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满足关系
12tannn (27-1)
电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的偏振）作业5
一．选择题
1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片以入射光线为轴慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为
(A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零
(C) 光强先增加，后又减小至零； (D) 光强先增加，后减小，再增加。
【 D 】
2．一束光强为I0的自然光，相继通过三个偏振片P1、P2、P3后，出射光的光强为I= I0/8，已知P1和P3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P2，要使出射光的光强为零，P2最少要转过的角度是
（A）30° （B）45°
（C）60° （D）90°
[ B ]
[参考解] 设P1与 P2的偏振化方向的夹角为α ，则82sin8sincos2020220IIII ，所以4/，若I=0 ，则需0或 。可得。
3．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为
（A）1/2 （B）1/5 （C）1/3 （D）2/3
【 A 】
4．自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为
（A）完全偏振光且折射角是30°
（B）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30°
（C）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角
（D）部分偏振光且折射角是30°
【 D 】
5．一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角，则在玻璃板下面界面的反射光O2 A是
(A) 自然光．
(B) 部分偏振光．
1 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 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满足关系
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178 第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振
一．基本要求
1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法；
2．掌握马吕斯定律及其应用；
3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用；
4．了解光的双折射现象；
5．了解偏振光的应用。
二．内容提要和学习指导
（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（二）线偏振光的获得和检验
1．线偏振光的获得：
①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。当自然光以布儒斯特角121tanbin入射（或/2i，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o光）。另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e光）。 o光和e光均是线偏振光。o光的振动方向垂直于o光的主平面，e光的振动方向在e光的主平面内。光线沿光轴方向入射时，o光和e光的传播速度相同。在晶体内，o光的子波波面为球面波，e光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o光和e光的传播方向。
利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。
2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I与入射光强0I的关系为：20cosII，其中是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。②利用反射和折射偏振。③利用偏振棱镜。
（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。平面偏振光经过二分之一波片后，出射的仍为平面偏振光。四分之一波片结合检偏器可检验圆偏振光和椭圆偏振光。
