线偏振光进入波片后
物理小论文--偏振光的产生与应用
偏振光的产生与应用班学号：张壮壮摘要：本文通过介绍几种产生偏振光的方法和技术及其原理的分析、偏振光的应用，让读者们对偏振光的产生和应用有个初步的了解。
关键词：偏振光、产生、原理、应用、尼科尔棱镜、双折射、布儒斯特定律、折射起偏、二向色性、波片、偏振片、光弹性学、光学活性物质、旋光度。
引言：近些年来，光学的应用范围急剧扩大，其中偏振光，首先在物理学领域，其次在化学与工程学领域中，作为主要的测量手段起到了重要的作用。
长期以来以结构的应力分析为中心的光弹性学一直应用于实际。
生活中偏振光的应用也不胜枚举，如可有效避免交通事故的装有偏振片的汽车车灯和前窗玻璃、液晶显示器、测定糖度的糖度计甚至我们观看的3D电影都和偏振光的应用密切相关。
正文：一、偏振光的产生：1.直线偏振光的产生A．利用晶体的双折射--尼科尔棱镜原理：一束入射光进入各向异性的媒质后，分裂成沿不同方向折射的两束光，称为双折射。
其中一束遵守折射定律，成为寻常光，简称o光，另一束不遵守折射定律，成为非寻常光，简称e光。
o光和e光都是线偏振光。
尼科尔棱镜结构如下图(1),其中AN垂直于AC,AN段为折射率介于方解石的n o和n e的透明加拿大树胶，自然光沿平行于棱边AM方向入射到第一块棱镜端面上，这时入射角为22度，进入棱镜后分为寻常光o光和非常光e光，o光以76度入射到加拿大树胶上，因入射角超过临界角度，所以发生全反射，而e光射到树胶上不发生全反射，从棱镜的另一端射出。
图(1)B．利用反射的布儒斯特定律—玻璃片堆获取线偏振光自然光射到两种媒质的分界面上，要发生反射和折射，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直于入射面的光振动比较强，在折射光中，平行于入射面的光振动比较强。
如图(2)，当入射角i B满足tani B=n2/n1时，反射光中，平行于入射面的光振动消失，反射光成为振动方向垂直于入射面的线偏振光，而折射光仍为部分偏振光，此即为布儒斯特定律。
偏振光经过1_4波片后偏振态的变化
椭圆偏振光入射
分析同上 ，若入射光是右旋或左旋椭圆偏振光 ，出射光是光矢量与 x 轴成 ± θ 角的线偏振光 ． 1 ± i π 1 ( 3 ) 波片快轴和 x 轴方向成 ± ，波片的琼斯矩阵 Pλ / 4 = ． 4 樤2 ± i 1 珟 珟 ' ' E E cos θ x x 若入射光是右旋椭圆偏振光，即 珟 经 过 波 片 的 出 射 光 为 = ， 1 / 4 : = 珟 ' － isin θ Ey E'y 珟 E cos θ cos θ± isin θ x 1 ，是椭圆偏振光 ． 若入射光是左旋椭圆偏振光 ， 即 珟 = ， 经过 1 / 4 波片的 樤 2 ± icos θ － sin θ isin θ Ey 珟 ' E cos θisin θ x 1 出射光为 珟 = ，是椭圆偏振光 ． ' 樤 2 ± icos θ + sin θ Ey 综上 ，椭圆偏振光通过 1 / 4 波片 ， 椭圆主轴与波片快 ( 慢 ) 轴一致时 ， 出射光为线偏振光 ; 椭圆主轴与波 片快 ( 慢 ) 轴成任意角时 ，出射光为椭圆偏振光 ． 2． 2． 3 圆偏振光 1 0 ( 1 ) 波片快轴沿 y 方向，波片的琼斯矩阵 Pλ / 4 = － ． 0 －i 珟 珟 ' E E 1 1 x x 1 1 若入射光是右旋圆偏振光 ，即 珟 = ，是光矢 ，经过 1 / 4 波片的出射光为 : 珟 = ' 樤2 －i 樤2 －1 Ey Ey 珟 E 1 x 1 量与 x 轴成 － π / 4 的线偏振光 ． 若入射光是左旋圆偏振光 ，即 珟 = ，经过 1 / 4 波片的出射光为 : 樤2 i Ey 珟 ' E 1 x 1 = ，是光矢量与 x 轴成 π / 4 的线偏振光 ． 珟 ' 樤2 1 Ey
物理光学期末试题
1.波动方程，光程、光程差、相位差2.杨氏干涉、薄膜干涉(等倾、等厚) （重点）3.单缝衍射、圆孔衍射（半波带、分辨本领）、光栅4.马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振光之间转换1．)](ex p[0kz t i E E --=ω与)](ex p[0kz t i E E +-=ω描述的是 传播的光波。
A ．沿正方向B ．沿负方向C ．分别沿正和负方向D ．分别沿负和正方向2．牛奶在自然光照射时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是A ．瑞利散射B ．分子散射C ．Mie 散射D ．拉曼散射3．在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色蓝到红的空间位置是A ．由外到里B ．由里到外C ．不变D ．随机变化5． F-P 腔两内腔面距离h 增加时，其自由光谱范围λ∆A ．恒定不变B ．增加C ．下降D ．=06．光波的能流密度正比于A ． E 或HB ．2E 或2HC ．2E ，与H 无关D ． 2H ，与E 无关7．光在介质中传播时，将分为o 光和e 光的介质属A ．单轴晶体B ．双轴晶体C ．各向同性晶体D ．均匀媒质8.两相干光的光强度分别为I 1和I 2，当他们的光强都增加一倍时，干涉条纹的可见度A .增加一倍B . 减小一半C .不变D . 增加1/2 倍9.线偏振光可以看成是振动方向互相垂直的两个偏振光的叠加，这两个偏振光是A .振幅相等，没有固定相位关系B .振幅相等，有固定相位关系C .振幅可以不相等，但相位差等于0度或180度D .振幅可以不相等，但相位差等于90度或270度10．等倾干涉图样中心圆环 。
（区分迈克尔孙和牛顿环）A ．级次最高，色散最弱B ．级次最高，色散最强C ．级次最低 色散最弱D ．级次最低，色散最强11．在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为λ4=a 的单缝上，对应于衍射角为30º的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为A ．2 个B ．4 个C ．6 个D ．8 个14．闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成角，目的是使A．干涉零级与衍射零级在空间分开B．干涉零级与衍射零级在空间重合。
(最新整理)反射光的偏振特性
(完整)反射光的偏振特性编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)反射光的偏振特性）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为(完整)反射光的偏振特性的全部内容。
反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量1808年马吕斯（1775-1812）发现了光的偏振现象。
通过深入研究，证明了光波是横波，使人们进一步认识了光的本质。
随着科学技术的发展，偏振光技术在各个领域都得到了广泛应用，特别是在光学计量、实验应力分析、晶体性质研究和激光等方面更为突出.在我们日常生活和工作中，太阳光、照明用光一般多为自然光。
而自然光经过一些材料的反射和透射后可能变成部分偏振光.自然光经过一些特殊材料，如偏振片或双折射晶体材料制作的棱镜后,就会变成线偏振光.线偏振光经过波片后就可能成为椭圆偏振光。
【目的与要求】1.用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率。
2.测量通过起偏器、1/4波片后的光的偏振特性，了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点.3。
通过观察从棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。
4.用测量值验证布儒斯特角公式的正确性。
【实验原理】一、棱镜材料的折射率的测量当一束光斜入射于棱镜表面时，其光路如图1所示。
n 为材料的折射率.同理出射角γ/ 为sinγ/= sini//n （–1）根据几何关系可以证明入射光与出射光之间的夹角为：δ=i＋γ/－A,而且δ有一个极小值δmin ，可以证明：当光束偏转角为δmin时，有i=γ/γ= i/,此时δ=2i－A 即i=（δ＋A）/2而A=γ＋i/=2γγ=A/2由（–1）式可得：n=sin[（A+δmin）/2］/sin（A/2）（–2）因此，只要我们测量出δmin，用（–2）就可得到材料相对于该测量光的折射率n。
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。
偏振光实验报告
实 验 报 告学生： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间： 一、实验室名称：偏振光实验室 二、实验项目名称：偏振光实验 三、实验学时： 四、实验原理：光波的振动方向与光波的传播方向垂直。
自然光的振动在垂直与其传播方向的平面，取所有可能的方向；某一方向振动占优势的光叫部分偏振光；只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。
将非偏振光（如自然光）变成线偏振光的方法称为起偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。
（一）线偏振光的产生1．非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。
当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。
起偏角的数值α与反射物质的折射率n 的关系是：n=αtan （1）称为布如斯特定律，如图1所示。
根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。
从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。
非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。
图 1 图 22．偏振片分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构的分子，这些分子平行地排列在同一方向上。
这种胶膜只允许垂直于分子排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光，如图2所示。
分子型偏振片的有效起偏围几乎可达到180度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。
图 3鉴别光的偏振状态叫检偏，用作检偏的仪器叫或元件叫检偏器。
偏振片也可作检偏器使用。
自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时，在垂直光线传播方向的平面旋转偏振片时，可观察到不同的现象，如图3所示，图中(α)表示旋转P ，光强不变，为自然光；（b ）表示旋转P ，无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光；（c ）表示旋转P ，可找到全暗位置，为线偏振光。
偏振光的研究实验报告
偏振光的研究班级：物理实验班21学号：2120909006姓名：黄忠政光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。
光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。
一．实验目的：1.了解产生和检验偏振光的原理和方法；2.了解各种偏振片和波片的作用。
二．实验装置；计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接系统，激光器。
三．实验原理：1.偏振光的概念和基本规律（1）偏振光的种类光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。
通常人们用电矢量E代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。
普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。
电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。
若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。
各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。
（2）偏振光、波片和偏振光的产生通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线偏振光的器件称为起偏器。
线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。
椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。
当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e光，二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。
偏振光实验报告
实验1. 验证马吕斯定律实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o 光，通过e 光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。
具有二向色性的晶体叫做偏振片。
偏振片可作为起偏器。
自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。
如图1、图2所示：图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器，设经过1P 后线偏振光振幅为0A （图2所示），光强为I 0。
2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后的线偏振光振幅为θcos 0A A =，光强为θθ20220cos cos I A I ==,此式为马吕斯定律。
实验数据及图形：P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2A 0 A 0cos θ θ 图2从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。
实验2.半波片，1/4波片作用实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o 光）和非常光（e 光）。
它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。
分振动面的干涉装置如图3所示，M 和N 是两个偏振片，C 是波片，单色自然光通过M 变成线偏振光，线偏振光在波片C 中分解为o 光和e 光，最后投影在N 上，形成干涉。
考虑特殊情况，当M ⊥N 时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：)cos 1)(2(sin 420δθ-=⊥I I ；当M ∥N 时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射光强为：M N图3 分振动面干涉装置I 0 波片 偏振片 偏振片单色自然光)cos cos sin 2cos sin 21(222220//δθθθθ+-=I I 。
其中θ为波片光轴与M 透振方向的夹角，δ为o 光和e 光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。
- 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)。
（4）偏振光的光强
①自然光通过偏振片后，I1＝（1/2)I0 ;
②线偏振光通过偏振片后， I1＝I0 cos2(此称为马 吕斯定律）； ③自然光通过双折射晶体后，I0＝ Ie ＝（1/2)I0 ； ④线偏振光通过双折射晶体后，
Ie＝I cos2，
Io＝I sin2
（5）偏振光的检验
各种偏振光通过偏振片后偏振状态的变化
3. 晶体偏光器件
（1）偏光棱镜；（2）偏光分束棱镜；（3）波 晶片（全波片，半波片，四分之一波片等）； （4）位相延迟片（补偿器）等。
4. 偏振光的干涉
Ae A1 cos
Ao A1 sin
P1
Ao A02 A1 Ae Ae2 c
Ae 2 A1 cos cos
P2
I x Iy
③线偏振光：振动面取一定方位的线偏振光，可以 看作是频率相同，振动方向相互垂直位相相同或反 相，振幅比一定的两个线偏振光的合成。
E ( Ax i Ay j ) cos( t kz)
Ax=Acos Ay=Asin
4. 圆偏振光:可以看作是振动方向相互垂直、频率相同、 振幅相等、位相差±/2的两个线偏振光的合成。
（5）因为线偏振光在30的方向上，故入射椭圆 的长短轴之比 Ay/Ax=tan60。且可画出椭圆的外 接矩形。
（6）石英是正晶体，经/4片后，e 光的位相落后于 o 光 /2 ，即 2 ＝－ /2 。因此，入射到 /4 片的光所具 有的初始位相为 1 ＝ － 2 ＝ 3/2 （或－ /2 ）。此为一个左旋的椭 圆偏振光。 （7）综合以上结果有：在未放/4 片时的入射光偏振态为：一个左 旋椭圆偏振光，长短轴之比为 Ay/Ax=tan60，长轴方向在N1主截 面方向。如图所示。
（2）产生圆偏振光的方法
线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴成45° 的角通过四分之一波片后，为圆偏振光
（3）产生椭圆偏振光的方法
①线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴的 夹角为（0°、±45°、/2 、± 等值）时， 通过四分之一波片后，为正椭圆偏振光。 ②线偏振光的振动方向与波片的光轴的夹角为 （0°、 /2 、 ± 等值）时，通过一般波片 后，为斜椭圆偏振光。
第五章 光的偏振
习 题 课
主讲人 杜泉/谌晓洪
理化学院
本章主要内容
1. 光波的五种偏振态
自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光与 椭圆偏振光 ①自然光：包含有一切可能的振动方向，可以分 解为频率相同，振动方向相互垂直振幅相等，二 者之间无确定位相关系的两个线偏振光。
Ix=Iy=(1/2)I0
②部分偏振光: 包含有一切可能的振动方向，可以分 解为频率相同，振动方向相互垂直振幅不相等，二 者之间无确定位相关系的两个线偏振光。
E Ex i E y j
Ex A cos( t kz) E y A cos( t kz 2)
当＝ y－ x＝ /2时， 为右旋圆偏振光 当＝ y－ x＝－ /2时， 为左旋圆偏振光
椭圆偏振光：可以看作是振动方向相互垂直、频率相同、 振幅不等、位相差固定的两个线偏振光的合成。
入射光的 偏振态 自然光
通过偏振片 后的偏振态
线偏振光
偏振片绕光的传播方向转动 一周光强的变化 光强不变化
部分偏振光 线偏振光
线偏振光 圆偏振光 线偏振光 线偏振光
线偏振光
光强有变化，但无消光位置（两 次最大，两次最小） 光强有变化，且有消光位置， （两次最大，两次消光） 光强不变化 光强有变化，但无消光位置（两 次最大，两次最小）
＝ y－ x
＝0， 时为线偏振光； ＝/2时为正椭圆偏振光； 为其它值为斜椭圆偏振光。 0 ＜ ＜ 时为右旋椭圆偏振光； - ＜ ＜0 时为左旋椭圆偏振光。
2. 偏振光的产生与检验
（1）产生线偏振光的方法
①反射法（ ib tan
1 n2 n1
）；
②吸收法；（二向色性晶体，偏振片） ③棱镜法。（尼科耳棱镜，格兰系列棱镜等）
合成轨迹为
2
E Exz x ) E y Ay cos( t kz y )
Ex E y Ex E y 2 A A 2 A A cos sin x y x y
解：（ 1 ）加入 /4 片后可全暗，说明入射光为椭圆 偏振光。 （2）尼科耳转至光强最大处，则主截面方向即为入射光 的长轴方向。N1为长轴方向。
（3）/4片光轴与N1主截面平行，故长轴上的振 动为e光，短轴为o光。
（4）N2与N1顺差60时全暗，说明经/4片后的线偏 振光的振动面在逆时针转 30 的位置上（二、四象 限）。说明e光的位相落后于o光（或－）。即＝ （或－）。
椭圆偏振光
各种偏振光通过四分之一片后偏振状态的变化
入射光 自然光 部分偏振光 线偏振光 四分之一波片光轴的方位 光轴任意方位 光轴任意方位 与振动方向平行或垂直 与振动方向成45°或135° 其它方位 圆偏振光 椭圆偏振光 任何方位 与椭圆的长轴或短轴平行 其它方位 出射光 自然光 部分偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 线偏振光 线偏振光 椭圆偏振光
Ao 2 A1 sin sin
I 2 A A 2 Ae 2 Ao 2 cos
2 e2 2 o2
2
(no ne )d 0(或）
习 题 选 讲
1. 一束入射光通过旋转尼科耳棱镜观察，发现其光 强随之变化，但不到全暗。当尼科耳转至光强最大 时，在它前面垂直插入一块石英 /4片，其光轴与尼 科耳主截面平行。顺时针转动尼科耳至60时，光全 暗。试详细分析入射光的偏振态。
N1
30
60
N2
2. 一束自然光和线偏振光的混合光垂直通过偏振片。 以入射光为轴转动偏振片时，测得透射光强最大值 是最小值的5倍。求自然光与线偏振光强度之比。 解：设自然光的光强为： I 0 A02 ，则通过偏振片 2 后的强度为： I 1 1 ； A 0 2