偏振与双折射实验讲义(2019)

偏振与双折射实验报告实验目的：本次实验旨在通过实验操作验证偏振与双折射现象，并深入了解其基本原理和应用。

实验器材：偏光片、双折射晶体、平行光源、显微镜、偏振镜、光源滤片、介质物。

实验原理：偏振现象指的是碎片形状不同的光通过偏振片时，透射出的光线及光强会有所改变的现象。

偏振片是由其中的一些小分子串列而成的，这些小分子只容许某一方向的振动传播。

当光透过偏振片时，只有与筛网平行的振动分量可以通过，与筛网垂直的振动分量则被截止了。

双折射现象是指在某一些晶体中，不同方向的光线具有不同的折射率，从而产生双折射现象。

在正常的单折射晶体中，光的传播方向与折射率无关。

在双折射晶体中，光的传播方向与折射率是有关系的。

通过双折射显微镜可以观察到双折射现象。

实验步骤：第一步：使用光源、平行光源和光源滤片，发出平行光线。

第二步：在光路中加入偏振片和偏振镜，观察透射光线的改变。

第三步：选一块双折射晶体，放在偏振片和偏振镜之间的光路上，观察透射光线的变化。

第四步：在双折射晶体中加入特定介质物，再次观察透射光线的变化。

实验结果：在第一步中，我们通过光源、平行光源和光源滤片，发出平行光线。

在第二步中，我们将偏振片和偏振镜加入光路，发现透射光线的光强会发生变化。

在第三步中，我们选一块双折射晶体，放在偏振片和偏振镜之间的光路上，观察到透射光线会发生双折射现象。

在第四步中，我们在双折射晶体中加入特定介质物，观察到透射光线的双折射现象随介质物种类不同而改变。

结论：本次实验中，我们验证了偏振和双折射现象的存在，并深入了解其基本原理和应用。

我们也掌握了相关实验操作技能，并通过实验得到了有价值的数据和结论。

光的偏振与双折射现象光是一种电磁波，可以在真空中以及各种介质中传播。

而在传播过程中，光的偏振与双折射现象是光波特性中非常重要的内容。

本文将介绍光的偏振与双折射现象的基本概念和原理。

一、光的偏振偏振是指光波中的电场矢量在传播方向上的振动方式。

光波可分为非偏振光、偏振光和部分偏振光。

1. 非偏振光：光波中的电场矢量在各个方向上均匀分布，没有特定的振动方向。

2. 偏振光：光波中的电场矢量在某一特定方向上振动，而在其他方向上几乎无振动。

常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。

3. 部分偏振光：光波中的电场矢量在多个方向上振动，但是其中有一个主要的振动方向。

光的偏振可以通过偏振片进行实验观察和分析。

偏振片是由特殊材料制成的，在某一方向上只允许特定方向的电场矢量通过。

当非偏振光通过偏振片时，只有与偏振片振动方向一致的电场矢量能通过，其他方向上的电场矢量则被滤除，从而得到偏振光。

二、双折射现象双折射指的是某些特定材料在光线入射时会发生两个不同速度的折射现象。

这是由于光在这些材料中的传播速度与光的偏振方向有关。

具有双折射现象的材料被称为双折射材料，其中最常见的是石英晶体。

当光线垂直于晶体的光轴方向传播时，不会发生双折射现象；但当光线不垂直于光轴时，就会发生双折射现象。

双折射材料可以通过偏振光的传播方向和光轴方向之间的夹角来进行分类。

根据夹角的不同，可以分为正常双折射和畸变双折射。

1. 正常双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向垂直。

在光线通过材料时，会出现两个折射光束，一个按照正常的折射定律折射（常光），另一个则不按照常规定律折射（特光）。

2. 畸变双折射：在该类材料中，晶体的光轴方向与偏振光的振动方向不垂直。

在光线通过材料时，除了产生两个折射光束外，还会出现不同程度的畸变现象，导致光的传播路径变得复杂。

三、应用领域1. 光学器件：光的偏振与双折射现象在光学器件的设计中起着重要作用。

例如，偏振片可以用于光的调节、滤波和分析等方面。

偏振与双折射实验教案赵东一、实验目的1、观察光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象，了解其规律；2、观察光的偏振现象，加深对各种偏振光的概念和规律的理解；3、掌握一些偏振光的产生和检验方法，以及了解相关仪器件的原理和使用方法。

二、实验原理1、光的横波性与偏振光的横波性是指光波的电矢量与光的传播方向垂直。

在传播方向上垂直的二维空间中，电矢量可能有各种各样的振动状态，我们称之为偏振。

简而言之，振动方向与传播方向垂直的波，叫横波。

光的偏振态可分为5种：自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光，椭圆偏振光。

后面将一一介绍。

2、二色性与偏振片(polarizer)2.1二色性有的晶体对不同方向的电磁振动具有选择吸收的性质，当光照射到这种晶体的表面上时，振动的电矢量与光轴（光轴的概念在后面介绍）平行时，被吸收得比较少，光可以较多地通过；电矢量与光轴垂直时，被吸收得较多。

比如电气石晶体。

这种性质叫二色性。

2.2偏振片的制造这里先插入对偏振片的介绍。

能产生线偏振光（线偏振光的概念见后面）的晶片叫偏振片。

电气石对电矢量垂直和平行与光轴方向的光的吸收程度的差别还不够大，我们要做的理想偏振片的要求是，最好能使一个方向的振动全部吸收掉。

在这一点上，碘硫酸奎宁晶体的性能要比电气石好得多，但是它的晶体很小。

通常的偏振片是在拉伸了的塞璐璐基片上蒸镀一层硫酸奎宁晶粒，基片的应力可以使晶粒的光轴定向排列起来，这样可得到面积很大的偏振片。

小知识：1852年海拉巴斯(Herapath)发现碘硫酸奎宁晶体有二向色性，这一发现被布儒斯特写入书中，当时在哈佛就读的学生兰德(Land)读了布儒斯特的书后，对此很感兴趣。

几年后，兰德发明一种方法，把细小的针状的碘硫酸奎宁晶体排列在塞璐璐基片上，制成了面积很大的线偏振器。

这是一种价廉物美的偏振片，至今还广泛运用科研和教学中。

2.3偏振片的透振方向偏振片上能透过的振动方向称为它的透振方向。

2.4偏振片表示偏振片一般用它英语的第一个字母P 表示。

光的偏振与双折射光是一种电磁波，当光通过某些介质时，它的振动方向会发生变化。

这就是光的偏振现象。

同时，某些晶体还具有双折射特性，即光在进入晶体时会分裂成两束光线，这也与光的偏振有关。

1. 光的偏振现象光的偏振是指光波中的电场矢量在空间中振动的方向。

一般情况下，光是以各个方向振动的无偏振光，但当光通过特定介质时，电场矢量的振动方向会被限制为特定的方向，这种现象称为光的偏振。

一个常见的产生偏振光的方法是通过偏振片。

偏振片是一种由有机高分子或无机晶体制成的透明薄片，其中的分子或晶格结构能够选择性地吸收或透过特定方向上的光振动。

当光通过偏振片时，与偏振片相垂直的振动方向的光会被吸收或减弱，而与偏振片平行的振动方向的光则可以透过。

2. 马吕斯定律与双折射除了偏振现象，光还具有双折射特性。

在某些晶体中，光通过时会发生不同的折射现象，即一个入射光线会分裂成两束光线，并沿不同的方向传播。

这种现象被称为双折射。

双折射的性质可以由马吕斯定律描述。

马吕斯定律规定，当光线从一个介质（称为主光轴）进入具有双折射性质的晶体时，将会被分为两束光线，一束沿主光轴方向传播，称为普通光线；另一束则沿着与主光轴垂直的方向传播，称为非普通光线或称为振动光线。

这两束光线的传播速度和折射率都不同，因此它们在晶体中的传播路径也会发生偏离或弯曲。

当这两束光线再次离开晶体时，它们的振动方向也会发生改变，这进一步与光的偏振相关。

3. 光的偏振与双折射的应用光的偏振和双折射现象在许多领域都有重要的应用。

以下是一些相关的应用举例：3.1 光学器件偏振片广泛应用于各种光学器件中。

例如，在摄影领域中，偏振片可以用于控制光线的入射角度和减少反光；在液晶显示器中，偏振片则用于调控和控制液晶分子的取向，从而实现图像的显示。

3.2 光通信在光纤通信中，光的偏振也是一个重要的考虑因素。

由于光信号本身也是具有偏振的，因此需要采取相应的措施来保持光信号的传输质量。

通过使用偏振保持器和偏振控制器，可以控制和调整光信号的偏振状态，以确保光信号在光纤中的传输稳定性和可靠性。