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会聚偏振光的干涉

实验目的：1. 初步学会使用偏光显微镜

2. 了解会聚偏振光干涉的原理，观察干涉现象并鉴别单、双轴晶体实验仪器：偏光显微镜、云母片、石英片、物镜5个和目镜2个、石英楔子等、台灯实验原理：

光在各向异性的晶体中传播时，会分解成偏振方向不同的光，并且其传播速度不同，因此当光从晶体中出射，就会发生位相差，如果此时我们再将这有位相差的两束光引到同一个偏振方向，就可以看到干涉现象。

会聚偏振光的干涉发生在单轴晶体中时，单轴晶体的光轴与表面垂直。如图1所示，为观

用聚光镜使从起偏镜射出的线偏振光会聚在晶体上，再经检偏镜使有了位相变化的偏振光发生干涉，通过目镜就可以看到干涉图了。对于双轴晶体干涉图与单轴晶体的不同，有关细节请自行参阅有关书籍和网上资源。

实验内容：

1. 调节偏光显微镜，方法和步骤参阅操作说明书。

2. 观察表面垂直于光轴的单轴晶体石英的干涉图形。

3. 观察表面垂直于两光轴夹角平分线的双轴晶体云母的干涉图形。

观察方法为：（1）转动起偏器从0459*******看干涉图的变化。

（2）转动载物台看干涉图的变化。

（3）插入石英楔子看干涉图的颜色变化。

4.绘制所看到的干涉图形，并记录对应的条件（起偏器与检偏器透光轴夹角、颜色顺序及其1.

目镜 2. 勃氏镜 3.检偏振镜 4.物镜 5.晶体 6.载物台 7. 聚光镜 8.起偏振镜 9.反光镜 10. 白炽灯起偏器检偏镜人眼

图1 原理图 10

偏振光干涉中的相位

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。

大学物理实验- 光的偏振

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偏振片 P 1P 2 I 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 22212????-=--+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

实验六相位干涉仪测向技术

学院通信工程学院专业信息对抗技术指导教师沈雷老师/孙闽红老师学生姓名邓斌学号 11073115 实验日期 2014.05. 实验六相位干涉仪测向技术一、实验目的无线电测向和定位就是确定通信辐射源的来波方向和位置。对通信信号的测向和定位是通信侦察对抗领域的一个重要且相对独立的技术领域。干涉仪测向又称为相位法测向。本实验主要目的为通过实验，了解并掌握通信测向中相位法测向的基本原理和方法。二、实验原理 1、相位干涉仪测向原理图 1 以单基线干涉仪测向为例，其电波到达相邻天线阵元形成的波程差如上图所示。图中测向天线阵由两个阵元组成，假设辐射源与阵元相距很远，所以可认为辐射源发射到阵元1和2的信号平行。假设阵元1和阵元2之间的间距为d ，来波方向与阵列法线方向的夹角为θ。测向的实质是测量夹角θ。阵元1和阵元2接收到的信号传播存在波程差，因而也存在相位差。设阵元1接收信号为 20()()cos(2)r t s t E f t π== 则阵元2的接收信号为 102sin ()()cos(2)d r t s t E f t πθ τπλ =-=- 其中0/c f λ=为信号波长。从上可以看出，信号传播距离差为θsin ?=?d l ，则相位差为：

λθπ?/sin 2??=?d 实际中d 、λ均已知，所以只要得到阵元1和2接收信号的相位差，便可以求出θ。需要注意的是，为了避免相位模糊问题，常需要满足条件π?

偏振光的研究实验报告doc

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

相位干涉仪测向

相位干涉仪测向 07083115 07083119 一、题目要求使用Simulink 模拟构建一个相位测向系统, 构造两个有时延的到来信号，对其进行捕获，分别在时域和频域上对接收的信号进行方向估计，并评估侧向效果。二、实验方案及公式推导 A. 公式推导图 1 信号为0()cos(2)s t E f t π=,则如图 1所示天线长为d,信号方向与参考方向夹角为θ 设2点的接收信号为20()()cos(2)r t s t E f t π== (1) 则1点的接收信号为102sin ()()cos(2) d r t s t E f t πθ τπλ =-=- (2) 其中0 c f λ= 为信号波长 ①时域测向将12(),()r t r t 改写为复数形式得 022()j f t r t Ee π= (3) 21()j f t r t Ee π?-= (4) 其中2sin d πθ ?λ =- 对(3)式取共轭得, 0 2*2()j f t r t Ee π-= (5) (4)式与(5)式相乘得, *212()()j r t r t E e ?-= (6)

对(6)式求相角,乘以2d λ π-得, sin 2d ?λ θ π= (7) 取反正弦,乘以0 180 π ,求出 θ ②频域测向将(3)、(4)作FFT 得, 20()()R w E f f δ=- (8) 10()()j R w E f f e ? δ-=- (9) 由公式 ()arctan () I Q R k R k θ= 求出 2121()()arctan arctan () () I I Q Q R k R k R k R k ?=- (10) 同① ,可求出 θ B.方案论述一、伯努利二进制码流经BPSK 产生2()r t 二、产生12()()j r t r t e ?-= 三、①时域法:*12()()r t r t 取出? ②频域法：对12(),()r t r t 作FFT,求出相位差? 四、根据?的值对应求出θ 三、Simulink 框图说明及参数设计: 依据方案的设计,建立Simulink 仿真模型 A.框图模块说明 : 相乘器相加器二进制数据流高斯白噪声信道

一种 InSAR 干涉相位图的自适应滤波算法

收稿日期:2010?06?12 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60802074,41001282);教育部新世纪优秀人才支持计划资助项目;中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(JY10000902011) 作者简介:郭　交(1984-),男,西安电子科技大学博士研究生,E?mail:jiao.g@https://www.doczj.com/doc/dd8058808.html,.doi押10.3969/j.issn.1001?2400.2011.04.014 一种InSAR 干涉相位图的自适应滤波算法郭　交,李真芳,刘艳阳,保　铮 (西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室,陕西西安　710071) 摘要:提出了一种自适应的InSAR 干涉相位图滤波方法.干涉相位滤波算法的关键是独立同分布滤波样本的选取,该方法以相位变化最小为准则,根据区域增长策略,在当前滤波像素的邻域空间内自适应地选择滤波窗口,再在此窗口内进行复数平均得到滤波后的干涉相位值.以相位变化最小为准则进行滤波样本的选取,使其满足独立同分布的条件,从而提高干涉相位滤波的性能.仿真数据和实测数据的处理结果表明,该算法具有较好的滤波性能,能够充分保持干涉相位图像细节,并有效地去除噪声. 关键词:干涉合成孔径雷达;干涉相位图;相位滤波;自适应区域增长中图分类号:TN957 文献标识码:A 文章编号:1001?2400(2011)04?0077?05 New adaptive noise suppressing method for interferometric phase images GUO Jiao熏LI Zhenfang熏LIU Yanyang熏BAO Zheng 穴National Key Lab.of Radar Signal Processing熏Xidian Univ.熏Xi’an　710071熏China雪 Abstract押　This paper proposes a new adaptive noise suppressing method for interferometric phase images.The key point of noise filtering for interferometric phase images is the selection of the independent and identically distributed 穴i.i.d.雪samples.The proposed method determines filtering samples with the criterion of the minimum phase differences according to the region?growing strategy熏and then computes the filtered phase in the complex domain.Due to the minimum phase difference熏the proposed method selects the filtering samples that obey the i.i.d.assumption more accurately熏thus improving the filtering performance.Finally熏experiments carried out on simulated and real data confirm that the proposed method possesses a better filtering performance and has the ability to suppres the noise effectively while maintaining the interferogram details adequately. Key Words押　synthetic aperture radar interferometry 穴InSAR雪鸦interferogram鸦phase filtering鸦adaptive region growing 干涉合成孔径雷达(InSAR)是获取地面数字高程图(DEM)的重要遥感技术.它通过对同一地区获得的两幅相干SAR 复图像进行干涉处理,得到观测区域的三维地形图[1].干涉相位图滤波是InSAR 数据处理中的关键步骤之一,相位滤波性能直接影响后续的二维相位展开处理,最终影响DEM 的高程精度[2].因此,研究稳健的相位图滤波算法具有重要的应用价值. 干涉相位图的滤波算法总是假定滤波窗口内的样本点满足独立同分布的假设,这样得到的均值滤波结果在统计意义上才等于滤波相位的均值[3?4].然而,在InSAR 数据的实际处理中,由于受地形起伏的影响和滤波样本的限制(最优的滤波结果应该是集合平均,而不是通常处理中所采用的空间平均),位于滤波窗口内的数据样本不可能严格满足独立同分布,尤其在地形变化剧烈的地区,这必然会导致滤波结果偏离理想真值. 最原始的圆周均值滤波方法根据经验值选取固定的滤波窗口(例如形状为规则正方形,大小为7×7),2011年8月第38卷　第4期　西安电子科技大学学报(自然科学版)JOURNAL OF XIDIAN UNIVERSITY Aug.2011Vol.38　No.4

光谱干涉图的傅立叶变换相位分析理论

3.1 干涉条纹图的傅立叶变换相位分析理论在各种光学测量中，，条纹图形的数学表达式可以写成下面的形式： ()()()()[]y x x f y x b y x a y x g ,2cos ,,,0φπ++= (3.1) 上式中()y x ,φ是我们想要得到的相位信号，而()y x a ,和()y x b ,的振幅量是不需要的；在大多数情况下，()y x a ,、()y x b ,和()y x ,φ相对于空间载频0f 是慢变量。例如，当00=f 时， ()()()()[]y x y x b y x a y x g ,cos ,,,0φ+= (3.2) 上式中()y x g ,0表示一幅干涉图。为了把（3.1）式表示的图形由图像传输仪器传送到计算机便于处理，重写（3.1）式，于是可以写成下面的形式： ()()()()()()x if y x c x if y x c y x a y x g 0*02exp ,2exp ,,,ππ?++= (3.3) 上式中，()y x c ,*是[]y x c ,的复共轭函数，()y x c ,表示如下： ()()()[]y x i y x b y x c ,exp ,2 1,φ= (3.4) 对（3.3）式进行快速傅立叶变换算法（Fast Fourier Transform: FFT ），得到以下结果： ()()y f f C y f f C y f A y f G ,),(),(,0*0?+?+= (3.5) 上式中()y f G ,、()y f A ,、()y f f C ,0?和()y f f C ,0*?表示（3.3）中对应的各个函数的傅立叶谱，f 表示在x 方向上的空间频率。方程（3.5）中各式对应于的表示在图3.2（A ）上，()y f A ,、()y f f C ,0?和()y f f C ,0*?在空间频域由0f 分隔开。

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 2 A 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

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 θ A 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4

I0(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?)。 44 特别地，利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振光。当θ=45度时，得到圆偏振光，此时让偏振片N旋转一周，屏幕上光强不变。一般情况下，得到的是椭圆偏振光，让偏振片N旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”。实验结果：半波片实验数据表：

光的干涉、衍射和偏振

光的干涉、衍射和偏振考纲解读 1.理解光的干涉现象，掌握双缝干涉中出现明暗条纹的条件. 2.理解光的衍射现象，知道发生明显衍射的条件. 3.知道光的偏振现象，了解偏振在日常生活中的应用．

1．[光的干涉现象的理解]一束白光在真空中通过双缝后在屏上观察到的干涉条纹，除中央白色亮纹外，两侧还有彩色条纹，其原因是() A．各色光的波长不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 B．各色光的速度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 C．各色光的强度不同，因而各色光分别产生的干涉条纹的间距不同 D．上述说法都不正确 2．[光的衍射现象的理解]对于光的衍射的定性分析，下列说法中不正确的是() A．只有障碍物或孔的尺寸可以跟光波波长相比甚至比光的波长还要小的时候，才能明显地产生光的衍射现象 B．光的衍射现象是光波相互叠加的结果 C．光的衍射现象否定了光的直线传播的结论 D．光的衍射现象说明了光具有波动性 3．[光的偏振现象的理解]如图1所示，偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向．下列四种入射光束中，能在P的另一侧观察到透射光是() A．太阳光 B．沿竖直方向振动的光 C．沿水平方向振动的光 D．沿与竖直方向成45°角振动的光

考点梳理 1．光的干涉 (1)定义：两列频率相同、振动情况相同的光波相叠加，某些区域出现振动加强，某些区域出现振动减弱，并且加强区域和减弱区域总是相互间隔的现象叫光的干涉现象． (2)相干条件只有相干光源发出的光叠加，才会发生干涉现象．相干光源是指频率相同、相位相同(振动情况相同)的两列光波． 2．双缝干涉：由同一光源发出的光经双缝后，在屏上出现明暗相间的条纹．白光的双缝干涉的条纹是中央为白色条纹，两边为彩色条纹，单色光的双缝干涉中相邻亮条纹间距离为Δx＝l d λ. 3．薄膜干涉：利用薄膜(如肥皂液薄膜)前后两面反射的光相遇而形成的．图样中同一条亮(或暗)条纹上所对应的薄膜厚度相同． 4．光的衍射

偏振光的杨氏干涉

收稿日期:2006-11-16 基金项目:国家自然科学基金资助项目(60177002,60477005);教育部高校博士点基金(20020422047)资助项目;国家精品课程( 光学 )建设资助项目(2006) 作者简介:蔡履中(1945!),男,河南封丘人,山东大学光学工程系教授,博士生导师,主要从事信息光学研究与教学工作. 教学研究偏振光的杨氏干涉蔡履中 (山东大学光学工程系,济南 250100) 摘要:在基础光学框架内,通过杨氏双孔干涉实验中线偏振光的干涉及线偏振光经过两任意厚度晶片的干涉等几个实例,说明了基于矢量波叠加概念的电磁干涉的基本思想、基本分析方法和基本现象.偏振光干涉时,观测平面上可以出现或不出现光强的周期性空间调制,但一般都产生光场偏振态的周期调制.它表明了光的矢量性对干涉的重要影响,并可揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理效应. 关键词:杨氏实验;电磁干涉;矢量波叠加;偏振光;衬比度中图分类号:O 436.1;O 436.3 文献标识码:A 文章编号:1000 0712(2007)06 0001 04 杨氏双孔干涉是光学中的经典实验.它不但在光学计量中有着广泛应用,而且是建立和发展光的相干理论的重要基础[1-4] .一般光学教材对杨氏实验的讨论均基于标量波理论,是以强度变化条纹作为干涉产生的表征,并以其衬比度作为相干性的度量.但是,众所周知,电磁场是矢量场,电磁波的矢量性在其叠加过程中必然发挥着重要作用.近年来,E.Wolf 等研究者从矢量波叠加的角度对杨氏干涉进行了更为深入的分析和探讨,得到了一系列很有意义的结论[5-8] .为与传统干涉内容相区别,此类文献中常把考虑了电磁场的矢量性的干涉称为电磁干涉(electrom agnetic interference ).这些分析中用到了谱密度(spectral density )、广义(两点)Stokes 参量等概念,已超出了大学物理范畴.不过,我们完全可以在基础光学的框架内对矢量波干涉的基本思想及现象给出简单明晰的解释.本文将通过几个实例说明此类问题的基本分析方法及物理诠释,它将表明矢量波干涉的特点,揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理现象.这对拓展学习者的思路和视野,培养其思维及创新能力是极为有益的. 1 两线偏振光的干涉作为一个最简单的例子,考察如图1所示的双孔干涉.图1(a)中S 为单色自然光点源,S 1、S 2为双孔,在S 、S 1S 2后分别放置偏振片P 、P 1、P 2,其中P 的透振方向与P 1、P 2的透振方向均成角,如图1(b)所示.设双孔等大,在傍轴条件下,可认为通过每孔的光波单独在观测屏上某点Q 产生的光强是相同的,并可设其为单位强度.在图1坐标系中,孔S 1、S 2在Q 点产生的光场可分别表示为图1 E 1=cos sin ex p i kr 1, E 2= cos -sin exp i kr 2 (1) 式中r 1和r 2分别是S 1和S 2到Q 点的距离,k =2 /!,!为光波波长.Q 点合光场为E =E 1+E 2=2exp i ! r 1+r 2cos c os !r 1-r 2 isin sin ! r 1-r 2 (2) 第26卷第6期大学物理Vol.26N o.62007年6月COL L EGE PHYSICS June 2007

试验27偏振光的特性研究

实验27 偏振光的特性研究光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，而光的偏振现象却直接有力地证明了光波是横波。光的偏振现象已广泛运用于光开关、光调制器、应力分析等科研和生产实际中。本实验通过对偏振光的观察和分析，以加深对光的偏振基本规律的理解。【预习提要】（1）什么是偏振光? （2）偏振光有哪几种? （3）什么是起偏器?什么是检偏器? （4）什么是马吕斯定律? （5）波片有什么作用? （6）什么是旋光效应？（7）什么是电光效应？（8）什么是磁光效应？【实验要求】（1）掌握各种偏振光的特性。（2）学会辨别各种偏振光。（3）了解偏振光干涉和双折射现象。（4）利用各种偏振光测量有关的物理量。【实验目的】（1）观察光的偏振现象，掌握产生偏振光的方法和检验方法。（2）学习用光电转换的方法测定相对光强，验证马吕斯定律。（3）了解波片的作用及椭圆偏振光的产生和检验方法。（4）学会利用偏振光进行一些物理量的测量。【实验器材】 λ波片，2/λ波片，起偏器，检偏器，晶体劈尖，旋光激光器，白光源，滤色片，4/ 器件，电光器件，磁光器件，微电流放大器，光电池，光具座。【实验原理】 1．自然光和偏振光 ·206·

·207·光波是横波，光波电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，其电矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则的取向。从统计规律看，在空间所有可能的方向上，光波电矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向对称。这种光称为自然光。由于自然光通过媒质的折射、反射、吸收和散射后，使光波电矢量的振动在某个方向具有相对的优势，而使其分布对传播方向不再对称。具有这种取向的光，统称为偏振光。偏振光可分为部分偏振光、平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光。如果光波电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，则这种偏振光称为部分偏振光；如果光波电矢量的振动方向只局限在某一确定的平面内，则这种偏振光称为平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹为一直线，故又称为线偏振光，如图4-27-1所示；如果光波电矢量随时间作有规则的改变，即电矢量末端在垂直于传播方向的平面的轨迹呈圆形或椭圆形，则称为圆偏振光或椭圆偏振光，如图4-27-2所示。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。实际上，任何起偏器都可看作为检偏器。 2．平面偏振光的产生和特性产生平面偏振光的方法有：反射产生偏振、多次折射产生偏振、双折射产生偏振和选择性吸收产生偏振。本实验采用具有选择吸收的偏振片产生平面偏振光。图4-27-1 平面偏振光图4-27-2 椭圆偏振光有些晶体对两个振动方向相互垂直的光波电矢量具有不同的吸收本领，这种选择性吸收，称为二向色性。当自然光通过二向色性晶体时，振动的电矢量与晶体光轴垂直时几乎被完全吸收；电矢量与光轴平行时几乎没有损失，于是，透射光就成为平面偏振光。偏振片是用人工方法制成的薄膜，具有二向色性，是用特殊方法使选择性吸收很强的微晶体在透明胶质层中作有规律的排列而制成，它允许透过某一电矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与它垂直方向振动的光。因此，自然光通过偏振片后，透射光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。在图4-27-3中，M M ′和N N ′分别表示起偏器和检偏器的“偏振化方向” ，它们之间的夹角为θ。令A 0为通过起偏器的振幅，将A 0分解为θcos 0A 和θsin 0A ，其中只有平行于检偏器N N ′的分量θcos 0A 可以通过检偏器。设I 0和I 分别为透过起偏器和检偏器的光强，透过检偏器的光振幅θcos 0A A =，因光强度与振幅平方成正比，所以2 020//A A I I =，故

偏振光的干涉及其应用

§4 偏振光的干涉及其应用习题4.1：平行于光轴切割一块方解石晶片，放置在主截面成350角的一对尼科耳棱镜之间，晶片的光轴平分此角，求：（1）从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅和光强。（2）由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅和光强。设入射自然光的光强为I 0=A 2。习题4. 1解答：如图所示：已知：o 5.17=α （1）从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅和光强。设由第一个尼科耳棱镜P1射出线偏振光的光强为I 1： 22 1021211A I A I === 得 A A 21 1= 从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅为：

o E o O A A A A A A 5.17cos 2 1cos 5.17sin 21sin 11====αα 从方解石晶片射出的O 光和E 光的强度为： o E E o O O I A I I A I 5.17cos 215.17sin 2 1202202 ==== （2）由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅和光强。由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅为： o E Ep o O Op A A A A A A 5.17cos 2 1cos 5.17sin 2 1sin 2222====αα 光强为： o Ep o OP I A I I 5.17cos 2 15.17sin 2 1402402== 习题4.2：光强为I 0单色平行光通过正交尼科耳棱镜，中间插入四分之一波片，其主截面与第一个尼科耳轴棱镜的主截面夹角为600，求出射光强度。

习题4. 2解答：如图：已知：o o 30,60==βα 设入射自然光的光强为I 0=A 2 由第一个尼科耳棱镜P1射出线偏振光的光强为I 1： 22 1021211A I A I === 得 A A 21 1= 从方解石晶片射出的O 光和E 光的振幅为： o E o O A A A A A A 60cos 2 1cos 60sin 21sin 11====αα 由第二个尼科耳棱镜射出的O 光和E 光的振幅为：

仿真实验偏振光实验报告

篇一：偏振光实验报告仿真课程：系别：专业班级：大学物理仿真实验电信学院实验报告 ------物理仿真实验实验名称：偏振光实验实验报告日期： 2009 年 11 月 28 日学号：******** ***********姓名： *******教师审批签字1.实验原理：偏振光原理：按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.实际中最常见的光的偏振态大体为五种，即自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏娠光和椭圆偏振光． 1. 自然光是各方向的振幅相同的光。对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等。 2．线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个方向振动。起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。常见的起偏或检偏的元件构成有两种：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. 光学棱镜：如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的； 3．部分偏振光：除了自然光和线偏振光外，还有一种偏振状态介于两者之间的光．如果用偏振片去检验这种光的时候，随着检偏器透光方向的转动，透射光的强度既不象自然光那样不变，又不象线偏振光那样每转90o。交替出现强度极大和消光．其强度每转90o也交替出现极大和极小，但强度的极小不是0(即不消光)。从内部结构看，这种光的振动虽然也是各方向都有，但不同方向的振幅大小不同，具有这种特点的光，叫做部分偏损光我们假定波是沿z轴传播的，在图中它垂直纸面迎面而系．这时若电矢量按逆时针方向旋转，我们称为左旋圆偏振光。若顺时针旋转，称为右旋圆偏振光。 5．椭圆偏振光电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆的光，叫椭圆偏振光。椭圆运动也可看成是两个相互垂直的线偏振光的合成，只是它们的振幅不等，或位相差不等于±π/2。椭圆长、短轴的大小和取向，与振幅ax, ay和位相差都有关系。可以看出线偏振光和圆偏振光都是椭圆偏振光的特例，常用波晶片把椭圆偏振光转换为线偏振光。椭圆偏振光退化为圆偏振光的条件是：ax ＝ ay 和＝±π/2。椭圆偏振光退化为线偏振光的条件是：ax ＝ 0，或ay ＝ 0，或＝0，±π。椭圆偏振光也有左、右旋之分，其定义与前面圆偏振光的定义相同。波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo,ve不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(ne-no)d=±λ/4，即δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(ne-no)d=±λ/2，即δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(ne-no)d=±λ，即δ=2π我们称之为全波片。布儒斯特定律：自然光以任意入射角i入射于两种各向同性的透明介质的分界面商。一般情况下，反射光和入射光分别是部分偏振光，垂直于入射面振荡的电矢量在反射光中占主要地位。在入射面上

调制偏振光相位延迟精确测量

中国石油大学物理创新训练1实验报告成绩：班级：应用物理学1302班姓名：尹昊同组者：张栋、姜顺教师：亓鹏调制偏振光相位延迟精密测量实验调制偏振光在光学精密测量和光学传递中有重要的应用价值，光学相位延迟系统的研究，可以测量任意光学相位延迟量。本实验内容涉及调制偏振光、相位延迟精密测量、偏振光光电检测、电光调制、光点接收等多方面知识。【实验目的】 1.理解电光调制原理； 2.观察晶体的会聚偏振光干涉图样； 3.使用不同方法测定铌酸锂晶体的透过率曲线（即T～U曲线），求出半波电压Uπ，再算出电光系数γ22； 4.学会使用相位补偿器； 5.掌握调制补偿的组合使用【实验原理】 1．偏振光的产生和检验光是电磁波，可用两个相互垂直的振动矢量——电矢量E和磁矢量H表征。因物质与电矢量的作用大于对磁矢量的作用，习惯上称E矢量为光矢量，代表光振动。光在传播过程中遇到介质发生反射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起变化，发生各种偏振现象。若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部分偏振光。再者，如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。人的眼睛不能直接检查偏振光，但可用一个偏振器面对偏振光进行检视，这个偏振器就成为检偏器。 2．马吕斯定律如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（图1），只有相当于它的成份之一的E y（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份（E x=E cosθ）则被吸收。

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