最新实验讲义-偏振与双折射实验-.9教学讲义ppt

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光的偏振ppt课件

自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此光轴
方向的直线均为光轴。
102o
单轴晶体：只有一个光轴的晶体双轴晶体: 有两个光轴的晶体
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •

光的衍射和偏振-PPT

例1：计算自然光从空气射到折射率为4/3的
水面时，当入射角为多大时使反射光和折射光均为偏振光？（假设光在玻璃中的折射率相同）
析与解
例2：如何在拍摄时减弱反射光的干扰？
答案：（见课本P34）
13
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
偏振片P
自然光
线偏振光 .
.... .
自然光
检偏器明
14
演示实验（1）：自然光通过一个偏振片
不同色光的单缝衍射
6
单缝衍射规律 1、波长一定时，单缝窄的中央条纹宽，各条纹间距大． 2、单缝不变时，光波波长的（红光）中央亮纹越宽，条纹间隔越大． 3、白炽灯的单缝衍射条纹为中央亮，两侧为彩色条纹，且外侧呈红色，靠近光源的内侧为紫色．
7
A S
1、孔较大时——屏上出现清晰的光斑
B
2、孔较小时——屏上出现衍射花样
片的透射方向一致时的光波才能通过，也就是说，通过偏振片的光波，在垂直于传播方向的平面上，只沿着一个特定的方向振动，这种光叫做偏振光。
12
（1）除了从光源（如太阳、电灯等）直接发出的光以外，通常看到的绝大多数是反射、折射光是偏振光。
自然光射到两种介质的界面时，当反射光与折射光之间的夹角为900，反射光与反射光就都是偏振光，并且两偏振方向互相垂直。
自然光：太阳、电灯等普通光源发出的光，包含着在
垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同，这种光叫做自然光。
偏振片（也叫起偏器或检偏器）：由特定的材料
制成，它上面有一个特殊的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方向平行的光波才能通过偏振片。
偏振光：自然光通过偏振片时，只有振动方向跟偏振

大学物理实验偏振与双折射

三、装置
旋转式光学综合放视频
四、现象演示
（1）将光源、方解石晶体、接收屏共轴放置。
（2）将光射到方解石晶体上，光进入晶体后，分解为o、e两束光并从晶体中射出来，在屏上形成两个光斑。
（3）以光的传播方向为轴旋转方解石，会发现一个光斑不动，而另一个光点会绕其旋转。不动光斑对应着寻常光，旋转光斑对应着非寻常光。
双折射现象与双折射的偏振
一、演示目的
观察光通过方解石晶体后发生的双折射现象
二、原理
当光进入各向异性介质（晶体）时，介质中出现两束折射光线的现象叫做双折射。双折射现象具有以下特点：
（1）其中一束折射光始终在入射面内，遵守折射定律，称为寻常光，简称为o光；另一束折射光一般不在入射面内，不遵守折射定律，寻非常光，简称为e光。
（4）用偏振片可检验两束光的偏振化方向。在光路中垂直插入检偏器（偏振片），旋转偏振片可观察到两个光斑的亮度交替变化，并交替消光，说明它们所对应的光（即双折射的两束光）都是偏振光。实验表明，这两束光的消光位置互相直，说明两束光的偏振化方向互相垂直。
五、讨论与思考
方解石越厚，两个光斑分得越开还是越近？
（2）光沿晶体的光轴方向传播时，o光和e光不分开，即不发生双折射。
（3）晶体中光线与光轴构成的平面叫该光线的主平面。o光光振动垂直于自己的主平面，而e光的光振动平行于自己的主平面，也就是说，o光和e光都是线偏振光。
（4）当光线入射在晶体的某一晶面上时，该晶面的法线于晶体的光轴组成的平面叫做晶体的主截面。当入射光线在主截面内时，两折射光线均在入射面内。即此情况下，入射面、主截面和o光和e光的主平面重合；o光和e光的光振动互相垂直。

《双折射偏振棱镜》课件

工作原理
入射光
自然光入射到双折射偏振棱镜上。
双折射
由于两个直角棱镜的折射率不同，入射光在两个棱镜之间发生双折射现象，分解成两个偏振方向相互垂直的线偏振光。
反射与透射
出射光
两个线偏振光分别在两个棱镜上反射和透射，由于棱镜的高反射性和高透光性，使得两个线偏振光能够完全分离。
两个线偏振光作为出射光从双折射偏振棱镜中射出。
光学信号处理
信号分离
在光学信号处理中，双折射偏振棱镜用于分离不同偏振状态的光信号，从而实现多通道信号的解调。
增强信号质量
通过使用双折射偏振棱镜，可以有效地滤除噪声和干扰，提高信号的质量和信噪比。
光学通信
高速光数据传输
在光纤通信中，双折射偏振棱镜用于实现高速光数据的传输和解调，从而提高通信系统的数据传输速率和可靠性。
偏振棱镜的性能。
结构设计
优化双折射偏振棱镜的结构设计，以改善其光学性能和机械稳定性。
表面处理
对双折射偏振棱镜的表面进行抛光和镀膜处理，以提高其光学质量和耐久性。
制造工艺
采用先进的制造工艺，如精密加工和超精密加工技术，以确保双折射偏振棱镜的制造精度
和一致性。
05 双折射偏振棱镜的发展趋势与展望
特性
具有高透光性、高反射性、高偏振度等特点，广泛应用于光学仪器、激光技术、光通信等领域。
结构与组成
结构
双折射偏振棱镜由两个直角棱镜组成，两个棱镜的折射率不同，使得入射的自然光在两个棱镜之间产生双折射现象。
组成
主要由石英、方解石等光学材料制成，具有稳定的物理和化学性质，能够保证长期使用过程中性能的稳定性。
并被利用。
偏振度

《光的偏振实验》课件

振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作圆周运动。
椭圆偏振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作椭圆运动。
偏振光通过不同介质的现象
偏振光通过透明介质时，其偏振方向会发生改变偏振光通过反射介质时，其偏振方向也会发生改变偏振光通过折射介质时，其偏振方向也会发生改变偏振光通过散射介质时，其偏振方向也会发生改变
观察干涉条纹：记录干涉条纹的变化，分析光的偏振特性
实验总结：总结实验结果，分析光的偏振特性，得出结论
实验注意事项
确保实验环境安全，避免光
线直射眼睛
实验过程中，注意保护实验器材，避免损
坏
实验过程中，注意观察实验现象，及时记
录数据
实验结束后，及时清理实验器材，保持实
验室整洁
光的偏振实验结果分析
光的偏振实验原理
光的波动理论
光的波动性：光具有波动性，可以传播和反射
光的偏振：光在传播过程中，其振动方向与传播方向之间存在一定的关系
光的偏振实验：通过实验观察光的偏振现象，验证光的波动性
光的偏振原理：光的偏振是由于光在传播过程中受到介质的影响，导致其振动方向发生变化
光的偏振态
光的偏振态是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上的振动状态。光的偏振态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
光的偏振的应用
光学仪器中的偏振现象
偏振片：用于改变光的偏振状态，如偏振显微镜、偏振相机等偏振棱镜：用于分离不同偏振方向的光，如偏振分光镜、偏振棱镜等偏振光栅：用于分析光的偏振特性，如偏振光栅、偏振光栅相机等偏振干涉仪：用于测量光的偏振特性，如偏振干涉仪、偏振干涉显微镜等
摄影技术中的偏振应用

《双折射现象》课件

通过利用晶体或塑料等材料制造的特殊透镜，可以实现对不同偏振状态
光的分离和操控。
02
光学通信
在光纤通信中，双折射现象可用于实现光的偏振复用，从而提高通信容
量和传输速率。通过在光纤中引入双折射效应，可以实现信号的并行传
输和信号的解调。
03
光学传感
双折射现象还可以应用于光学传感领域，如压力、温度、磁场等物理量
的测量。通过利用双折射现象对光的偏振状态的影响，可以实现对物理
量的敏感测量。
02
双折射现象的物理原理
光的波动性
光的波动性是指光在传播过程中表现出的振动特性。光波是一种横波，具有振动方向与传播方向垂直的特性。
当光波通过某些介质时，由于介质中分子或原子对光的振动方向产生影响，导致光波的振动方向发生变化，从而影响光的传播方向。
光的偏振
光的偏振是指光波的振动方向在某一特定平面内。自然光中，光波的振动方向是随机的，但在特定条件下，光波的振动方向可以被限制在某一特定平面内。
偏振光在某些介质中传播时，其传播方向会受到介质中分子或原子的影响，从而表现出不同的光学性质。
双折射的物理机制
双折射是指当光线通过某些晶体或其它双折射介质时，光波会分裂成两个偏振方向相互垂直、传播速度不同的光线，这种现象称为双折射。
双折射现象在光学通信和信息处理中有重要的应用，如光子晶体光纤、量子通信等，利用双折射现象可以实现高速、大容量的信息传输和处理。
双折射现象的研究趋势与展望
探索新型双折射材料
随着科技的发展，新型材料的不断涌现，探索具有更高双折射系数、更稳定的新型双折射材料是未来的研究趋势之一。
深入研究双折射机制
目前对双折射机制的理解还不够深入，未来需要进一步深入研究光与物质相互作用机制，揭示双折射现象的本质。

实验讲义-偏振与双折射实验-2013.9

Ao A sin Ae A cos
Ae , Ao 通过 / 4 波片 C 后将产生一位相差，对 / 4 波片

2
，通过 C 之后的 Ae , Ao 只有
与 P2 通光面平行之分量 Aee , Aoe 才能通过 P2 。
Aee Ae cos( ) A cos cos( ) Aoe Ao sin( ) A sin sin( )
图 2 实验内容 2 的原理装置和光路示意
半导体激光器
起偏器
检偏器
P1
P2
Байду номын сангаас
光电转换器
马吕斯定律 (实验验证)
激光器电源
实验2
光电流计
图 3. 实验内容 2 的实验装置与光路设计
图 2、图 3 为实验内容 2 的具体光路设计和仪器联接，依次为：半导体激光器（光源）、起偏器（偏振片 P1 ）、检偏器（偏振片 P2 ）、光电转换器（光电池）和光电流计（光强分布
2
4 二分之一波片( / 2 波片)与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光，且与波片光轴成角，则出射光仍为线偏振光，但与光轴成角。即线偏振光经 / 2 片光矢量振动方向转过了 2 角。 (2) 若入射光为椭圆偏振光，则半波片既改变椭圆偏振光长（短）轴的取向，也改变椭圆偏振光（圆偏振光）的旋转方向。 5 四分之一波片( / 4 波片)片与偏振光 (1) 若入射光为线偏振光，且透光轴与 / 4 波片光轴成角，则当 0 ,45 ,90 时，出射光为椭圆偏振光， 45 时为圆偏振光。 (2) 若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光。 (3) 若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光。特殊情况下可得到线偏振光（请思考：什么情况下得到线偏振光？） 6 椭圆偏振光的产生和光强 I 的实验测量如上所述，要人为地获得椭圆偏振光和圆偏振光，可由起偏器（ P1 ）、检偏器（ P2 ）和波片 C（ / 4 波片）等组成的光学系统获得（图 4）。其光强 I 和特性还可通过实验进行测量和验证。下面首先推导椭圆偏振光经过 P2 后之合成光强表示式：如图 4，设 C 与 P1 透光轴之夹角为，C 与 P2 通光面夹角为，光经过 P1 后，变为线偏振光，其光矢量的振幅为 A，在波片入射面上将被分解为 e 光和 o 光（均相对于 C）。

偏振与双折射.ppt

Leabharlann / 4波片：(no

ne
)d

/
4或

2
(no

ne
)d

2
/ 2波片：
(no

ne
)d

/
2或

2
(no

ne
)d

全波片：
(no

ne )d

或

2
(no

ne
)d

2
…….（3）
一般的晶片不可能做得这样薄，都在（4）式表示的数值上加波长的整数倍并不改变其波片性质。波片晶体有石英、云母。本实验中采用云母波片λ =632.8nm。为了研究光通过波片后光矢量的合成，由上述分析，我们可以把入射偏振光经过波片后的o光和e 光之电矢量振动写成下式，这并不失去一般性。
3、二向色性
光在某些晶体中传播时，晶体对o光和e光的吸收是不一样的。此特性称为二向色性。例如电气石（一种矿石晶体），对o光有强烈的吸收作用，而对e光则吸收很少。当自然光通过电气石晶片时，在很短的路程中o光就被全部吸收，因此通过的光是与晶体内e光相应的线偏振光。利用这一性质可以用来产生线偏振光。如图3所示。有一些有机化合物晶体如碘化硫酸奎宁亦有二向色性。由于天然晶体多半不能得到大的体积，而有机化合物晶体可以大面积制作，且价格便宜，因此它们获得了广泛的应用。
能将自然光变为偏振光的器件称为起偏器，用于检验偏振光的器件称为检偏器。偏振器允许透过的光矢量方向为其透光轴。当一线偏振光垂直入射于单轴晶体，即e光和o光之主平面重合，若线偏振光之光矢量A与主平面的夹角为θ ，如图4所示，图中 ρ ρ ’为主平面。用矢量分解法，我们可以得到o光和e光的电矢量Ao和Ae

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偏振化方向 M
偏振片的起偏与检偏作用
M'
起偏器
N
N'
检偏器
§ 2 马吕斯定律
研究透射光的强度
讨论
I0 A02
IA2
I I0
A A022
A02cA0o22s
I I0 cos 2
10 若自然光在 a 的前方强度是 I0 ，则过 a 后的强度是
( I0 2 )
0,1800 Ima x I0
d(n0ne)(k 2 k 1) 2 m maxik n 1 ,2 ,
从 P2 出来的光强：
I 2 A 1 2sin 2c o s2 1 c o s4
实验仪器
冰洲石激光器偏振片 1/4波片 1/2波片激光接收器数字光电检流计
注意事项
1.眼睛请勿直视激光。 2.每个器件非常昂贵，请务必小心。
ve
在垂直于光轴的方向上：
负晶体
ve (max)
ne (min)
ne (min) 晶体的主折射率
4. 用惠更斯原理解释双折射现象
0e
0e
0
重要！
0e
e
5. 利用双折射获得线偏振光
（1）尼科尔棱镜（用方解石粘结而成，得到 e 光）
e
e
68 0
o
方解石 n01.658 加拿大树胶 n 1 . 55
问题：光波是不是横波？!
现在可以解释实验1、2了实验1：
这是因为入射光是自然光。
实验2:
A//B
偏振片透明绕轴旋转900，情况不变。
偏振片透明
偏振片全黑
入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。
AB
B 绕轴旋转，强度发生变化
3. 如何由自然光获得线偏振光？利用选择吸收获得线偏振光
A10
A1e
从 C 出射的 o 光、e 光通过 P2后
才会产生通常意义下的干涉。 A20
b A2e
P1
C
0A1 e
P2
a
d
b
*晶面上O光、 e光的位相相同。
*从晶体中出来后，O光、
e光位相差为
2
d(n0ne)
*偏振片P2 附加位相差。
总
2d(n0
ne)
2kmaxk 1 ,2 , (2k1)min
0光e光从b面出射时，
光程差和位相差分别为：
dn0dne
2
2d(n0ne)
若k
k 1,2, k0
* k 时晶片出来的光是椭圆偏振光，
=45 0 时，Ae=A0 ，是圆偏振光。
* = k 时，(k=1,2…) 仍为线偏振光。
k为偶数，振动方向不变。
k为奇数振动方向改变 2 。
2. 波晶片：（ 1/2 波片 1/4 波片）
20 由马吕斯定律知
900,2700Imin0
§ 3 光的双折射现象
1. 晶体对光的双折射现象方解石 CaCO3
CaCO3
oe
2. 双折射现象产生的原因
0光：寻常光线，遵循折射定律
e光：非常光线，
不遵循折射定律
各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射
但CaCO3等类各向异性晶体
5
4
3 2
7 4
(2k1) 2
为正椭圆
2
A1=A2为圆
k为偶数，振动方向不变。 k为奇数振动方向改变 2 。
对光振动：
Ex E1cos(t1) Ey E2cos(t2)
若相同，恒定，振动方向互相垂直，且
k 合振动为
讨论
任一椭圆
(2k1) 2
E1E2
正椭圆圆
10 自然光在双折射晶体中
产生的 o 光、e 光叠加，
(2k1) k'
2 2 出来的是线偏振光
3. 偏振光的干涉
研究在同一平Leabharlann 上振动的两偏振光的干涉P1、P2 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：
P1
C
0 A1 e
负晶体 P2
a
d
b
从 C 出射的 o 光、e 光能否产生干涉？a
不能！O光、e光振动方向互相垂直，A 1
c
不是相干光。偏振片P2 附加位相差
2
入射光是线偏振光时，从 /4 波片中出来是椭圆偏振光。
讨论
10 /2 波片、 /4 波片是对一定的而言的。
20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、而椭圆和圆偏振光两垂直成分有恒定相位差。
30自然光、部分偏振光通过/2 、 /4 波片仍然是自然光或部分偏振光。
40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4 波片的光轴时）经1/4 波片后，两垂直成分位相差为
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
能否产生椭圆偏振光？
oe
不能！出射光仍为自然光。
20 由线偏振光在双折射晶体中分成的 o 光、 e 光可能
产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有
恒定位相差。
获得椭圆和圆偏振光的光路图
M
AC
Ao
Ae
oe
M'
C'
光轴
d
A A0
主平面
Ae 光轴 a
Ae Acos
d b
Ao Asin
n0 ne
ne1.486
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4）负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v
对 O 光：一个折射率对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。（3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
实验讲义-偏振与双折射实验2012.9
实验原理
§1 偏振光与自然光 1. 光的偏振现象：偏振是横波特有的现象，如机械横波：
缝阑转 90 0 后波不能通过— — 偏振现象.
如光波能发生这种现象，就是横波。
实验1：演示
偏振化方向
偏振片
观察太阳光，看到偏
振片透明，将偏振片转过 900后，情况不变。