称相位延迟器，能使偏振光的两个互相垂直的线偏振 也称相位延迟器 光之间产生一个相对的相位延迟，从而改变光的偏振态。 (分)光之间产生一个相对的相位延迟，从而改变光的偏振态。 对某个波长λ而言， 光在晶片中的光程差为λ 对某个波长λ而言，当o、e光在晶片中的光程差为λ的某个特 、 光在晶片中的光程差为 定倍数时，这样的晶片叫波晶片 简称波片 波晶片， 波片。 定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。 波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行。 波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行。
两光在晶片中的速度不同， 两光在晶片中的速度不同， 当通过厚度d的晶片后产生 当通过厚度 的晶片后产生 相应的相位差为： 相应的相位差为：
δ=
2π
两束线偏振分光的振幅为： 两束线偏振分光的振幅为：
λ
no − ne d
Ao = A sin α Ae = A cos α
两束振动方向互相垂直且有一定相位差的线偏振光叠加， 两束振动方向互相垂直且有一定相位差的线偏振光叠加，一 椭圆偏振光。 般得到椭圆偏振光 般得到椭圆偏振光。 波片制造时通常标出快（或慢） 波片制造时通常标出快（或慢）轴，称晶体中波速快的光矢 量的方向为快轴 与之垂直的光矢量方向即为慢轴 快轴， 慢轴。 量的方向为快轴，与之垂直的光矢量方向即为慢轴。
光偏振实验报告实验记载
一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光波横波性的认识。
2. 理解并验证马吕斯定律，掌握偏振光的产生和检验方法。
3. 掌握起偏器和检偏器的使用，熟悉不同偏振态光的产生与转换。
二、实验原理1. 光的偏振现象：光波是一种电磁波，其振动方向垂直于传播方向。
当光波通过某些特定介质或器件时，其振动方向发生改变，形成偏振光。
2. 马吕斯定律：当一束完全线偏振光通过一个偏振器时，透射光的光强与入射光的光强成正比，且透射光的光强与偏振器的偏振方向和入射光的光矢量振动方向的夹角有关。
3. 偏振光的产生和检验：利用起偏器和检偏器可以产生和检验偏振光。
起偏器可以使自然光变为线偏振光，检偏器可以检验光是否为偏振光。
三、实验仪器与用具1. 光具座2. 半导体激光器3. 偏振片4. 1/4波片5. 激光功率计6. 光屏四、实验步骤1. 将半导体激光器放置在光具座上，调整激光器的光束方向，使其垂直照射到偏振片上。
2. 将偏振片放置在光具座上，调整其偏振方向，观察光屏上的光强变化。
3. 在偏振片后放置1/4波片，调整1/4波片的光轴方向，观察光屏上的光强变化。
4. 将检偏器放置在1/4波片后，调整检偏器的偏振方向，观察光屏上的光强变化。
5. 改变偏振片和1/4波片的相对位置，观察光屏上的光强变化，验证马吕斯定律。
6. 利用偏振片和1/4波片产生椭圆偏振光和圆偏振光，观察光屏上的现象。
五、实验结果与分析1. 在实验过程中，当偏振片的偏振方向与入射光的光矢量振动方向平行时，光屏上的光强达到最大；当偏振片的偏振方向与入射光的光矢量振动方向垂直时，光屏上的光强达到最小。
2. 当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向平行时，光屏上的光强达到最大；当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向垂直时，光屏上的光强达到最小。
3. 在实验过程中，改变偏振片和1/4波片的相对位置，验证了马吕斯定律。
4. 通过实验观察，产生了椭圆偏振光和圆偏振光，并观察到了相应的现象。
光的偏振偏振光的产生和特性
光的偏振偏振光的产生和特性光的偏振——偏振光的产生和特性光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
当光通过某些介质或物体时，它的振动方向可能会发生变化，这就是光的偏振现象。
偏振光是指在特定方向上振动的光波，与传统的自然光相比，它具有明显的方向性和特性。
一、偏振光的产生偏振光的产生可以通过吸收、散射和干涉等过程实现。
以下是几种常见的偏振光产生方式：1. 吸收偏振当自然光通过吸光性较强的介质或物体时，部分光波会被吸收，而剩下的光波则在特定方向上振动，形成偏振光。
这种偏振方式常见于偏振片等介质。
2. 散射偏振当光通过物体表面或颗粒时，发生散射现象。
在散射过程中，光的振动方向与原先传播方向有差异，造成偏振。
此种偏振方式比较复杂，其具体机制与物体的形状、大小和光的波长等有关。
3. 双折射偏振某些晶体或材料在光的传播过程中会发生双折射现象。
双折射是指光在物质中传播时，由于晶体的结构特性而分成了两股光线，这两股光线的振动方向不同，因此形成了偏振光。
二、偏振光的特性偏振光具有一些特殊的属性，这些特性决定了偏振光在科学、技术和日常生活中的应用价值。
1. 方向性偏振光的最显著特点就是具有明确的振动方向。
根据振动方向的不同，可以将偏振光分为水平偏振光、垂直偏振光、45度偏振光等。
方向性使得偏振光在光学显微镜、液晶显示器等设备中起到非常重要的作用。
2. 平行性与自然光相比，偏振光具有更好的平行性。
这意味着偏振光能够聚焦成更为集中的光束，使得其在激光器、投影仪等光学器件中应用广泛。
3. 强度衰减偏振光在传输过程中会因各种因素产生强度衰减。
这种衰减可以用偏振度来描述，偏振度是指光的偏振强度与总强度之比。
常见的偏振度包括线偏振度和环偏振度，用来衡量光的振动方向偏离程度。
4. 与介质的相互作用偏振光与物质之间的相互作用非常复杂。
不同的介质对偏振光的传播影响也不同，包括偏振光的折射、反射和吸收等现象。
这种与介质的相互作用使得偏振光在材料分析、生物医学和通信等领域有广泛的应用。
偏振光的产生与检验.
偏振光的产生与检验摘要一直以来我们都知道光是一种波,波有纵波横波之分，但是一度时期对光波是纵波还是横波的定性找不到有力的证据。
自从马吕斯发现了光的偏振现象以后，人们可以直观的发现光的振动方向与光的传播方向成90度角，即光波是横波。
这也是符合光的电磁理论的。
本文通过分类、图像和实验的方法分析验证光的偏振现象。
以便加深对光的理解与认识，为日后对光的应用的研究做准备。
关键词波片；偏振片；线偏振光；椭圆偏振光；圆偏振光目录0引言 .................................................................................................................................... 2 1. 波片 . (2)1.1 41波片的作用 (4)2. 偏振光的种类 (5)2.1 线偏振光 (8)2.1.1线偏振光的产生 ............................................................................................ 8 2.1.2线偏振光的检验 ............................................................................................ 9 2.2 椭圆偏振光 (9)2.2.1椭圆偏振光的产生 ........................................................................................ 9 2.2.2椭圆偏振光的检验 ...................................................................................... 11 2.3圆偏振光 (12)2.3.1圆偏振光的产生 .......................................................................................... 12 2.3.2圆偏振光的检验 (12)参考文献 ............................................................................................................................. 14 致谢 . (14)0引言自马吕斯发现了光的偏振现象，推翻了当时人们对传播光波的媒介的假设，解除了很多人所受原有思想的限制。
偏振光的产生和检测
偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。
与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。
偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。
此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。
一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。
由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。
2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。
偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。
当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。
当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。
椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。
二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。
当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。
通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。
2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。
当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。
通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。
实验报告_偏振光的产生和检验(北京师范大学)
【实验题目】偏振光的产生和检验【实验记录与数据处理】
1．线偏振光的获得与检验
1）器件光路示意图(2分)：
3）贴图(3分)：曲线（直角坐标）
2．椭圆偏振光的获得与检验
1）器件光路示意图(2分)：
2）测量记录(1分) θ：P2夹角：波片夹角I：光电流强度
3）贴图(5分)：15°和45°的曲线图（极坐标）
光强与检偏器角度的关系（Φ=15︒）
光强与检偏器角度的关系（Φ=45︒）3. 1/2波片的研究
1）器件光路示意图(2分)：
3）结论(2分)：关系；
由图可知，θ∆∆Φ~成线性关系，且直线的斜率为2
4．玻璃起偏与Brewster 角的测定 1）器件光路示意图(2分)：
2）Brewster 角p i 的测量记录(1分)
3）玻璃的折射率(3分)。
==p i n n tan 0
【结论与讨论】
【课后问题】（5分）
讨论：如何利用波片与偏振光片判别圆偏振光与自然光？
报告成绩（满分30分）：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽指导教师签名：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽日期：⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽⎽。
光偏振现象实验报告
一、实验目的1. 观察光的偏振现象，了解光偏振的基本规律。
2. 掌握偏振光的产生、检验及其相关光学元件的使用方法。
3. 通过实验验证马吕斯定律，加深对偏振光理论知识的理解。
二、实验原理光是一种电磁波，其电场矢量在不同方向上的振动决定了光的偏振状态。
当光波通过某些光学元件（如偏振片、波片等）时，其振动方向会发生变化，从而产生偏振光。
1. 偏振光的产生：自然光通过偏振片后，由于偏振片的透光方向限制，光波振动方向被限定在一个特定的平面上，从而产生线偏振光。
2. 偏振光的检验：通过偏振片观察线偏振光，可以看到明暗交替的现象，这种现象称为消光现象。
当偏振片的透光方向与线偏振光的振动方向垂直时，光无法通过偏振片，产生消光现象。
3. 马吕斯定律：当线偏振光通过第二个偏振片（检偏器）时，光强与两个偏振片透光方向夹角的余弦平方成正比。
即 I = I₀ cos²θ，其中 I₀为入射光强，θ 为两个偏振片透光方向的夹角。
三、实验仪器与材料1. 自然光源（如太阳光、激光等）2. 偏振片（两片）3. 波片（1/2波片、1/4波片）4. 支架5. 铁夹6. 光具座7. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将自然光源放置在光具座上，调整光源方向，使其垂直于光具座。
2. 将第一片偏振片固定在支架上，使其透光方向与光源方向垂直。
3. 将第二片偏振片固定在支架上，调整其透光方向与第一片偏振片透光方向的夹角。
4. 观察通过第一片偏振片后的光，可以看到明暗交替的现象，即消光现象。
5. 调整第二片偏振片的透光方向，使其与第一片偏振片透光方向重合，观察光强。
6. 改变第二片偏振片的透光方向，记录不同夹角下的光强。
7. 将波片（1/2波片、1/4波片）插入第一片偏振片与第二片偏振片之间，观察光强变化。
8. 重复步骤6和7，记录不同波片插入后的光强变化。
五、实验结果与分析1. 通过第一片偏振片后的光产生消光现象，说明自然光经过偏振片后成为线偏振光。
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实验十一 偏振光的产生和检验
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。
一、实验目的
1、观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。
2、掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
二、实验原理
1、偏振光的概念
光的波动的形式在空间传播属于电磁波，它的电矢量E 与磁矢量H 相互垂直。
E 和H 均垂直于光的传播方向，故光波是横波。
实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E 的方向定为光的振动方向。
自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。
这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。
自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。
如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。
偏振光电矢量E 的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。
2、获得线偏振光的方法
自然光变成偏振光称作起偏，可以起偏的器件分为透射和反射2种形式。
(1) 反透射式起偏器
自然光在两种媒质的界面处反射和折射，当入射角b φ满足12tan /b n n φ=时，
反射光成为振动 方向垂直于入射面的线偏振光，这个规律称布儒斯特定律，b
φ
称为布儒斯特角或起偏角，而折射光为部分偏振光。
如果自然光以入射角b φ投射在多层的玻璃堆上，经过多次反射后，透射出的光也接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。
(2)透射式起偏器
晶体起偏器：利用某些晶体的双折射现象可以获得较高质量的线偏振光，如尼科尔棱镜，这类偏光器件价格昂贵。
偏振片：一般用具有网状分子结构的高分子化合物——聚乙烯醇薄膜作为片基，将这种薄膜浸染具有强烈二向色性的碘，经过硼酸水溶液的还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍以上而制成。
这种偏振片称H 偏振片。
此外用另外方法还可制成K 偏振片、L 偏振片。
3、马吕斯定律
自然光通过偏振片变成光强为
0I ，振幅为A 的线偏振光，再垂直入射到另一块偏振片上，出射光强为：
20cos I I θ=
这就是马吕斯定律。
θ为两偏振片透振方向之间的夹角。
4、波片的偏光作用
单轴晶体制成厚度为L ，表面平行于光轴的片,称波片。
波片有正晶体或负晶体之分。
一束振幅为A 的线偏振光垂直入射在波片表面上，且振动方向与光轴夹角为θ，在晶体内分解成o 光和e 光，振幅分别是
0sin A A θ=，cos e A A θ=。
经过波片后，二光产生位相差：
02()/o e n n L φπλ∆=-
式中, 0λ为光在真空中的波长；o n 、e n 为晶片对o 光和e 光的折射率。
因为波片能使o 光或e 光的位相推迟，又称为位相推迟器。
o 光和e 光振动方向相互垂直，频率相同，位相差恒定，由振动合成可得：
这是椭圆方程式，代表椭圆偏振光。
当2k φπ∆=（1,2,3...k =）及
o e A A =时，合成振动为圆偏振光。
三、主要仪器及耗材
1：白光源（GY-6A ） 8：偏振片
2：凸透镜（f′=150mm ） 9：X 轴旋转二维架（SZ-06）
3：二维调节架（SZ-07） 10：升降调节座（SZ-03）
4：可调狭缝（SZ-27） 11：升降调节座（SZ-03）
5：光学测角台（SZ-47） 12：二维平移底座（SZ-02）另需钠灯、氦 6：升降调节座（SZ-03） 氖激光器、1/4波片及架、冰洲石及转动 7：黑玻璃镜 架和扩束器
四、实验内容和步骤
图11-1 实验装置
(a)
（b ）
图11-2 实验示意图
1、测布儒斯特角，定偏振片光轴：按图11-1所示，使白光源灯丝位于透镜的焦平面上（此时二底座相距162mm ），近似平行光束通过狭缝，向光学台分度盘中心的黑玻璃镜入射，并在台面上显出指向圆心的光迹。
此时转动分度盘，对任意入射角，利用偏振片和X 轴旋转二维架组成的检偏器检验反射光，转动0360，观察部分偏振光的强度变化。
而当光束以布儒斯特角iB 入射时，反射的线偏振光可被检偏器消除（对n=1.51,00 57φ≈）。
该入射角需反复仔细校准。
因线偏振光的振动面垂直于入射面，按检偏器消光方位可以定出偏振片的易透射轴。
2、线偏振光分析：使钠光通过偏振片起偏振，用装在X 轴旋转二维架上（对准指标线）的偏振片在转动中检偏振，分析透过光强变化与角度的关系。
3、椭圆偏振光分析：使激光束通过扩束器、狭缝和黑镜产生线偏振光，再通过1/4波片之后，用装在X 轴旋转二维架上的偏振片在旋转中观察透射光强变化，是否有两明两暗位置（注意与上一项实验现象有何不同），在暗位置，检偏器的透振方向即椭圆的短轴方向。
4、圆偏振光分析：在透振轴正交的二偏振片之间加入1/4波片，旋转至透射光强恢复为零处，从该位置再转动45°，即可产生圆偏振光。
此时若用检偏器转动检查，透射光强是不变的。
3和4应使用白屏观察。
5、利用冰洲石及可转动支架，可以观察和分析该晶体的双折射现象。
让自然光（例如钠光）通过支架上的一个小孔入射冰洲石晶体，用眼睛在适当距离能够看到光束一分为二；转动支架，又能判别寻常光（o光）和非寻常光（e光）。
进而用检偏器确定o光和e光偏振方向的关系。
五、数据处理与分析
1、分析实验结果，讨论误差形成原因；
2、自拟表格记录实验数据。
六、实验注意事项
1、实验中各元件不能用手摸，实验完毕后按规定位置放置好。
2、不要让激光束直接照射或反射到人眼内。
七、思考题
1、描述波片的主要参数是什么?如何区分偏振片和波片?无其它元件，如何大致判断偏振片的透振方向？
2、实验时，各元件应如何正确放置？为什么？
3、偏振光的获得方法有哪几种？
4、波片的厚度与光源的波长什么关系？
5、通过起偏和检偏的观测，你应当怎样判别自然光和偏振光？
6、什么是马吕斯定律？本实验如何验证此定律？
7、如何区别部分偏振光和椭圆偏振光？。