清华大学偏振光学实验完整实验报告

偏振光学实验实验报告这次实验呢，名字挺吓人的——“偏振光学实验”。

一听这个名字，不少同学可能就开始打哈欠了，觉得又是一个枯燥无味的光学理论。

但是，嘿，等一下！要是你以为这只是单纯的照光什么的，那就大错特错了。

偏振光，真的是个神奇又有趣的东西。

你想象一下，光明明是一种看不见摸不着的东西，但通过一些巧妙的小实验，我们居然能让它变得像有脉络的生物一样。

就像“透过现象看本质”一样，偏振光的实验，简直是让人眼前一亮。

先说说偏振光是什么吧，别急，先别皱眉头。

偏振光其实就是一种特定方向上的光，简单来说就是把光束中所有的“振动”方向都弄到了一起，变得特别有规律。

光是个横向波，这一点大家可能知道。

平时你看到的光就像是四处乱舞的舞者，摇摇摆摆随心所欲。

但通过一些手段（比如用偏振片），我们能把这些舞者全都拉到一个方向上，变得乖乖地整齐排列。

咋听着是不是有点高大上？但是实际上，你只需要拿个偏振片，调整一下角度，就能一手掌控光的“步伐”。

这个实验的核心其实就是利用偏振光的特性来观察不同材料如何影响光的传播。

我们用的实验工具其实并不复杂，最多就是些光源、偏振片、透明塑料板这些小玩意儿。

别看这些设备简单，但结果却能让你瞠目结舌。

举个例子，当你把一个偏振片对着光源转动时，你会发现光的强度忽然变弱了，甚至变成了几乎看不见的模样。

天哪！这是什么神奇操作？就是因为偏振片把那些无序的光线给筛选掉了，只留下了跟它方向一致的光。

所以啊，光看似消失了，实际上是被“过滤”掉了一部分。

哎呀，你看，这不就像我们生活中的“挑剔眼光”嘛，偏不喜欢那些不符合标准的东西！然后，我们再加上那块透明塑料板，做个简单的小实验，看看它对偏振光的影响。

这回，你会看到光的强度又发生了变化。

这个现象告诉我们，材料的不同确实能对光产生影响，就像穿衣服一样，不同的面料决定了你能走多远、能展示多少风采。

简单来说，塑料板就像是光的“滤镜”，它决定了光是保持原样还是发生偏折变化。

偏振光的产生和检验一．实验目的1、掌握偏振光的产生原理和检验方法,观察线偏振光2. 验证马吕斯定律，测量布儒斯特角；二．实验原理1.光的偏振性光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。

光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。

光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。

而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。

（1）自然光光是由光源量原子或分子发出的。

普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关，而且光振动方向也是彼此不相关的，呈随机分布。

在垂直于光传播方向的平面，沿各个方向振动的光矢量都有。

平均说来，光矢量具有轴对称而且均匀的分布，各方向光振动的振幅相同，各个振动之间没有固定的相联系，这种光称为自然光或非偏振光（见下图）。

我们设想把每个波列的光矢量都沿任意取定的x轴和y轴分解，由于各波列的光矢量的相和振动方向都是无规则分布的，将所有波列光矢量的x分量和y 分量分别叠加起来，得到的总光矢量的分量E x和E y之间没有固定的相关系，因而它们之间是不相干的。

同时E x和E y的振幅是相等的，即A x=A y。

这样，我们可以把自然光分解为两束等幅的、振动方向互相垂直的、不相干的线偏振光。

这就是自然光的线偏振表示，如下图（a）所示。

分解的两束线偏振光具有相等的强度I x=I y，又因自然光强度I=I x+I y所以每束线偏振光的强度是自然光强度的1/2，即通常用图（b）的图示法表示自然光。

图中用短线和点分别表示在纸面和垂直于纸面的光振动，点和短线交替均匀画出，表示光矢量对称而均匀的分布。

（2）线偏振光光矢量只沿一个固定的方向振动时，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。

光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面，如图（a）所示。

线偏振光的振动面是固定不动的，图（b）所示是线偏振光的表示方法，图中短竖线表示光振动在纸面，点表示光振动垂直于纸面。

偏振光实验报告
本次实验是一项关于偏振光的研究。

偏振光是指在垂直于光传播方向上的电场振动方向只有一个方向的光波。

本实验主要从两个方面来研究偏振光：一是光的偏振现象，二是光的旋光现象。

一、光的偏振现象
我们首先进行的是偏振片实验。

偏振片是一种具有特殊的光学性质的物质，能将不同方向的光进行筛选，从而使得只有同一方向的光通过。

我们使用的是经典的红色偏振片，可以将水平方向上的光进行拦截，从而只留下垂直方向上的光通过。

实验中，我们将偏振片放置在无光的状态下，随后将偏振片转动，可以发现当偏振片的传播方向与光的传播方向垂直时，光线通过的亮度很低，而当二者同方向时，光线通过的亮度则很高。

这就证明了偏振片筛选的光线是具有明显的偏振性质的。

二、光的旋光现象
旋光是指光在经过某些物质之后，偏振方向发生了旋转。

本实验中，我们使用了糖水作为实验样品，这是因为糖水中的葡萄糖分子可以使得光的偏振面发生旋转。

在实验中，我们首先在相应的长度的测量管中加入糖水，然后将两块偏振片放在糖水流经的位置。

接着，我们可以发现当两块偏振片的传播方向不同时，糖水流经后的光线出现了偏振方向的旋转，从而两块偏振片之间的亮度会发生变化。

我们可以利用这种变化来计算出糖水中葡萄糖分子的旋光程度。

结论
通过本次实验，我们深入了解了光的偏振现象和旋光现象。

在实际应用中，偏振光广泛地应用于显示器、激光器等光学领域，而旋光则在食品工业、医药领域等具有重要的应用。

通过对于这些光学现象的深入研究，我们将有更多的机会深入应用到实际问题中，为人类社会的进步做出更大的贡献。

偏振光学实验报告偏振光学实验报告引言：偏振光学是光学中一门重要的分支，研究光的偏振现象及其与物质相互作用的规律。

本次实验旨在通过实验手段探究光的偏振现象，并对偏振光的性质进行研究。

一、实验目的本实验主要有以下几个目的：1. 了解光的偏振现象及其产生原理；2. 学习偏振光的性质，包括偏振光的传播、旋光现象等；3. 掌握偏振光的测量方法和实验技术。

二、实验装置和原理本实验使用的装置主要包括：偏振片、波片、偏振片旋转台等。

偏振片是一种能够选择性地通过特定偏振方向光线的光学元件，波片则是一种能够改变光的偏振状态的光学元件。

三、实验步骤1. 将偏振片插入光源光路，调整偏振片的方向，观察光强的变化；2. 在光路中加入波片，通过调节波片的角度，观察光的偏振状态的变化；3. 将偏振片旋转台与波片结合使用，观察光的偏振状态和光强的变化；4. 使用偏振片旋转台测量不同角度下光的透过率，记录数据；5. 使用波片测量旋光现象，记录数据。

四、实验结果和分析1. 观察偏振片对光的影响，我们发现当偏振片的偏振方向与光的偏振方向垂直时，光的透过率最低，而当两者平行时，光的透过率最高。

这说明偏振片能够选择性地通过特定偏振方向的光线。

2. 在加入波片后，通过调节波片的角度，我们观察到光的偏振状态的变化。

当波片的快轴与偏振片的偏振方向平行时，光的偏振状态不发生改变；当两者垂直时，光的偏振状态发生改变。

这说明波片能够改变光的偏振状态。

3. 结合偏振片旋转台和波片的使用，我们进一步观察到光的偏振状态和光强的变化。

通过旋转偏振片旋转台和调节波片的角度，我们可以实现对光的偏振状态和光强的调控。

4. 通过使用偏振片旋转台测量不同角度下光的透过率，我们可以得到透过率与角度的关系曲线。

根据实验数据，我们可以计算出偏振片的透过率和透过光的偏振方向之间的关系，进一步研究光的偏振现象。

5. 使用波片测量旋光现象，我们可以观察到光在通过旋光物质后产生的旋光现象。

偏振光学实验完整实验报告工物53 李哲 2015011783 16号1.实验目的：（1）理解偏振光的基本概念，在概念以及原理上了解线偏振光，圆偏振光以及椭圆偏振光，并了解偏振光的起偏与检偏方法。

以及线偏振光具有的一些性质。

（2）学习偏振片与玻片的工作原理。

2.实验原理：（1）光波偏振态的描述：· 单色偏振光可以分解成两个偏振方向垂直的线偏振光的叠加：t a E X ωcos 1=与()δω+=t a E Y cos 1（其中δ是两个偏振方向分量的相位延迟，21,a a 为两个光的振幅），由其中的δ,,21a a 就可以确定这个线偏振光的性质。

πδ=或0=δ就为线偏振光，2,21πδ==a a 为圆偏振光（就是光矢量的顶点绕其中点做圆周运动，依然是偏振光），而一般情况下是椭圆偏振光。

· 上述式子通常描述的是椭圆偏振光，而本实验通过测量椭圆的长轴方位角ψ以及椭圆的短半轴与长半轴的比值对于椭圆偏振光进行描述。

其计算式是：()δβcos 2tan arctan 21⋅=ψ()12sin sin 112222-⋅-+=βδa b而对于实验中的椭圆偏振光而言，其光强在短轴对应的方向最小，在长轴的对应方向最大，所以可以通过使这个椭圆偏振光通过一个偏振片，并调整偏振片的透射轴方位，测量其最大最小值，就可以知道其长轴短轴的比值。

又由于光强与振幅的平方成正比，所以测得的光强的比值是长轴短轴之比的平方。

（2）偏振片：· 理想偏振片：只有电矢量振动方向与透射轴平行方向的光波分量才能通过偏振片。

· 实验中的偏振片不是理想化的，并不能达到上述的效果，当入射光波的振动方向与透射轴平行时，其透射率不能达到1，当垂直于透射轴时，其透射率不是0。

所以对于偏振片有主透射率以及消光比两个量进行描述。

· 主透射率21T T ，指沿透射轴或消光轴方向振动光的光强透射率。

两者的比值是消光比e 。

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。

偏振光实验报告引言偏振光实验是光学实验中常见的一种实验方法。

通过对光的偏振现象的观察以及相关实验测量，我们可以深入了解光的性质和特点。

本篇报告将介绍我们进行的偏振光实验的详细过程、结果和分析。

实验目的本次实验的目的是通过测量不同角度的偏振片对偏振光的透过和消光现象进行观察，探究偏振片的工作原理以及不同类型的偏振片对光的影响。

实验装置和步骤我们使用了一台光源、一块偏振片、一块旋转台和一块检偏片进行实验。

实验步骤如下：1. 将光源置于实验架上，保证光源与偏振片之间垂直，并打开光源开关，确保光线的稳定。

2. 将旋转台上的偏振片与光源之间保持一定的距离，并逐渐旋转偏振片，注意观察每个角度下所透过的光强度。

3. 将检偏片固定在透射光的路径上，并不断调整其角度，直到观察到最大的透过光强度。

实验结果在实验中，我们观察到不同角度下偏振片对光透过和消光的现象。

当偏振片和检偏片的透过方向一致时，我们观察到光的最大透过强度；当偏振片和检偏片的透过方向垂直时，我们观察到光的最小透过强度，即消光状态。

在旋转偏振片的过程中，我们还观察到透过光强度的变化。

随着偏振片角度的改变，透过光的强度呈现规律性的变化，存在明确的峰值和谷值。

这一现象表明偏振片对光的偏振状态具有显著的影响。

讨论与分析我们根据实验结果可以得出结论：偏振片有选择性地透过特定偏振方向的光。

根据实验中的消光现象以及透过光强度的变化规律，我们可以认为光在透过偏振片以及检偏片时会遵循一定的偏振方向。

这意味着光是一种电磁波，在传播过程中会产生特定的电场和磁场振动方向。

偏振光实验不仅可以用于测量光的偏振性质，还可以应用于其他领域。

例如，在光通信中，偏振光可以提高信息传输的可靠性和带宽。

在显微镜中，利用偏振光可以观察样本中的晶体结构和纤维的方向。

因此，了解偏振光的性质和实验方法对于光学研究和应用都具有重要意义。

结论通过本次偏振光实验，我们对偏振片的工作原理和光的偏振现象有了更深入的理解。

偏振光实验陈述之青柳念文创作实验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，变成振动面平行于偏振片光轴(透振方向)偏振光.如图1、图2所示：1P 为起偏器，设颠末1P 后线偏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：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P 1 P 2图1 P A 0 θ 图2成正比），若将它们投影到同一方向，就可以知足相干条件，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.M ∥N 时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射光强为：)cos cos sin 2cos sin 21(222220//δθθθθ+-=I I .其中θ为波片光轴与M 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，cos δ=-1，θ22sin 20I I =⊥，出射光强最大，2)21(sin 20//θ-=I I ，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4波片）时，cos δ=0，)2(sin 420θI I =⊥,)2sin 2(420//θ-=I I . 特别地，操纵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，得到的是椭圆偏图3 分振动面干涉装置 波片 偏振片 偏振片振光，让偏振片N 旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”.实验成果：半波片实验数据表：1/4波片实验数据：结论：线偏振光通过1/4波片后能够变成圆偏振光，椭圆偏振光也有能够仍是线偏振光.实验3. 旋光效应实验原理：线偏振光通过某些物质的溶液后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象.旋转的角度称为该物质的旋光度.通常常使用旋光仪来丈量物质的旋光度.溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光才能、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关.当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C 呈线性关系即C βθ= (5-1) 比例常数与物质旋光才能、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关，C 为溶液的浓度.物质的旋光才能用比旋光度即旋光率来度量，旋光率用下式暗示：[]C l t⋅=θαλ (5-2) (5-2)式中，右上角的t 暗示实验时温度(单位：℃)，是指旋光仪采取的单色光源的波长(单位：nm)，θ为测得的旋光度(0)，l 为样品管的长度(单位：dm)，C为溶液浓度(单位：g/100mL).由(5-2)式可知：偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前停止而逐渐旋转的，因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比.振动面转过的角度θ不但与透过的长度l成正比，而且还与溶液浓度C成正比[14].如果已知待测溶液浓度C和液柱长度l，只要测出旋光度θ便可以计算出旋光率.如果已知液柱长度为l固定值，可依次改变溶液的浓度C，便可以测得相应旋光度θ.并作旋光度与浓度的关系直线θ~C，从直线斜率、液桩长度l及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以丈量旋光性溶液的旋光度θ，确定溶液的浓度 C.旋光性物质还有右旋和左旋之分.当面临光射来方向观察，如果振动面按顺时针方向旋转，则称右旋物质；如果振动面向逆时针方向旋转，称左旋物质.丈量葡萄糖水溶液的浓度将已经配置好的装有分歧的容积克浓度(单位：g/100mL)的葡萄糖.水溶液的样品管放到样品架上，测出分歧浓度C下旋光度值.并同时记录丈量环境温度和记录激光波长葡萄糖水溶液的浓度配制成C0、C0/2、C0/4、C0/8，0(纯水，浓度为零)，共5种试样，浓度C0取30%左右为宜.分别将不必浓度溶液注入相同长度的样品试管中.丈量分歧浓度样品的旋光度(多次丈量取平均).用最小二乘法对旋光度、溶液浓度停止直线拟合(可以将C0作为1个单位思索)，计算出葡萄糖的旋光率.也可以以溶液浓度为横坐标，旋光度为纵坐标，绘出葡萄糖溶液的旋光直线，由[ .此直线斜率代入公式(5-2)，求得葡萄糖的旋光率t0650]数据记录及处理图形：实验4. 光弹效应光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验，在光测弹性仪上停止，先用具有双折射性能的透明资料制成和实际构件形状相似的模子，受力后，以偏振光透过模子，由于应力的存在，发生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后发生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象，根据它即可推算出构件内的应力分布情况，所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用.光弹性实验方法是一种光学的应力丈量方法，因为丈量是全域性的，所以具有直观性强，能有效而准确地确定受力模子各点的主应力差和主应力方向，并能计算出各点的主应力数值.尤其对构件应力集中系数的确定，光弹性试验法显得特别方便和有效.工程实际中有很多构件，例如工业中的各种机器零件，它们的形状很不规则，载荷情况也很复杂，对这些构件的应力停止实际分析有时非常坚苦，往往需要实验的方法来处理，光弹性试验就是其中比较直观有效的一种处理方法.实验原理光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验，在光测弹性仪上停止，先用具有双折射性能的透明资料制成和实际构件形状相似的模子，受力后，以偏振光透过模子，由于应力的存在，发生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后发生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象，根据它即可推算出构件内的应力分布情况，所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用.图1 光弹性试验的光学效应示意图如图1所示，自然光通过偏振器成为平面偏振光（在A1平面中），平面偏振光垂直地射在模子上某一O点，如果模子未受力，则光线通过后并没有改变，但如果O点有应力，这时将出现暂时双折射现象，如果图O点的二个主应力1σ和2σ方向已知，则平面偏振光通过受力模子O 点后，分解成二个与1σ及2σ方向一致的平面偏振光，二者之间发生一光程差δ，光程差与主应力差（1σ-2σ）及模子厚度t 成正比，即：式中k 为光学常数，与模子资料及光的性质有关.分解了的二束光线通过分析器后重新在BB 平面内振动，这样就发生光的于涉现象.我们知道由分析器出来的光线强度其中λ为光的波长，I 为偏振器与模子间偏振光的强度，α为偏振平面A1与主应力1σ的夹角.由上式可见，光强I 为零时有以下四种情况：① I=0，这与实际情况不符，因为只有在无光源时I 才会是零.② δ=0，由公式)21(σσδ-=kt 可知（1σ-2σ）=0，即1σ=2σ，符合这些条件的点称为各向同性点.如果1σ=2σ=0则称为零应力点，这种点在模子上皆为黑点（因为光强等于零），例如纯弯曲梁上中性轴上各点1σ=2σ=0，故模子中性层处为一条黑线.③sin(2α)=0，即α=n π/2(n=0,1,2,3……)这说明模子上某点主应力方向与偏振镜光轴重合，模子上也呈黑点，这类黑点构成的持续黑线称为等倾线，等倾线上各点的主应力方向都相同，而且偏振镜光轴的方向也就是主应力的方向.④0/sin =λπδ，以公式)21(σσδ-=kt 代人，则0)21()/sin(=-σσλπkt ，于是可得图 2 圆偏振光场示意图t nf /21=-σσ (n=0,1,2,3……)上式标明，当模子中某点的主应力差值为f/t 的整数倍时，则此点在模子上呈黑点，当主应力差为f/t 的某同一整数倍的各个暗点，构成持续的黑线称为等差线（在此线上各点的主应力差均相等）.由于应力分布的持续性，等差线不但是持续的，而且它们之间还按一定的次序摆列，对应于n=l 的等差线称为一级等差线或称一级条纹，对应于n=2的等差线称为二级等差线或二级条纹，依次类推，其中n 称为条纹序数，以上是根据光源用单色光讲的.如果光源用白光，则模子上具有相同主应力差的各点则形成颜色相同的光带，所以这时的等差线又称为等色线.由以上讨论可知，根据模子中出现的各向同性点、零应力点、等倾线、等差线（等色线），借助于一些分析计算，就可以求出模子中各点应力的大小和方向.从上述基来历根基理可知，在使用单色光源时，等倾线与等差线都呈黑色，不容易识别，为了消除等倾线以获得清晰的等差线图，在光弹性仪两偏振镜之间装上二块1／4波长片，形成圆偏振光场，可把等倾线消除，只剩下等差线，圆偏振光场如图2所示.图3-1 对径受压圆盘等差线图图3-2 对径受压圆盘等倾线图观察对径受压圆盘的等差线和等倾线，分别如图3-1和3-2所示.准备实验：光路调节先将光源、起偏器、检偏器、白屏依次放在导轨上，打开白光光源，仔细调节各个器件的高度，使得整个光路高度比较合适.先确定起偏器为任意偏振方向，然后调节检偏器偏振方向，使其正交，即通过两个偏振片后的光强为最弱.然后调整两个偏振片的间隔.观察实验1：观察光弹资料光弹特性将光弹资料放入已经调整好偏振方向的两偏振片中间，调节光弹资料的高度为合适.观察此时白屏的图像.然后拧紧光弹资料固定架上端的螺母，给光弹资料施加应力，观察此时白屏的图像，注意等差线（等色线）和等倾线的出现.本实验为验证性试验，没有试验数据.在观察过程中出现实验现象即可.实验5. 电光调制实验【实验目标】1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法；2、学会用实验装置丈量晶体的半波电压，绘制晶体特性曲线，计算电光晶体的消光比和透射率.【仪器和装置】电光调制实验系统由光路与电路两大单元组成，如图1所示：图1 电光调制实验系统布局【实验原理】某些晶体在外加电场的作用下，其折射率随外加电场的改变而发生变更的现象称为电光效应，操纵这一效应可以对透过介质的光束停止幅度，相位或频率的调制，构成电光调制器.电光效应分为两种类型：(1) 一级电光 (泡克尔斯一—Pockels) 效应，介质折射率变更正比于电场强度.(2) 二级电光 (克尔一Kerr) 效应，介质折射率变更与电场强度的平方成正比.本实验使用铌酸理（LiNbO3 ）晶体作电光介质，组成横向调制(外加电场与光传播方向垂直)的一级电光效应.图3 横向电光效应示意图如图3所示，入射光方向平行于晶体光轴 (Z轴方向)，在平行于X轴的外加电场(E)作用下，晶体的主轴X轴和Y轴绕Z轴旋转45，形成新的主轴X’轴—Y’轴(Z轴不变)，它们的感生折射率差为n，它正比于所施加的电场强度E：式中r为与晶体布局及温度有关的参量，称为电光系数.n0为晶体对寻常光的折射率.当一束线偏振光从长度为l、厚度为d的晶体中出射时，由于晶体折射率的差别而使光波经晶体后出射光的两振动分量会发生附加的相位差，它是外加电场E的函数：式中为入射光波的波长；同时为丈量方便起见，电场强度用晶体两面极间的电压来暗示，即U=Ed.当相位差＝时，所加电压U称为半波电压，它是一个用以表征电光调制电压对相位差影响的重要物理量.由(2)式可见，半波电压U决议于入射光的波长、晶体资料和它的几何尺寸.由(1)、(2)式可得：式中0为U＝0时的相位差值，它与晶体资料和切割的方式有关，对加工杰出的纯净晶体而言0＝0 .图4为电光调制器的工作原理图.由激光器发出的激光经起偏器P后只透射光波中平行其透振方向的振动分量，当该偏振光I P垂直于电光晶体的通光概况入射时，如将光束分解成两个线偏振光，颠末晶体后其X 分量与Y 分量的相差为 (U)，然后光束再经检偏器A ，发生光强为I A 的出射光.当起偏器与检偏器的光轴正交(A P)时，根据偏振原理可求得输出光强为：图4 电光调制器工作原理式中x P θθα-=，为P 与X 两光轴间的夹角. 若取＝土45.，这时U 对I A 的调制作用最大，而且 再由（3）式可得于是可画出输出光强I A 与相位差 （或外加电压U ）的关系曲线，即I A ~（U ）或I A ~U 如下：图5 光强与相位差（或电压）间的关系 由此可见：当(U)＝2k ( 或U ＝2kU ) (k=0，1, 2，)时，I A =0 当(U)＝2k +1或U ＝(2k+1) U 时，I A = I P 当 (U)为其它值时， I A 在0~I P 之间变更.由于晶体受资料的缺陷和加工工艺的限制，光束通过晶体时还会受晶体的吸收和散射，使两振动分量传播方向不完全重合，出射光截面也就不克不及重叠起来.于是，即使在两偏振片处于正交状态，且在 45±=-=x P θθα的条件下，当外加电压U ＝0时，透射光强却不为0，即I A = I min 0U ＝U 时，透射光强却不为I P ，即 I A = I maxI P 由此需要引入别的两个特征参量：消光比 min max I I M = 透射率 0max I I T =式中，I o 为移去电光晶体后转动检偏器A 得到的输出光强最大值.M 愈大，T 愈接近于1，暗示晶体的电光性能愈佳.半波电压U 、消光比M ，透光率T 是表征电光介质品质的三个特征参量.从图5可见，相位差在＝/2或(U ＝U /2 )附近时，光强I A 与相位差 (或电压U) 呈线性关系，故从调制的实际意义上来讲，电光调制器的工作点通常就选在该处附近.图6为外加偏置直流电压与交变电信号时光强调制的输出波形图.由图6可见，选择工作点② (U ＝U /2 )时，输出波形最大且不失真.选择工作点① (U ＝0 ) 或③ (U ＝U )时，输出波形小且严重失真，同时输出信号的频率为调制频率的两倍.图 6 选择分歧工作点时的输出波形工作点的偏置可通过在光路中拔出一个／4波片其透光轴平行于电光晶体X轴 (相当于附加一个固定相差＝/2 )作为“光偏置”.但也可以加直流电压来实现.实验数据及结论：I正向偏压：反相偏压：Matlab仿真图：=528V.半波电压：U实验小结：实验的关键在于光路的准直，如果光路不准直，实验将无法完成.实验6. 液晶的电光效应实验原理液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态，既有液体的活动性、粘度、形变等机械性质，又有晶体的热、光、电、磁等物感性质.液晶与液体、晶体之间的区别是：液体是各向同性的，分子取向无序；液晶分子有取向序，但无位置序；晶体则既有取向序又有位置序. 就形成液晶方式而言，液晶可分为热致液晶和溶致液晶.热致液晶又可分为近晶相、向列相和胆甾相.其中向列相液晶是液晶显示器件的主要资料[13].接着液晶对于晶电的光效应有如下认识：液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性特性的物质，如果对这样的物质施加电场(电流)，随着液晶分子取向布局发生变更，它的光学特性也随之变更，这就是通常说的液晶的电光效应.液晶的电光效应种类繁多，主要有动态散射型(DS)、歪曲向列相型(TN)、超歪曲向列相型(STN)、有源矩阵液晶显示(TFT)、电控双折射(ECB)等.其中应用较广的有：TFT型───主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品；STN型 2 ───主要用于手机屏幕等中档产品；TN 型───主要用于电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低档产品，是今朝应用最普遍的液晶显示器件.TN型液晶显示器件显示原理较简单，是STN、TFT等显示方式的基础.本仪器所使用的液晶样品即为TN型.无外电场作用时，由于可见光波长远小于向列相液晶的歪曲螺距，当线偏振光垂直入射时，若偏振方向与液晶盒上概况分子取向相同，则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90o，平行于液晶盒下概况分子轴方向射出；若入射线偏振光偏振方向垂直于上概况分子轴方向，出射时，线偏振光方向亦垂直于下概况液晶分子轴；当以其他线偏振光方向入射时，则根据平行分量和垂直分量的相位差，以椭圆、圆或直线等某种偏振光形式射出.对液晶盒施加电压，当达到某一数值时，液晶分子长轴开端沿电场方向倾斜，电压继续增加到另外一数值时，除附着在液晶盒上下概况的液晶分子外，所有液晶分子长轴都按电场方向停止重摆列，TN型液晶盒90o旋光性随之消失.[13][13]若将液晶盒放在两片平行偏振片之间，其偏振方向与上概况液晶分子取向相同.不加电压时，入射光通过起偏器形成的线偏振光，颠末液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转900，不克不及通过检偏器；施加电压后，透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图6-1；其中纵坐标为透光强度，横坐标为外加电压.最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(U th)，标记了液晶电光效应有可观察反应的开端(或称起辉)，阈值电压小，是电光效应好的一个重要指标.最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(U r)，标记了获得最大对比度所需的外加电压数值，U r小则易获得杰出的显示效果，且降低显示功耗，对显示寿命有利.对比度D r=I max/I min，其中I max为最大观察(接纳)亮度(照度)，I min为最小亮度.陡度β=U r/ U th即饱和电压与阈值电压之比.图6-2 液晶电光效应参考图[13]TN型液晶显示器件布局参考图6-2，液晶盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片，其中上概况所附偏振片的偏振方向总是与上概况分子取向相同.自然光入射后，颠末偏振片形成与上概况分子取向相同的线偏振先，入射液晶盒后，偏振方向随液晶分子长轴旋转900，以平行于下概况分子取向的线偏振光射出液晶盒.若下概况所附偏振片偏振方向与下概况分子取向垂直(即与上概况平行)，则为黑底白字的常黑型，欠亨电时，光不克不及透过显示器(为黑态)，通电时，900旋光性消失，光可通过显示器(为白态)；若偏振片与下概况分子取向相同，则为白底黑字的常白型，如图6-2所示布局.TN-LCD可用于显示数字、简单字符及图案等，有选择的在各段电极上施加电压，便可以显示出分歧的图案.实验仪器μW).实验步调在做实验之前需要将实验仪器放置在光学导轨上，光学导轨上依次为：氦氖激光器-偏振片-液晶盒-偏振片-光电探测器(带可调光阑).打开氦氖激光器，调节各元件高度，尽能够使激光依次穿过个光学元件中心，最后打在光功率测试仪的探头上.调整光路，打开光功率测试仪，旋转两片偏振片，可观察到光功率计数值大小变更，若最大透射光强小于200μW，可旋转氦氖激光器机身，使最大透射光强大于200μW最后调节偏振片正交至透射光强值达到最小.打开液晶盒的节制电箱，此时液晶是最黑状态.按一下“调节”按钮，此时液晶为透光状态，此时加在液晶上的电压为5.1V.此时开端记录光功率测试仪读数，然后逐次按“调节”按钮，每次增加的电压为0.2伏，液晶状态完成一个透光——最黑状态，共有16个档位.最后全黑时的电压为8.4伏.作电光曲线图，纵坐标为透射光强值，横坐标为外加电压值.根据作好的电光曲线，求出样品的阈值电压U th (最大透光强度的10%所对应的外加电压值)、饱和电压Ur(最大透光强度的90%对应的外加电压值)、对比度D r(D r=I max/I min)及陡度β(β=U r/ U th).演示黑底白字的常黑型TN-LCD.拔掉液晶盒上的插头，光功率计显示为最小，即黑态；将电压调至8.4V左右，连通液晶盒，光功率计显示最大数值，即白态.数据记录及处理下图为计算机摹拟出实验数据得出的图形，图形基本符合要求，验证了液晶电光效应.由于在液晶面板的两头加入了两个偏振方向相互垂直的偏振板.故而实验在电压较低的时候光强大，电压较高的时候光强小.。

一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光的偏振现象的认识。

2. 学习直线偏振光的产生与检验方法，了解圆偏振光和正椭圆偏振光的产生与检验方法。

3. 掌握1/4波片、1/2波片等光学元件的作用及使用方法。

4. 验证马吕斯定律，加深对光的偏振理论的理解。

二、实验原理1. 光的偏振现象：光是一种电磁波，其电矢量在垂直于传播方向的平面上振动。

当光波的电矢量振动方向固定时，光称为线偏振光；当电矢量振动方向随时间作有规律的变化时，光称为圆偏振光或椭圆偏振光。

2. 偏振光的产生与检验：利用偏振片、波片等光学元件可以产生和检验偏振光。

偏振片可以使自然光变为线偏振光，波片可以改变光的偏振状态。

3. 马吕斯定律：当一束线偏振光通过一个偏振片时，出射光的强度与入射光强度、入射光与偏振片的夹角之间的关系满足马吕斯定律。

三、实验仪器1. He-Ne激光器2. 光具座3. 偏振片（两块）4. 1/4波片（两块）5. 1/2波片（两块）6. 玻璃平板及刻度盘7. 白屏四、实验步骤1. 将激光器发出的光束通过偏振片P1，得到线偏振光。

2. 将线偏振光通过1/4波片B1，得到圆偏振光。

3. 将圆偏振光通过1/2波片B2，观察出射光的偏振状态。

4. 将线偏振光通过1/4波片B1，得到椭圆偏振光。

5. 将椭圆偏振光通过1/2波片B2，观察出射光的偏振状态。

6. 重复以上步骤，改变偏振片P1和波片B1、B2的相对位置，观察出射光的偏振状态。

7. 根据马吕斯定律，计算并验证出射光的强度与入射光强度、入射光与偏振片的夹角之间的关系。

五、实验结果与分析1. 观察到当线偏振光通过1/4波片B1时，出射光变为圆偏振光；当圆偏振光通过1/2波片B2时，出射光变为线偏振光。

2. 观察到当线偏振光通过1/4波片B1时，出射光变为椭圆偏振光；当椭圆偏振光通过1/2波片B2时，出射光变为线偏振光。

3. 根据马吕斯定律，计算并验证出射光的强度与入射光强度、入射光与偏振片的夹角之间的关系。

（3）两个1/4波片中，一个波片0C 得快轴大致方向已用红点标出。

另一个波片的快轴方向未知，需要通过实验步骤（12）（13）定出。

（4）分光计的小平台用以放置待测光学元件。

（5）用硅光电池、数字表和电阻箱组成光强探测器，三者成并列关系。

实验步骤1.准备工作（1）提前开启激光源，使激光器的电流为4mA 或略大。

（2）调整起偏管（平行光管）和检偏管（望远镜筒），使其轴线基本在同一水平面内，且和分光计主轴垂直。

调小平台与主轴基本垂直，起偏管和检偏管的方位角调节方法，与分光计望远镜的调节方法相同。

（3）调激光管的位置，使光束通过起偏管中心附近，由检偏管中心射出。

2.观察布儒斯特角和偏振器的特性 （4）观察布儒斯特角。

（5）定偏振器透射轴方向。

（6）测消光比e 。

（7）测量透射光强m I 和两偏振器夹角θ间的关系。

（8）选作。

3.1/4波片的特性研究 （9）定波片0C 的快轴方向。

（10） 线偏振光经过1/4波片。

（11） 定待测波片x C 的快轴方向。

（12） 观测偏光器通过1/2波片或全波片的现象（令0C 的快轴和x C 的某一个轴平行）。

（13） 观测偏光器通过1/2波片或全波片的现象（令0C 的慢轴和x C 的某一个轴平行）。

4.观测反射光的偏振面旋转的现象（14） 观测反射光的偏振态改变的现象。

·5.椭偏法测波片的相对相位延迟量（相延） （15） 椭偏法测相延。

实验数据及处理分析1 观测布儒斯特角光束正入射棱镜表面时平台方位角0i α==0°0’；入射角为布儒斯特角时平台方位角B α=58°14’；布氏角的测量值为0B B i θαα==-=58°14’；折射率tan B n θ==1.609； 相对偏差（n-1.668）/1.668=4.68％32 定偏振器透射轴方向布氏角时起偏器P 的透射轴在水平方向，方位角为P ↔；检偏器A 和P 正交时A 的方位角记作a ，即p p↔=且A 和P 消光时的ap ↔=6（87.6°+87.7°+88.2°+87.6°+87.5°+87.8°）=87.7°21()61i s p p ↔↔=--∑=0.25° a =80.4°e= (R 2 / R 1)* (I 4 +I 6 -2I 0)/4 I 5=1.86*10-5 4. 按表测透射光强m I 与两偏振器夹角θ间的关系。