实验十 偏振光的观察与研究

偏振光现象的观察和分析偏振光的观察可以通过一些特定的实验装置来实现。

例如，可以使用偏振片和分析器来检测光的偏振状态。

偏振片是一种光学元件，它能够选择性地通过振动方向与特定方向相同的光，而将其他方向的光消除或减弱。

这样，当光通过偏振片时，只有特定方向的光能通过，其他方向的光被过滤掉了。

而分析器是另一种偏振片，在实验中用于检测偏振光。

当通过偏振片的光到达分析器时，如果它们的振动方向相同，那么光将能够通过分析器，我们可以观察到透过分析器的光强度。

如果它们的振动方向不同，那么光将被分析器阻止通过，我们将观察不到通过分析器的光。

通过使用偏振片和分析器的实验装置，可以进行一系列的观察和分析。

首先，我们可以通过调整偏振片和分析器之间的相对角度来观察最大和最小光强的变化。

当振动方向相同时，光强度最大，当振动方向垂直时，光强度最小。

通过这一观察结果，我们可以得出结论，光强度与振动方向之间存在关联。

其次，我们可以观察光的偏振状态的改变。

例如，可以用线性偏振光源辐射出一个固定方向的偏振光，然后通过一系列的偏振片和分析器来调整光的偏振状态。

通过观察光在不同偏振状态下的传播特性，我们可以了解光的偏振性质以及不同偏振状态下光的行为差异。

除了观察外，我们还可以进一步分析偏振光的性质。

例如，通过使用偏振片和分析器，我们可以测量通过透过分析器的光强度，并进一步计算出偏振光的偏振度。

偏振度是一种度量光偏振状态的物理量，它可以用来描述光的偏振程度。

对于完全偏振的光来说，其偏振度为1，而对于完全偏振的光来说，其偏振度为0。

此外，偏振光的观察和分析还可以应用于实际生活中的一些领域。

例如，在电子显示技术中，液晶显示器使用偏振器和光调制器来控制光的偏振状态，从而实现图像的显示和切换。

在光通信中，偏振光也被广泛应用于光纤传输和光信号处理中，以提高传输速率和信号质量。

总之，偏振光现象的观察和分析可以帮助我们更深入地了解光的性质和行为。

通过观察光的光强度变化以及偏振状态的改变，我们可以探索光的偏振性质和对其进行分析。

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（3）晶体双折射产生的寻常光（o 光）和非常光（e 光），均为线偏振光。

偏振光现象的研究实验报告一、实验目的本实验旨在通过观察和分析偏振光现象，深入理解光的偏振性质，掌握偏振片和检偏器的使用方法，并学会分析和解释实验数据。

二、实验原理偏振光是一种特殊的光线，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。

自然光在不受外力作用的环境中产生，其光波的振动方向是随机的，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。

而偏振光则只有在一个特定方向上存在振动。

三、实验步骤1. 准备实验器材：光源、偏振片、检偏器、屏幕、测量尺、坐标纸。

2. 打开光源，使光线通过偏振片，观察光线的变化。

3. 旋转偏振片，观察光强的变化，找到使光强最弱的偏振角度。

4. 将检偏器旋转至与偏振片相同的偏振角度，观察光强的变化。

5. 记录实验数据，绘制光强与偏振角度的关系图。

6. 分析实验结果，得出结论。

四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们观察到当自然光通过偏振片后，光线变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。

旋转偏振片时，光强会发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。

记录实验数据并绘制了光强与偏振角度的关系图。

2. 结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：（1）自然光通过偏振片后，变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。

这说明偏振片具有使光线偏振的作用。

（2）旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。

这说明检偏器具有检测偏振光的作用，当检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向一致时，透射的光强最小。

（3）根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强最小，此时两者之间的夹角为90度。

这说明检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向垂直时，透射的光强最大。

五、结论总结本实验通过观察和分析偏振光现象，深入理解了光的偏振性质。

实验结果表明，自然光通过偏振片后变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动；旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值；根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当两者之间的夹角为90度时，透射的光强最大。

偏振光的观察与研究实验原理
偏振光是光学中的一个重要概念，它涉及到光的振动方向和传播方向的不对称性。

以下是偏振光的观察与研究实验原理：
1. 偏振光的定义：偏振光是指光的振动方向相对于传播方向具有不对称性。

只有横波才能产生偏振现象，而光波是一种电磁波，因此具有偏振性质。

2. 偏振光的分类：根据振动方向与传播方向的关系，偏振光可以分为自然光、线偏振光、局部偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光五种。

3. 产生偏振光的方法：
利用光的反射和折射：当光在界面上反射或折射时，光的振动方向会发生变化。

通过调整入射角，可以在特定条件下获得线偏振光。

当入射角为布雷斯特角时，反射光成为完全线偏振光。

利用光学棱镜：尼科尔棱镜和格兰棱镜等光学棱镜可以将自然光转化为线偏振光。

利用偏振片：偏振片可以由自然光得到线偏振光，通过改变偏振片的放置角度，可以得到不同偏振态的光。

4. 改变光的偏振态的元件：波晶片。

平而偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片表而，会产生双折射现象。

利用此特性，可以通过改变波晶片的放置角度来改变出射光的偏振态。

在实验中，通常会使用各种设备来观察和研究偏振光，例如偏振分束器、检偏器等。

通过调整这些设备的参数和角度，可以观察到不同偏振态的光的特性，进一步了解光的偏振性质。

总之，偏振光的观察与研究实验主要涉及光的反射、折
射、通过光学棱镜和偏振片产生偏振光的方法，以及利用波晶片改变光的偏振态的原理。

通过这些实验，可以深入了解光的偏振性质及其在光学中的应用。

偏振现象的观察与分析实验报告偏振现象的观察与分析实验报告引言：偏振现象是光学中一个重要的现象，它指的是光波在传播过程中，由于光波的电矢量在空间中的振动方向不同，导致光波的偏振状态发生变化。

通过对偏振现象的观察与分析实验，我们可以深入了解光的性质以及光与物质的相互作用。

实验目的：本次实验的目的是通过观察和分析不同光源的偏振现象，探究光的偏振性质，并进一步了解光的传播规律。

实验装置：实验装置主要包括：偏振片、光源、偏振片旋转台、偏振片检偏器、光屏等。

实验步骤：1. 将光源置于实验装置的一端，调整偏振片旋转台，使其与光源之间呈45度夹角。

2. 在光源的另一侧放置一块偏振片，将其与光源之间呈90度夹角。

3. 调整偏振片旋转台，观察光源通过两块偏振片后的光强变化情况。

4. 将偏振片检偏器放置在光屏的一侧，调整其角度，观察光通过检偏器后的光强变化情况。

实验结果与分析：通过实验观察和记录，我们得到了以下实验结果和分析：1. 光源通过偏振片后的光强变化情况：当光源通过第一块偏振片时，我们观察到光强发生了明显的变化。

当两个偏振片的振动方向平行时，光强最大；当两个偏振片的振动方向垂直时，光强最小。

这表明光源发出的光是具有偏振性质的。

2. 光源通过检偏器后的光强变化情况：在第一部分实验的基础上，我们进一步将偏振片检偏器放置在光屏的一侧。

通过调整检偏器的角度，我们观察到了光强的变化。

当检偏器的振动方向与第一块偏振片的振动方向平行时，光强最大；当检偏器的振动方向与第一块偏振片的振动方向垂直时，光强最小。

这说明检偏器可以选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光。

实验结论：通过以上实验观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 光源发出的光具有偏振性质，其振动方向可以通过偏振片的旋转来调节。

2. 偏振片检偏器可以选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光，从而改变光的偏振状态。

3. 光的偏振现象与光的传播方向、振动方向以及介质的性质等因素有关。

偏振光的观察与研究研究λ/4波片对偏振光的影响考题内容：研究λ/4波片对偏振光的影响：1、按光路图使偏振片A和B 的偏振轴正交(消光)。

然后插入一片λ/4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。

2、以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360°观察现象。

3、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。

一、仪器使用顺序正常及仪器使用正确1、仪器使用顺序正常及仪器使用正确学生答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确标准答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确二、圆偏光和椭圆偏振光的产生1、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象,将上面几次转动的实验结果记录在表中(请选择相应的答案,偏振片A的透振方向为0°)2、答案选项： A:光强发生变化,但不消光 B:光强发生变化,且消光 C:光强没有发生变化 D:某位置有光,其他位置消光 E:椭圆偏振光 F:圆偏振光 G:线偏振光 H:部分偏振光研究λ/2波片对偏振光的影响总分： 50本题得分：50考题内容：研究λ/2波片对偏振光的影响1：使偏振片A和B的偏振轴正交(消光)，并在A和B之间插入一个λ/2波片C。

2：以光线为轴将λ/2波片转动任意角度，破坏消光现象，再将B转动360°，观察消光现象。

改变C(λ/2波片)的慢（或快）轴与激光振动方向之间的夹角θ，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ′,记录角度θ′，并将记录填入下表：一、仪器使用顺序正常及仪器使用正确1、仪器使用顺序正常及仪器使用正确学生答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确标准答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确二、改变λ/2波片的慢（或快）轴与偏振片A的方向之间的夹角θ，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ′,记录角度θ′，并记录数据。

实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：偏振光的观察与研究振现象在生活和生产中有广泛应用，比如利用偏振眼镜可以观看立体电影，用偏振片可以突出蓝天中的白云，在液晶显示器中可以控制字符显示，在显微镜中可用来检测样品的各向异性和双折射性，检测材料的结构、厚度、折射率和应力分布等。

光的偏振在建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

起偏器和检偏器根据光学元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。

起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。

产生偏振光的方式：1.光在界面的反射和透射：根据布儒斯特定律，入射角为一特定值时，反射光为完全线偏振光，折射光为部分偏振光。

2.光学棱镜：利于晶体的双折射原理得到的o光和e光是完全偏振光。

3.偏振片：利于有机分子（如聚乙烯醇）的平行排列，只允许垂直于排列方向的光振动通过，可以产生线偏振光。

该方法因工艺简单且价格便宜得到广泛应用，本实验中采用偏振片作为起偏器和检偏器。

马吕斯定律偏振光的研究从马吕斯定律开始，马吕斯定律也是最基本和最重要的偏振定律。

马吕斯于1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为：其中是检偏器的偏振方向和起偏器偏振方向的夹角。

波晶片波晶片又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。

它是利用不同偏振方向的光在晶体中的传播速度不同来产生相位延迟的，传播速度较大()的振动方向成为快轴，传播速度较小()的振动方向称为慢轴。

设快轴和慢轴对应的折射率分别为，波片的厚度为，则光束通过波片后的光程差为：对应的相位差为•若光程差满足即相位差，我们称之波片。

•若光程差满足即相位差，我们称之2波片。

图5，波片的o轴与偏振方向平行图6，波片旋转图7，波片旋转上图坐标轴表示波晶片，o轴和e轴表示波片的快轴和慢轴方向，o和e轴相互垂直。

红色箭头表示自然光经过检偏器后的电矢量方向，实验中起偏器的设置始终不变。

绿色箭头表示偏振光经过波片后的偏振状态。

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 y22 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。

偏振光的观察与研究实验报告数据偏振光指的是只在一个平面上振动的光，它的传播方式与普通光有所不同。

由于其具有特殊的偏振状态，因此可以在各个领域中发挥重要作用。

在本次实验中，我们对偏振光的观察与研究进行了探究。

一、实验目的1. 学习偏振光的概念及其传播方式。

2. 观察线偏振器和波片对偏振光的影响。

3. 研究偏振光的干涉现象。

二、实验仪器及材料1. 两个偏光片2. 一块玻璃板3. 一块亚克力板4. 一束激光光源5. 一个手机屏幕三、实验步骤1. 将一块玻璃板和一块亚克力板插入两个偏光片之间，调整偏光片的方向，观察得到的光的强度变化。

2. 将一个偏光片放置在激光器前，记录得到的光的强度值，并将其称为“I”。

然后将另一个偏光片放在激光光路中，并逐渐旋转它的方向。

记录得到的光的强度值，并将其称为“T”。

3. 将一个手机屏幕放置在两个偏光片之间，逐渐旋转其中一个偏光片的方向。

观察手机屏幕的显示情况。

4. 在两个偏光片之间插入一块玻璃板，然后将其中一个偏光片旋转一定的角度，并记录得到光的强度值。

四、实验结果1. 调整偏光片的方向之后，得到的光的强度会发生变化，实验表明，当两个偏光片的方向垂直时，通过的光线最弱，当两个偏光片的方向相同时，通过光线最强。

2. 在实验过程中，我们发现，当两个偏光片的方向偏离90度时，通过的光线几乎消失。

这说明当光的振动方向被偏振后，只有振动方向与偏振方向一致的光才能通过。

3. 在手机屏幕的观察实验中，我们发现当两个偏光片的方向相同时，手机屏幕显示为亮屏，而当两个偏光片的方向垂直时，手机屏幕显示为黑屏。

这说明手机屏幕与偏振光的作用原理是相似的。

4. 在偏振光的干涉实验中，我们发现，在通过玻璃板的偏振光中，存在两个方向的振动状态，这两个方向的振动状态会互相干涉，导致光线强度的变化。

五、实验结论本次实验通过观察偏振光的传播方式，观察了线偏振器和波片对偏振光的影响，以及研究了偏振光的干涉现象。