椭圆偏振光的检验与偏振光的干涉
(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5
O
1 2 cos , sin 2 2 G＝ 1 sin 2 , sin 2 2
检偏器透光轴与x’轴夹角 是，其琼斯矩阵为：
1 2 1 2 cos , sin 2 A cos A sin 2 2 A1 1 2 2 E出 GE入＝ A iA 1 2 sin 2 , sin 2 2 1 sin 2 iA2 sin 2 2
2、偏振分光镜与/4片组合
Io/4
Io Io/2 普通分光镜
Io/2 Io Io Io 偏振分光镜
稳频He-Ne激光 (He-Ne laser)
压电晶体(Piezoelectric crystal)
/2片
/4片
被检面
偏振分光 棱镜 prism
检偏器
TV相机
非球面测定用干涉仪
itg
2 1
结论：
1）从1/4波片出射的是线偏光。出射线偏光的光矢量 与x轴的夹角=/2。
2）旋转检偏器可测得，故可求，即求得了待测玻璃的 双折射率之差，从而分析了玻璃内部的应力情况 。
二、会聚(Convergence)偏光仪的干涉
P
C
A
会聚偏光仪干涉装置
透过厚度为d的晶片时两束出射光之间的相位差：
半影式检偏器工作原理 原理
结构： P H A
y
P1
O H1
’ ’
H2 P2 A
x
2 2 I1＝OH1 sin ( ' ) 2 2 I 2＝OH 2 sin ( ' )
2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y y’ C2 A2 x’
大学物理——光的偏振
二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。
偏振光的干涉
蓝色（485.4nm）相消 →黄色（585. 3 nm）。 红色（656.2 nm）相消→绿色（492.1nm）； 若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。
色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法,用显微镜观察 各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些结构.
这时克尔盒相当于一块半波片。
应用:
光开关
P1 45
Δk
l
2π
k d2
U
2
+
P2 45
P1 P2
克尔盒 l
d
当U=0时，Δk 0 ,光通不过 P2, 关！
当U为半波电压时，克尔盒使线偏振光的振动面
转过 2 =900，光正好能全部通过 P2，开！
克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109次。
过Ｎ2后的相干光强为
N1 A
Ao
C
N2
Ae
600 Ae2
Ao2
I Ao22 Ae22 2 Ao2 Ae2 cos( / 2)
Ao22 Ae22 ( Asin 300 cos 600 )2 ( A cos2 300 )2
5 8
A2
5 16
I0.
出射光为线偏振光．
人工双折射
人工双折射是用人工的方法造成材料的 各向异性, 从而获得双折射的现象。
一.应力双折射（光弹性效应）
将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。 加力的方向即光轴的方向。
在观察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：
··P1
SF C P2
有机玻璃
P1 P2
什么是光的偏振与光的干涉现象
什么是光的偏振与光的干涉现象在日常生活中，我们经常接触到光线，但你是否曾对光的一些特性感到好奇呢？本文将介绍光的偏振与光的干涉现象，并解释它们在物理学领域的重要意义。
一、光的偏振光的偏振指的是光波振动方向的特性。
在普通情况下，光波中的电场矢量振动方向是无规律的，即呈现各个方向均匀分布。
这种光称为非偏振光。
然而，有些光波的电场矢量振动方向并不是均匀分布的，而是只沿着特定方向振动。
这种振动方向的特性称为光的偏振。
光的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭偏振三种形式。
线偏振是指光波的电场矢量振动方向只沿着一条直线，而不在其他方向上振动。
应用最广泛的线偏振光是偏振片产生的。
偏振片是由多数有机染料或无机晶体制成的，通过透过线偏振光而吸收垂直于其偏振方向的光，从而实现不同颜色的过滤。
圆偏振是指光波的电场矢量在振动过程中形成一个圆轨迹。
当圆偏振光照射到某些光学元件时，会发生光的旋光现象，即光波方向会绕着前进的方向旋转。
这个特性在化学合成、生物医学等领域中有重要应用。
椭偏振是指光波的电场矢量在振动过程中形成一个椭圆轨迹。
与线偏振和圆偏振不同，椭偏振光可以在电场垂直于它振动方向的平面上形成不同长短轴。
这种光在观察细胞、薄膜等领域应用广泛。
二、光的干涉现象光的干涉是指两束或多束光波叠加产生的现象。
当两个波源发出的光波相遇时，它们会在空间中相互干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
光的干涉现象是光波性质的重要证据之一，它揭示了光作为波动的本质。
光的干涉可以分为两种类型：干涉现象和干涉色。
干涉现象是指当两束光波经过透明介质的时候，它们会叠加形成干涉条纹。
干涉现象可以用来测量物体的形状和表面的平整度，是一种重要的光学测量方法。
著名的杨氏双缝干涉实验就是通过探究光的干涉现象而得出的结果，对光波性质的研究产生了重大影响。
干涉色是指光波在光薄膜或其他介质中的传播路径差引起的干涉现象。
这种干涉现象导致光的波长选择性吸收和反射，使光发生分光性质的变化，呈现出不同颜色。
偏振光分析实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振理论知识的理解。
2. 学习并掌握直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
3. 熟悉偏振片的检验方法，分析不同偏振光之间的相互关系。
4. 掌握利用偏振光进行相关物理量的测量。
二、实验原理偏振光是指光波的振动方向在传播过程中限定在一个平面内的光。
根据振动方向的不同，偏振光可分为以下几种类型：1. 自然光：光波的振动方向在垂直于传播方向的平面内，且在各个方向上都有振动。
2. 线偏振光：光波的振动方向在传播方向的垂直平面内，且只有一个方向上的振动占主导地位。
3. 圆偏振光：光波的振动方向在传播方向的垂直平面内，且振动方向呈圆形。
4. 椭圆偏振光：光波的振动方向在传播方向的垂直平面内，且振动方向呈椭圆形。
本实验主要利用偏振片、波片等光学元件来产生和检验不同类型的偏振光，并分析它们之间的相互关系。
三、实验仪器1. 氦氖激光器2. 偏振片（两块）3. 1/4 波片（两块）4. 波片厚度计5. 光具座6. 白屏7. 刻度盘四、实验步骤1. 直线偏振光的产生与检验1. 将氦氖激光器发出的光通过偏振片，得到一束线偏振光。
2. 将线偏振光照射到白屏上，观察光斑形状。
3. 将另一块偏振片放在光路中，调整其角度，观察光斑的变化。
4. 当两块偏振片的光轴夹角为90°时，光斑消失，说明入射光为线偏振光。
2. 圆偏振光的产生与检验1. 将氦氖激光器发出的光通过1/4 波片，得到一束圆偏振光。
2. 将圆偏振光照射到白屏上，观察光斑形状。
3. 将另一块偏振片放在光路中，调整其角度，观察光斑的变化。
4. 当两块偏振片的光轴夹角为45°时，光斑形状不变，说明入射光为圆偏振光。
3. 椭圆偏振光的产生与检验1. 将氦氖激光器发出的光通过两块1/4 波片，得到一束椭圆偏振光。
2. 将椭圆偏振光照射到白屏上，观察光斑形状。
3. 将另一块偏振片放在光路中，调整其角度，观察光斑的变化。
§3圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验
§3 圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验习题 3.2：用一4/λ波片和一偏振片鉴定一束椭圆偏振光。
达到消光位置时，4/λ波片的光轴与偏振片透振方向夹角为220，求椭圆长短轴之比。
习题3.2解答：当4/λ波片的光轴方向与入射椭圆偏振光的主轴之一平行时，出射的光束为线偏振光，用偏振片检验出现消光。
如图：当4/λ波片的光轴与偏振片透振方向夹角为220出现消光，说明出射的线偏振光偏振方向与4/λ波片的光轴的夹角为680，设其振幅为A ，则在O ，E 轴上的分量为o E oO A A A A A A 68cos cos 68sin sin ====αα椭圆长短轴之比47.268tan ==o EO A A 习题3.4：一强度为I 0的右旋圆偏振光垂直通过4/λ波片（由方解石作成），然后再经过一主截面相对4/λ波片光轴向右旋150的尼科耳棱镜，求最后出射的光强。
习题3.4解答：如图设入射的右旋圆偏振光由振幅分别为A O 和A E 的相互垂直的线偏振光叠加而成，且有E O A A =，22202O E O A A A I =+=二者之间的位相差为2πδλ=， 由方解石作成的4/λ波片，O ，E 光的位相差为2πδ−=c 尼科耳棱镜主截面与4/λ波片夹角为150，且取向如图所示 O ，E 光经尼科耳棱镜后的振幅为：o E E EP o O O OP A A A A A A 15cos cos 15sin sin ====αα 二者的位相差为ππππδδδδλ=+−=′++=22c 最后出射的光强：δcos 222EP OP EP OP A A A A I ++= 4/)30sin 1(02I A O =−=o。
椭圆和圆偏振光的检验与获得
E
E
r
r
二、产生
用一束平面偏振光垂直入射在一块光轴与表面 平行的单轴晶体薄片 C上，设C的光轴与入射的平 面偏振光的振动方向成 角，在晶片C内产生双折 射，且o、e 光沿同一方向传播，振动矢量相互垂直。 振幅分别为：
AO A sin , Ae A cos
A
消第1项
x cos 2 y cos 1 A1 A2
得
x cos 2 y cos1 sin t sin( 2 1 ) A1 A2
x A1 (cost cos1 sin t sin 1 ) y A2 (cost cos2 sin t sin 2 )
4.2 波晶片— 相位延迟片
晶片是光轴平行表面的晶体薄片。
平行光正入射
晶片
Ae
x
A
线偏振光 d
Ao
y
光轴 Ae
P
A Ao
椭圆偏振光 光轴
o光垂直主平面振动，e光平行主平面振动,主平面为含光轴 与折射光。 o光振动垂直光轴方向 e光振动沿光轴方向
振幅关系：
Ao A sin ，
Ae A cos
即 : 线偏振光 园偏振光
三、椭圆偏振光与部分偏振光的检定：
让椭圆偏振光和部分偏振光通过一个偏振片时，旋转中均会出现光强 大小变化但无消光的相同现象，无法区分。 方法：在偏振片前放入一块四分之一波片，并设法使椭圆的一个轴与四分 之一波片的光轴平行；以入射光为轴旋转偏振片。
1 波片且 450 4
光轴平行最大光强或最小光强方向放置 或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置
2. 2 1 2
两个相互垂直的同频率的谐振动可以合成为一直线谐振动、 匀速圆周运动和椭圆运动。 由此可见，任一直线谐振动、匀速圆周运动和椭圆运动 都可分解为两个相互垂直的同频率的谐振动。
椭圆偏振
椭圆偏振测量实验一、实验背景在近代科学技术的许多门类中对各种薄膜的研究和应用日益广泛。
因此，能够更加迅速和精确地测量薄膜的光学参数已变得非常迫切。
在实际工作中可以利用各种传统的方法，测定薄膜光学参数，如：布儒斯特角法测介质膜的折射率，干涉法测膜厚。
另外，还有称重法、X射线法、电容法、椭偏法等等。
其中，因为椭圆偏振法具有测量精度高，灵敏度高，非破坏性等优点，故已在光学、半导体学、生物学、医学等诸多领域得到广泛的应用。
椭圆偏振测厚技术是一种测量纳米级薄膜厚度和薄膜折射率的先进技术，同时也是研究固体表面特性的重要工具。
椭圆偏振测量实验已成为高校近代物理实验中最重要的一项内容。
二、实验目的1、学习椭偏法的测量原理与方法；2、测量透明介质薄膜厚度和折射率。
三、实验仪器TPY-2型自动椭圆偏振测厚仪四、实验原理光是一种电磁波，且是横波。
电场强度E、磁场强度H和光的传播方向构成一个右旋的正交三矢族。
偏振态可以作为一种光学探针。
如果已知入射光束的偏振态，一旦测得通过光学系统后出射光的偏振态，就可确定薄膜的特性参数（n,d,k），式中：n,d,k分别为薄膜的折射率、厚度及吸收系数。
使一束自然光（非偏振激光）经起偏器变成线偏振光，再经1/4波片，使它变成椭圆偏振光，入射到待测的膜面上。
反射时光的偏振态将发生变化。
通过检测这种变化，便可计算出待测膜面的光学参数。
对于一定的样品，总可以找到一个起偏方位角P ，使反射光由椭圆偏振光变成线偏振光。
这时，转动检偏器，在某个检偏器的方位角A 下得到消光状态，即没有光到达光电倍增管。
以上方法被称为消光测量法。
现以普通玻璃表面镀以透明单层介质膜为例作一说明。
图一所示为一光学均匀和各向同性的单层介质膜。
它有两个平行的界面。
通常，上部是折射率为n 1的空气（或真空）。
中间是一层厚度为d 折射率为n 2的介质薄膜，均匀地附在折射率为n 3的衬底上。
当一束光射到膜面上时，在界面1和界面2上形成多次反射和折射，并且各反射光和折射光分别产生多光束干涉。
椭圆偏振实验报告
椭圆偏振实验报告椭圆偏振实验报告椭圆偏振实验是一种用于研究光的偏振性质的实验方法。
通过该实验，我们可以了解光的偏振方向、偏振度以及光的振动状态等相关信息。
本次实验旨在通过测量不同偏振光通过样品后的光强变化，来确定样品的偏振特性。
实验装置主要由光源、偏振片、样品、检光器等部分组成。
首先，我们使用光源产生一束线偏振光，然后通过旋转偏振片，调整光的偏振方向。
接着，将光照射到样品上，并使用检光器测量通过样品后的光强。
在实验过程中，我们可以通过旋转偏振片，改变光的偏振方向，从而观察到光强的变化。
在实验中，我们选择了几种常见的样品进行测试，包括透明介质、金属表面以及液晶材料等。
首先，我们测试了透明介质的偏振特性。
通过测量不同偏振方向的光通过样品后的光强，我们可以确定样品的透过率以及光的偏振方向。
实验结果显示，透明介质对不同偏振方向的光有不同的吸收和透射特性，这与光的偏振性质有关。
接下来，我们研究了金属表面的偏振特性。
金属表面对光的反射特性与入射光的偏振方向密切相关。
通过实验测量，我们发现金属表面对于垂直入射的s偏振光具有较高的反射率，而对于p偏振光则具有较低的反射率。
这一现象可以通过光的振动方向与金属表面的电场分布之间的关系来解释。
最后，我们研究了液晶材料的偏振特性。
液晶材料是一种具有特殊光学性质的材料，可以通过电场的作用改变光的偏振状态。
通过实验测量，我们发现液晶材料对于不同偏振方向的光有不同的旋光性质。
这一现象可以用液晶分子的排列方式以及电场对分子排列的影响来解释。
通过以上实验，我们可以得出结论：不同的样品对于光的偏振有不同的影响。
透明介质、金属表面以及液晶材料都具有特殊的光学性质，可以通过调整光的偏振方向来改变光的传播和反射特性。
这些实验结果对于深入理解光的偏振性质以及应用于光学器件的设计和制造具有重要意义。
总结起来，椭圆偏振实验是一种研究光的偏振性质的有效方法。
通过测量不同偏振光通过样品后的光强变化，我们可以确定样品的偏振特性。
偏振光干涉实验报告
偏振光干涉实验报告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 P1、图2所示：P1 P2 图1 图2 θA 0 图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。
P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?，2光强为I?A0cos2??I0cos2?,此式为马吕斯定律。
实验数据及图形：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。
偏振片波片偏振片图3 分振动面干涉装置考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。
其中θ为波片光轴与M2I??光强为：I//?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）。
改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。
当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I??强最大，I//?02sin22?，出射光I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4波片）时，cosδ=0，I??I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。