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 1
【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)： 2）测量记录(1分) 光电流强度 光电流强度夹角光电流强度 3）贴图(3分)： ~I 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)： ? ? ? ? ? ? 3）贴图(5分)：15°和45°的θ~I 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)：θ??Φ~关系； 根据数据可得，在误差允许的范围内，△θ=2△Φ。
【结论与讨论】 实验结论： 1.在实验一中，由θ~I 曲线可得，在振动方向与透视轴夹角从0°至90°过程中，透视光强度逐渐由零增至最大值，在90°至180°逐渐减小至最小值；经过两个周期，图像大致与马吕斯定律I=I o cos θ相符合。 2.在实验二中，当入射光与玻片夹角β= 0°，透过检偏器的光强最小，可知透过1/4玻片得到的是沿玻片慢轴的线偏振光；当β=15°，旋转检偏器一周后，得到的光强呈周期性变化，且最小值与最大值差值较大，光强最大值小于实验一中线偏振光的光强，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是椭圆偏振光；当β=45°，旋转检偏器一周后，发现得到的光强变化不大，且光强大小界于β=15°时椭圆偏振光的光强最大值和最小值之间，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是圆偏振光。 3.在实验三中，可以得出△θ随着ΔΦ的变化呈线性关系，满足△θ=2△Φ。 实验讨论： 【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？ 答：1.已知圆偏振光经过1/4玻片后形成线偏振光，而自然光经过1/4玻片后仍为自然光，故可以用1/4玻片进行区分。 2.让光束透过1/4玻片+偏振片，旋转偏振片，透射光发生变化的为圆偏振光，透射光不发生变化的为自然光。故可用玻片+偏振片进行区分。 报告成绩（满分30分）：??????????? 指导教师签名：???????????????? 日期：?????????????????
偏振光的观察与分析 【实验内容及数据处理要求】 1）将半导体激光器、功率计探头与激光功率计后面板上的相应插座相连。 2）在光学导轨一端分别安装半导体激光器和功率计探头，开启功率计，选择直径为6.0 mm 的圆孔作为功率计 探头的入射光阑。 3）调整激光器、功率计探头在支架上的固定高度及激光器的二维调节螺旋，使激光束同轴等高地平行射入功率计探头的Φ6.0光阑孔中。 4）验证马吕斯定律 ① 在靠近激光器的一侧加入一个偏振片并调整其高度与激光器、功率计探头同轴等高。旋转偏振片使功率计的示数为极大值（功率计应选恰当档位，如2 mW ）。 ② 对功率计清零：先用白屏紧贴半导体激光器遮住激光，调节功率计的“调零”旋钮使其示数为0，然后拿走白屏。 ③ 在靠近功率计探头的一侧加入另一个偏振片（作检偏器），并调整其高度与之前安装的光学元件同轴等高，并对功率计清零。 ④ 转动检偏器直至功率计的示数恰好为零，记录下检偏器上的角度θ0和功率计示数；接着以此角度为基准，沿同一方向转动检偏器，每转15°就记录下检偏器上的角度θ和相应的功率计示数。 数据处理要求：以加入检偏器后功率计的最大示数作为I 0，先由马吕斯定律计算出各相对角度α所对应的理论功率，然后在同一坐标纸上绘出马吕斯定律的理论曲线和实测值拟合曲线，计算各α对应功率值的百分偏差，并根据结果得出是否验证的结论。 注意：相对角度α（090θθ=-?-）是因为功率计示数为0时，检偏器与起偏器的透振方向夹角为90°。实验中每加入一个光学元件，就需要对功率计进行清零，以消除由该元件折射、反射进入功率计探头的杂散光对实验结果的影响。 5）产生和鉴别（椭）圆偏振光 ① 紧接4）的第④步，转动检偏器重新使功率计示数为零（系统处于消光状态）此时检偏器的角度记为初始位置0θ。 ② 在起偏器和检偏器之间插入1/4波片，旋转1/4波片角度使功率计示数有极大值，然后调整1/4波片使与之前安装的光学元件同轴等高，并对功率计清零。 ③旋转1/4波片使系统重新进入消光状态（1/4波片的光轴与起偏器的透振方向平行或垂直），此时1/4波片的角度记为φ0。 缓慢旋转检偏器一周，记录功率计出现的4个极值及与之相应的检偏器角度θ。 ④ 以φ0为基准沿同一方向旋转1/4波片，每旋转15°，先记录检偏器在初始位置θ0时功率计的示数，然后缓慢旋转检偏器一周，记录功率计出现的4个极值及与之相应的检偏器角度θ。 数据处理：分析得出1/4波片转动0°、30°、45°、60°、90°等时出射光的偏振状态，并讨论1/4波片对线偏振入射光偏振态的影响。
大学物理实验报告【实验名称】偏振光的分析 【实验目的】 1．观察光的偏振现象，巩固理论知识，加深对光的偏振现象的认识。 2．学习直线偏振光的产生与检验方法，了解圆偏振光和正椭圆偏振光的产生和定性检验方法。 【实验仪器】 He-Ne 激光器、光具座、偏振片（两块）、632.8nm 的1/4 波片（两块）、玻璃平板及刻度盘、白屏等。 【实验原理】 1．光的偏振状态 偏振是指振动方向相对于波的传播方向的一种空间取向作用。它是横波的重要特性。光在传播过程中，若电矢量的振动只局限在某一确定平面内，这种光称为直线偏振光，又叫平面偏振光（因其电矢量的振动在同一平面内）；若光波电矢量的振动随时间作有规律的改变，即电矢量的末端在垂直于光传播方向的平面上的轨迹是圆或椭圆，这样的光称为圆偏振光和椭圆偏振光；若光波电矢量的振动只在某一确定的方向上占优势，而在和它正交的方向上最弱，各方向的振动无固定的位相关系，这种光称为部分偏振光。直线偏振光垂直通过波片的偏振状态 入射线偏振光的振动方向 与波片光轴间的夹角 光 ≠ 0°，≠ 45°，≠ 90° 转过2的直线偏振光 正椭圆偏振光，长短轴之 比为tg，ctg 内切于边长比为tg的矩 形的椭圆偏振光
【实验内容】 1.测定玻璃对激光波长的折射率 2.产生并检验圆偏振光 3.产生并检验椭圆偏振光 【数据表格与数据记录】 pιl p2I i p3 =^l-^I = ∣250o-307o∣ = 57o i pi =?φ1-φ↑=∣250o - 306o∣ = 56°i p5 =^l-^I= ∣250o - 308o∣ = 58o. =?φ1~φ↑=∣250o-307o∣ = 57o ^=^l-^I = I250o-306o∣ = 56° -_ G+?…+S? _ s7o I P _ γ_ D 7 tan- n- tan57o =1.5399 现象：两次最亮，两次消光。结论：圆偏振光
偏振光的研究实验报告 篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告 偏振光的观测与研究 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。 【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】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1．偏振光的基本概念 按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和
磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原 － 子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。 图2 光波按偏振的分类 2．获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入
偏振光现象的观察与分析 物理系，刘呈豪 一、引言 一八零九年，法国工程师马吕斯在实验中发现了光的偏振现象。对于光的偏振现象研究，使人们对光的传播的规律有了新的认识。特别是近年来利用光的偏振性所开发出来的各种偏振光元件、偏振光仪器和偏振光技术在现代科学技术中发挥了极其重要的作用，在光调制器、光开关、光学计量、应力分析、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件等应用中，都大量使用偏振技术。 二、实验原理 1.偏振光的种类 光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的传播方向。通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。按光矢量的不同振动状态，可以把光分为五种偏振态： （1）自然光：在与光传播方向垂直的平面内，包含一切可能方向的横振动，即光波的电矢量在任一方向上具有相同的振幅。普通光源发光的是自然光。（2）线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。 （3）部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。 （4）椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。 （5）圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称为检偏器。 2. 线偏振光的产生 （1）反射和折射产生的偏振 根据布儒斯特定律，当自然光以i b =arctan n的入射角从空气或真空入射至折射率为n的介质表面上时，其反射光为完全线偏振光，振动面垂直于入射面， 而透射光为部分偏振光，i b 称为布儒斯特角。如果自然光以i b 入射到一叠平行 玻璃片堆上，则经过多次反射和折射最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光。玻璃片堆的数目越多，透射光的偏振度越高。 （2）偏振片 利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成。当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。 （3）双折射产生偏振 当自然光入射到某些双折射晶体（如方解石、石英等）时，经晶体的双折射所产生的寻常光（o光）和非常光（e光）都是线偏振光。 3. 波晶片
【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)： 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： 根据数据可得，在误差允许的范围内，△θ=2△Φ。 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 1.000277*?8.51tan 玻璃折射率为=n 1.271125 【结论与讨论】 1.由实验一可得，在振动方向与透视轴夹角从90°减少至0°过程中，透视光强度逐渐由零增至最大值，与马吕斯定律I=I o cos θ相符合。 2.由实验二可得，当入射光与玻片夹角β= 0°，透过检偏器的光强最小，可知透过1/4玻片得到的是沿玻片慢轴的线偏振光；当β=15°，旋转检偏器一周后，得到的光强呈周期性变化，且最小值与最大值差值较大，光强最大值小于实验一中线偏振光的光强，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是椭圆偏振光；当β=45°，旋转检偏器一周后，发现得到的光强变化不大，且光强大小界于β=15°时椭圆偏振光的光强最大值和最小值之间，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是圆偏振光。 3.由实验三可得，线偏振光经过1/2玻片后仍为线偏振光，振动方向旋转了2θ（θ为入射光的偏振方向与玻片慢轴方向的夹角）。 4.实验四产生较大误差，误差原因为由于光线变化较小，且很难做到消光。故人为判断的影响较大。 前三个实验误差产生的原因主要来源于调节玻片和检偏器时对旋转角度的读数不能十分精准。 【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？ 答：1.已知圆偏振光经过1/4玻片后形成线偏振光，而自然光经过1/4玻片后仍为自然光，故可以用1/4玻片进行区分。 2.让光束透过1/4玻片+偏振片，旋转偏振片，透射光发生变化的为圆偏振光，透射光不发生变化的为自然光。故可用玻片+偏振片进行区分。 报告成绩（满分30分）：??????????? 指导教师签名：???????????????? 日期：?????????????????
实验27 光的偏振 一、实验目的 1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。 2、了解偏振光的产生及其检验方法。 3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。 4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。 5、了解1/2波片和1/4波片的用途。 二、实验原理 1、光的偏振状态 光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。 (1)自然光其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。 (2)平面偏振光电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。 (3)部分偏振光电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。 (4)椭圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。 (5)圆偏振光迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。 图27-4 椭圆偏振光
2、布儒斯特定律 反射光的偏振与布儒斯特定律 如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角 α 满足关系 1 2 tan n n = α (27-1) (27-1)式称为布儒斯特定律，入射角 α 称为布儒斯特角，或称为起偏角。若光从空气入射到玻璃（n 2约为1.5），起偏角约56°。 3、偏振片、起偏和检偏、马吕斯定律 (1)由二向色性晶体的选择吸收所产生的偏振 自然光 偏振光 1I 0 起偏器 检偏器 自然光 I ' 图a 偏振片起偏 图b 起偏和检偏 图27-6 偏振片 有些晶体（如电气石）、长链分子晶体（如高碘硫酸奎宁），对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，这种选择吸收性称为二向色性。在两平板玻璃间，夹一层二向色性很强的物质就制成了偏振片。自然光通过偏振片时，一个方向的电矢量几乎完全通过（该方向称为偏振片的偏振化方向），而与偏振化方向垂直的电矢量则几乎被完全吸收，因此透射光就成为线偏振光。根据这一特性，偏振片既可用来产生偏振光（起偏），也可用于检验光的偏振状态（检偏）。 (2)马吕斯定律 用强度为I 0的线偏振光入射，透过偏振片的光强为I ，则有如下关系 θ 20cos I I = (27-2) (27-2)式称为马吕斯定律。θ 是入射光的E 矢量振动方向和检偏器偏振化方向之间的夹角。以入射光线为轴转动偏振片，如果透射光强 I 有变化，且转动到某位置时I ＝0，则表明入射 光为线偏振光，此时 θ ＝90°。 4、波片 (1)两个互相垂直的、同频率的简谐振动的合成 设有两各互相垂直且同频率的简谐振动，它们的运动方程分别为 )cos() cos(2211?ω?ω+=+=t A y t A x (27-3) 合运动是这两个分运动之和，消去参数t ，得到合运动矢量末端运动轨迹方程为 )(sin )cos(2122 12212 2 2212????-=--+A A xy A y A x (27-4) 上式表明，一般情况下，合振动矢量末端运动轨迹是椭圆，该椭圆在2122A A ?的矩形范围内。如果(27-3)式表示的是两线偏振光，则叠加后一般成为椭圆偏振光。下面讨论相位 差 12???-=?为几种特殊值的情况。 ①当π?k 2=?（ k =0, ±1, ±2, …）时，(27-4)式变为
偏振光的应用 ————XXX 摘要： 名称与定义 横波 纵波 偏振原理 自然光 偏振光应用： 1、汽车车灯； 2、观看立体电影； 3、生物的生理机能与偏振光； 4、LCD液晶屏； 偏振光红外偏振光在医疗范围的应用： 5、红外偏振光治疗的特点： 产生 特性 定义：光波的光矢量的方向不变，只是其大小随相位变化的光。 偏振光，光学名词。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 横波 光是一种电磁波，是由与传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。这种振动方向与传播方向垂直的波我们称之为横波。 纵波 声波是靠空气或别的媒质前后压缩振动传播的，它的振动方向与传播相同，这类波我们称之为纵波。
偏振原理： 通常光源发出的光，它的振动面不只限于一个固定方向而是在各个方向上均匀分布的。这种光叫做自然光。光的偏振性是光的横波性的最直接，最有力的证据，光的偏振现象可以借助于实验装置进行观察，P1、P2是两块同样的偏振片。通过一片偏振片p1直接观察自然光（如灯光或阳光），透过偏振片的光虽然变成了偏振光，但由于人的眼睛没有辨别偏振光的能力，故无法察觉。如果我们把偏振片P1的方位固定，而把偏振片P2缓慢地转动，就可发现透射光的强度随着P2转动而出现周期性的变化，而且每转过90°就会重复出现发光强度从最大逐渐减弱到最暗；继续转动P2则光强又从接近于零逐渐增强到最大。由此可知，通过P1的透射光与原来的入射光性质是有所不同的，这说明经P1的透射光的振动对传播方向不具有对称性。自然光经过偏振片后，改变成为具有一定振动方向的光。这是由于偏振片中存在着某种特征性的方向，叫做偏振化方向，偏振片只允许平行于偏振化方向的振动通过，同时吸收垂直于该方向振动的光。通过偏振片的透射光，它的振动限制在某一振动方向上,我们把第一个偏振片P1叫做“起偏器”，它的作用是把自然光变成偏振光，但是人的眼睛不能辨别偏振光。必须依靠第二片偏振片P2去检 偏振光原理 查。旋转P2，当它的偏振化方向与偏振光的偏振面平行时，偏振光可顺利通过，这时在P2的后面有较亮的光。当P2的偏振方向与偏振光的偏振面垂直时，偏振光不能通过，在P2后面也变暗。第二个偏振片帮助我们辨别出偏振光，因此它也称为“检偏器”。光是一种电磁波，电磁波是横波。而振动方向和光波前进方向构成的平面叫做振动面，光的振动面只限于某一固定方向的，叫做平面偏振光或线偏振光。 自然光 光波是横波，即光波矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常，光源发出的光波，其光波矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可能的方向上，光波矢量的分布可看 偏振光 作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同，这种光就称为自然光。 偏振光 偏振光是指光矢量的振动方向不变，或具有某种规则地变化的光波。按照其性质,偏振
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
偏振光实验数据处理分析 ——关于验证马吕斯定律的数据处理方法 一、 马吕斯定律： 1．一束光强度为的线偏振光，透过检偏器以后，透射光的光强度为α20cos I I = （1） 其中是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角，该式称为马吕斯定律。 2．在光路中放入偏振片 作为起偏器，获得振动方向与 透振方向一致的线偏振光，线偏 振光的强度为入射自然光强度的 。 马吕斯定律光路图 3．在光路中放入偏振片，作为检偏器，其透振方向 与的夹角为，透过的光振 幅为 αcos A A 2 20 2 = （2） 式中为透过的线偏振光的振幅。因为 ，所以，光强度为α20cos I I = 这就是马吕斯定律，马吕斯定律说明了入射到偏振片上的线偏振光，其透射光强度的变化规律。 二、 简单实验过程 以He-Ne 激光作光源，用偏振片起偏和检偏，光电池接收，用电检流计量度光强的大小。实验从两偏振片方向（或称光轴）平行或垂直开始，记录光电流。测量时每转15记录一个数据，转180，取12个位置读数。 2 P 1 P
三、 数据处理 以角度为横坐标，光电流为纵坐标画图，并与余弦函数的平方值随着角度的变化关系比较 表1 将表1中角度θ和电流i 的数据输入，并通过工作表计算出2cosθ的值。打开Origin 数据处理软件，将含有原始数据的excel 工作表在Origin 数据处理软件中打开。 当图形窗口为当前窗口时，可以采用从菜单进行电流i 和cos 2θ的直线拟合，其拟合的函数为 Y=A+BX i 采用最小二乘法估计方程参数： B X -Y A = ∑ ∑ = N i 2 i N i i i X -X Y -Y X -X B ）（） ）（（ 对马吕斯定律的验证一般采用的方法是由实验得到的角度θ和电流i 的数据，进而用作图法得出cos 2θ和I 成正比的线性关系，如果cos 2θ与电流i 的线性关系良好，则说明马吕斯定律得以验证。然而学生用作图法验证马吕斯实验时，是用目测测试点分布而画出cos 2θ和电流i 之间的直线图，目测时测试点呈直线与否的界限难以确定，手工作图过程中也必然引入误差，以至于使实验中真正导致误差较大的原因容易被掩盖。同时，这种处理方法也使实验中产生的有规律性的误差被忽略，其结果往往达不到定量验证的目的。用Origin 数据分析软件依据最小二乘法原理进行实验数据处理，可由相关系数R 定量表示测试点的线性程度，达到定量验证物理规律的目的。由回归标准差SD 可得到实验误差。
偏振光实验报告范文 实验报告 姓名：高阳班级：F0703028 学号：5070309013 同组姓名：王雪峰 实验日期：xx-3-3 指导老师：助教10 实验成绩：批阅日期： 偏振光学实验 【实验目的】 1. 观察光的偏振现象,验证马吕斯定律 2. 了解1/2波片,1/4波片的作用 3. 掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测. 【实验原理】
1．光的偏振性 光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图１）。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。 2．偏振片 虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用 的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。）。偏振器件即可以用来使
自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。 3.马吕斯定律 设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为A0， 则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=A0cosɑ，强度 I=A ，I=A0cosɑ= Ｉ 20 22 2 cosɑ=cosɑ式中I0为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。 22
偏振光干涉中o 光和e 光的相位 以课件上的问题为例： 设单色平面光波沿z 方向传播，即k //z ： 1. 在偏振片P 1之后，晶片C 之前的光场是： )2cos(11z t e A E P λ πω?=r r 现在事先把它分解为o 光和e 光： )2cos( )()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωλπω??+??=r r r r r r r （1） 这里1P e r 是沿偏振片P 1的偏振方向的单位矢量，o e r 和e e r 是o 光和e 光偏振方向的单位矢量，。上图表示出了所有的单位矢量，它们都在x －y 平面内。原则上讲，这些单位矢量的方向是可任意规定的，影响的只是它们之间点积的正负，但为了保证现在的o 光和e 光没有相位差，即cos 函数内不出现π（如果o e r 沿图中的反方向定义， 就会引起这个π），则o e r 、e e r 与1P e r 应保持上图所示关系。在上图的规定中，αcos )(1e =?P e e r r ，αsin )(1o =?P e e r r 。 2. 在晶片C 之后，偏振片P 2之前的光场是： )2cos()()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ πωδλπω??++??=r r r r r r r （2） 与（1）式不同的是，（2）式中的o 光和e 光有了相位差δ，这是由晶片引起的。这时一般 y z k x
合成为椭圆偏振光。 3. 在偏振片P 2之后的光场是（对o 光和e 光，只有沿P 2方向的分量可通过）： ) 2cos())(()2cos())((212212e e 1o o 1z t e e e e e A z t e e e e e A E P P P P P P λπωδλπω???++???=r r r r r r r r r r r 这时的情况是：振动都沿同方向－2P e r 方向的、相差恒定的两个波叠加，故可产生干涉。 具体分析相位，除了由晶片引起的δ，还存在可能由光矢量分解引起的π，表现在)(2o P e e r r ?和)(2e P e e r r ?差负号。在上面的情形中，的确引入了π的相位差。
偏振光现象的观察和分析 摘要 本实验用半导体激光通过偏振片来产生线偏振光，使其分别通过1/4波片和1/2波片，通过测量不同方向上检偏器透过的光的强度，判断出出射光的偏振态。并证实了线偏振光通过1/4波片可以产生线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光，通过1/2波片可以产生线偏正光，验证了马吕斯定律。 一、引言 振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。偏振光的典型应用是偏光式3D 技术，其普遍用于商业影院和其它高端应用。 二、实验原理 1.偏振光的种类 光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面。 ~ 图1 电矢量垂直于纸面的偏振光 图2 电矢量平行于纸面振光【1】 光的五种偏振态：
① 线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持 在同一平面内， ② 部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不 等。 ③ 自然光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅相等。 ④ 椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作 旋转运动，若它们的频率相同并且有固定的位相差，则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。 ⑤ 圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光 的特殊情形。 2.线偏振的产生 ~ （1）偏振片 利用某些有机化合物的“二向色性”制成，当自然光透过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片方向的分量几乎完全被吸收，而平行方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。偏振片可以作为起偏器，也可以作为检偏器检验偏振光的偏振方向。 （2）双折射产生偏振 自然光入射到双折射晶体时，产生的寻常光(o 光)和非寻常光（e 光）都是线偏振光。 3.波晶片 即上述能发生双折射的晶体，又称波片。当光垂直入射到波片后，产生的o 光和e 光在波片中的传播方向一致而传播速度不同，因此导致它们产生了光程差 ，当波长为λ时，产生相位差， 其中d 为波片厚度，n e 与n o 是e 光与o 光的主折射率。对于某种单色光，能产 生相位差(21)2 k π δ=+的波片为1/4波片；能产生(21)k δπ=+的波片称为1/2波 片；能产生2k δπ=的波片称为全波片。 离开波片时合成波的偏振性质，确定于相位差δ和θ。线偏振光通过1/2波
普通物理实验(三) 33 ■ 偏振光的定量分析 目的要求 1．了解GSZF-3型偏振光实验系统的原理和使用方法。 2．深入理解不同类型偏振光的产生条件、光强分布和检偏方法。 3．定量讨论三类偏振光的基本特性。 实验原理 1． 线偏振光的产生与鉴别 当自然光通过起偏器后，由于只有电矢量振动方向平行于透射轴的光可以通过，所以，由起偏器出射的光为线偏振光。判断其是否为线偏振光，只要让该偏振光通过一个检偏器，当转动检偏器改变其透振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时，出射的光强随之改变。当透振轴与线偏振光的振动方向平行时，出射的光强最大；而垂直于线偏振光的振动方向时，出射的光强为零。如果检偏器转动一周，光强交替出现两次最亮和两次消光，则可判断其为线偏振光。这些规律可用公式表述如下： θcos 0E E =22 E I =，2 200E I = θθ2cos 2 121cos 0020I I I I +== （1） 式中，θ为检偏器透振方向与线偏振光振动方向之间的夹角，E 、I 分别为出射光的振幅和光强，E 0、I 0分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度θ的变化成余弦曲线的规律变化，周期为π。 出射光满足Malus 定律 θ20cos I I =，θ20cos =I I （2） 以相对能量I /I 0为纵坐标，cos 2θ为横坐标，θ从00到900 变化时将形成一条直线，由此也可验证线偏振光。 2． 圆偏振光的产生与鉴别 产生圆偏振光的前提是先得到线偏振光，然后让线偏振光垂直入射到4λ波片，如果线偏振光的振动方向与4λ的快轴和慢轴成450角，这时透过4λ片的光是圆偏振光。 线偏振光表示为 t E E t E E y x ωαωαsin sin sin cos 00== （3） 经过4λ片快轴方向（即Y 方向）相位超前2π，所以出射光为
偏振光的研究 2006.1.10 中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座前言 干涉和衍射—光的波动性 偏振—光是横波 光的偏振现象 偏振元件应用 S E H =? 光的矢量性—光是横波 K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。 在各向同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向。 自然光线偏振光
部分偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 部分偏振度 定义： min max min max I I I I P +-= 椭圆偏振光的形成（两个互相垂直的振动的合成） ) cos()cos(2010αωαω+=+=t E E t E E y y x x 椭圆方程式： 002121221002 022 022 /) (sin )cos(2 E E E E E E E E E E E y x y x y x y y x x ====--=--+ 正椭圆 πδαααααα 改变光的偏振态的方法 1、利用偏振片 2、利用反射现象 3、利用双折射晶体 光的散射 利用偏振片产生偏振光 马吕斯定律（1809年）和消光现象
菲涅耳公式 （只写出反射时的公式） ) sin()sin()tan() tan(r φθφθφθφθ+--== +-= = S S S P P P A R r A R 注：R ，A 为振幅 布鲁斯特角：12tan n n =θ 利用布儒斯特角产生偏振光
全反射时光的偏振态的改变 反射波的振幅比可以改写为： θ θθθθ θθ θ2 222222 222sin cos sin cos sin cos sin cos -+-+-=-+--=n n n n r n n r P S 1)(sin sin sin 12<=≥=n n n n n 全反射θφθ 当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时 P S i i P i i S e e i B i B n i i n n i n r e e i A i A n i n i r δβδαββθθθααθθθθ==-= -+-+-= ==-= -+--=--22 2122 2 2 22 222) exp() exp(sin cos sin cos ) exp() exp(sin cos sin cos P S δδ?-= 全反射时的相位改变 菲涅耳棱体
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
光学设计性实验论文
偏振光特性的研究 摘要： 实验目的： （一）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律。 （二）研究1/4波片的光学特性 （三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度） （四）研究物质的旋光特性 （五）观察石英晶体的旋光特性和测量旋光度 （六）观察旋光色散，并解释现象 实验要求： （一）掌握各种偏振光的特性。 （二）学会辨别各种偏振光。 （三）了解偏振光干涉和双折射现象 关键词： 偏振、马吕斯定律、1/4波片、偏振特性、偏振度、旋光特性、旋光色散。 引言： 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质，而光的偏振现象进一步验证了光波是横波。我们研究偏振现象不仅可以认识光的电磁波性质，而且可以对光的传播规律有许多新的认识。 实验原理： 1．偏振光的种类 光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且又垂直于光的传播方向．通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面．按光矢量的不同振动状态，可以把光分为五种偏振态：如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，则称为自然光；如果有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，则称为部分偏振光；如果光
矢量的大小和方向随时间作周期性的变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光． 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称为检偏器． 2．线偏振光的产生 (1)反射和折射产生偏振 根据布儒斯特定律，当自然光以 n i b arctan =的入射角从空气或真空入射至折射率为n 的介质 表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部分偏振光，b i 称 为布儒斯特角． 如果自然光以b i 入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射最后从玻璃片堆透射 出来的光也接近于线偏振光．玻璃片的数目越多，透射光的偏振度越高． (2)偏振片 它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光． (3)双折射产生偏振 当自然光入射到某些双折射晶体(如方解石、石英等)时，经晶体的双折射所产生的寻常光(o 光)和非常光(e 光)都是线偏振光． 3．波晶片 波晶片简称波片，它通常是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e 光和与光轴方向垂直的o 光两部分(如图1所示)．这两种光在晶体内的传播方向虽然一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同(为么?)．于 是，e 光和o 光通过波晶片后就产生固定的相位差δ， 即 l n n o e )(2-= λ π δ