由自然光获得左旋和右旋偏振光的研究

实验3.4 光的偏振特性研究一、实验目的（1）了解自然光和偏振光的定义及特性。

（2）观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法。

（3）了解波片的作用和用波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。

二、实验仪器GSZ-Ⅱ光学平台（配有光具座、氦氖激光器及电源、扩束镜、偏振片、波片、观察屏等）。

三、实验原理1.自然光和偏振光的定义自然光：由普通光源所发射的光波，在光的传播方向上，任意一个场点，光矢量既有空间分布的均匀，又有时间分布的均匀性。

偏振光：光矢量相对于光的传播方向分布的非对称性。

部分偏振光：光波光矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势。

平面偏振光：光在传播的过程中光矢量的振动只限于某一特定的平面内。

圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量以一定的角速度转动它的方向，但大小不变，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个圆。

椭圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量即改变它的大小，又以一定的角速度转动它的方向，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个椭圆。

2.偏振光的产生及检验方法（1）平面偏振光的产生和检验方法：产生：本次实验中我们利用偏振片来生成平面偏振光。

偏振片是由具有二向色性的晶体制作成的，这些晶体对不同方向振动的光矢量具有不同的吸收本领，当自然光入射到这些晶体上时，透射光的光矢量仅在某一个特定的方向上，形成了平面偏振光。

检验：线性偏振光通过检偏器后，按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器，透射光的强度为I=I0cos2α,α=0/π时，透射光的强度最大，当α= (π/2)/(3π/2)时，透射光的强度为0，出现消光现象。

所以偏振器旋转一周，透射光的强度将发生强弱变化，并且消光两次，根据这个特点可以检测是否有平面偏振光。

（2）椭圆和圆偏振光的产生和检验方法：产生：波片是光轴平行于晶面的各向异性晶体薄片。

双折射是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。

偏振光的研究班级：物理实验班21学号：2120909006姓名：黄忠政光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。

光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。

一．实验目的：1.了解产生和检验偏振光的原理和方法；2.了解各种偏振片和波片的作用。

二．实验装置；计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接系统，激光器。

三．实验原理：1.偏振光的概念和基本规律（1）偏振光的种类光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。

通常人们用电矢量E代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。

普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。

电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。

若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。

各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。

（2）偏振光、波片和偏振光的产生通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线偏振光的器件称为起偏器。

线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。

椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。

当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e光，二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。

偏振光实验一、实验目的1、通过产生和观察光的偏振状态,掌握产生与检验偏振光的原理和方法；2、验证布儒斯特定律，了解产生与检验偏振光的元件及仪器。

二、实验原理光是一种电磁波，而电磁波是横波，，它有电矢量E和磁矢量H，习惯上我们总是用电矢量E来代表光波。

光波中的电矢量与波的传播方向垂直，光的偏振现象清楚得显示了光的横波性。

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

其中线偏振光和圆偏振光由可看作椭圆偏振光的特例。

椭圆偏振光可视为两个沿同一方向传播的振动方向相互垂直的线偏振光（如图1所示，一个为电矢量，一个为）的合成：（1）式中A 表示振幅，为二光波的圆频率，表示时间，为波矢的数值，是两波的相对相位差。

合成矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。

椭圆的形状、取向和旋转方向，由，和决定。

当和时，椭圆偏振光变为圆偏振光；当，或者（或）=0时，椭圆偏振光变为线偏振光（图2）。

本实验着重观察的是光的各种偏振态的改变。

1、光的偏振态凡是电振动只限于某一确定方向和该方向的负方向的光称为线偏振光（亦称平面偏振光）。

在垂直于光传播方向的任一确定平面内，光波电矢量端点随时间作椭圆运动的光称作椭圆偏振光；作圆运动的称作圆偏振光。

以上三种统称完全偏振光，若在垂直于光传播方向的平面（简称迎光平面）内，电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，且各方向的取向几率相同，彼此之间没有固定的位相关系，则称为自然光。

自然光和线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光三者的任一个组合起来，就成为部分偏振光。

2、线偏振光的获得（1）反射起偏及透射起偏一束单色自然光从不同角度入射到介质表面，其反射光和折射光一般是部分偏振光。

当以特定角度即布儒斯特（Brewster）角入射时，不管入射光的偏振状态如何，反射光将成为线偏振光，其电矢量垂直于入射面。

空气中相对于玻璃界面的偏化角约为。

若使自然光以偏化角入射并通过一叠表面平行的玻璃片堆，由于自然光可以被等效为两个振动方向互相垂直、振幅相等且没有固定位相关系的线偏光，又因为光通过玻璃片堆中的每一个界面，都要反射掉一些振动垂直于入射面的线偏光，经多次反射，最后从玻璃片堆透射出来的光一般是部分偏振光，如果玻璃片数目较大，则透过玻璃片堆的就成为振动平行于入射面的线偏光了，这就是透射起偏法。

偏振光实验报告实验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，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。

如图1、图2所示：图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器，设经过1P 后线偏振光振幅为0A （图2所示），光强为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（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，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。

P 1 P 2 图1 P A 0 θ 图2 波片 偏振片 偏振片考虑特殊情况，当M ⊥N 时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：)cos 1)(2(sin 420δθ-=⊥I I ；当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 。

光的偏振与光的旋光性质的分析光是一种电磁波，具有多种性质。

其中，光的偏振和旋光性质是光的关键特征之一。

本文将对光的偏振和旋光性质进行详细分析，以便更好地了解光的行为和应用。

一、光的偏振性质光的偏振是指光波振动方向的特性。

在自然光中，光波振动方向是随机分布的，即各种方向上的光波振动都存在。

然而，通过适当的方法可以使光波振动只在某个特定方向上进行，这种光称为偏振光。

1. 偏振光的产生方法偏振光可以通过多种方法产生。

一种常见的方法是使用偏振片，它具有特殊的结构，只能允许一个方向的光通过，而其他方向的光则被阻挡。

另一种方法是利用干涉现象，通过让两束光发生干涉，并调整到合适的条件下，可以得到偏振光。

2. 偏振光的特性偏振光具有一些独特的特性。

首先，偏振光的振动方向是确定的，不会发生改变。

其次，偏振光只有振动方向与偏振方向相同的分量经过偏振片后才能透过，其他方向上的分量则被阻挡。

此外，偏振光的强度会随着观察位置的改变而发生变化。

二、光的旋光性质光的旋光性质是指光波通过某些物质时会发生的现象。

当光波穿过具有旋光性质的物质时，光波的振动方向会随着传播路径旋转，这种现象称为光的旋光。

1. 旋光现象的产生旋光现象可以通过手性分子或某些晶体引起。

手性分子具有非对称性，它们的结构中存在左旋和右旋两种形式。

当偏振光穿过这些分子时，会发生光的旋转现象。

此外，某些晶体由于晶格结构的非对称性也具有旋光性质。

2. 旋光现象的性质光的旋光现象有一些独特的性质。

首先，旋光现象与物质的旋转方向相关。

当旋光物质旋转方向为顺时针时，称为右旋光；反之，旋转方向为逆时针时，称为左旋光。

其次，旋光的角度与物质的性质、物质的浓度以及光波的波长有关。

三、光的偏振和旋光的应用光的偏振和旋光性质在现实生活和科学研究中具有广泛的应用。

1. 光学器件偏振光可用于各种光学器件，如偏振片、偏振镜、偏振板等。

这些器件在光的调制、滤波、检测等方面起到重要作用。

2. 生物化学分析光的旋光性质可用于生物化学分析，例如测定物质的含量和浓度，研究有机化合物的结构等。

偏振光检测及其研究论文偏振光检测是一种利用光的偏振性质来检测和分析样品或光源性质的技术方法。

它广泛应用于物质的光学性质表征、生物体的显微镜成像以及通信和光子学领域等。

本文将介绍偏振光检测的原理、方法和应用，并介绍一些相关的研究论文。

偏振光是指具有特定振动方向的光。

光的偏振状态可以通过光的电场矢量的方向来描述。

常见的偏振状态有水平偏振、垂直偏振、左旋偏振和右旋偏振等。

偏振光的检测主要通过测量其偏振状态来实现。

常用的偏振光检测方法包括偏振片法、偏振电荷耦合器法、全息偏振显微术等。

偏振片法是一种最简单且常用的偏振光检测方法。

它利用偏振片对入射光进行滤波，只允许特定振动方向的光通过，并通过旋转或叠加多个偏振片来改变或确定入射光的偏振状态。

偏振电荷耦合器（Pockels cell）法是一种利用偏振电荷耦合器来调控光的偏振状态的方法。

通过改变偏振电荷耦合器的电场来调节光的偏振状态，实现快速精确的偏振光控制和检测。

全息偏振显微术是一种结合全息显微术和偏振光技术的方法。

它通过记录样品在特定偏振状态下的干涉图像来获得样品的偏振信息，并通过数字图像处理和分析来重建样品的偏振性质。

偏振光检测在许多领域中都有重要的应用。

在物质科学中，偏振光检测可以用于测量样品的光学常数、折射率、吸收系数等光学性质的研究。

在生物显微镜成像中，偏振光检测可以用于观察和分析生物组织的细胞结构和分子方向性的改变。

在通信和光子学领域，偏振光检测可以用于检测、控制和调节光信号的偏振状态，提高光通信和光子学器件的性能。

以下是一些关于偏振光检测的研究论文的简要介绍：1. "Polarization characteristics of light scattered by random media"，作者：V. A. Feigin，发表于 Journal ofExperimental and Theoretical Physics Letters，1997年。

偏振光实验一、实验目的1、通过产生和观察光的偏振状态,掌握产生与检验偏振光的原理和方法；2、验证布儒斯特定律，了解产生与检验偏振光的元件及仪器。

二、实验原理光是一种电磁波，而电磁波是横波，，它有电矢量E和磁矢量H，习惯上我们总是用电矢量E来代表光波。

光波中的电矢量与波的传播方向垂直，光的偏振现象清楚得显示了光的横波性。

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

其中线偏振光和圆偏振光由可看作椭圆偏振光的特例。

椭圆偏振光可视为两个沿同一方向传播的振动方向相互垂直的线偏振光（如图1所示，一个为电矢量，一个为）的合成：（1）式中A表示振幅，为二光波的圆频率，表示时间，为波矢的数值，是两波的相对相位差。

合成矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。

椭圆的形状、取向和旋转方向，由，和决定。

当和时，椭圆偏振光变为圆偏振光；当，或者（或）=0时，椭圆偏振光变为线偏振光（图2）。

本实验着重观察的是光的各种偏振态的改变。

1、光的偏振态凡是电振动只限于某一确定方向和该方向的负方向的光称为线偏振光（亦称平面偏振光）。

在垂直于光传播方向的任一确定平面内，光波电矢量端点随时间作椭圆运动的光称作椭圆偏振光；作圆运动的称作圆偏振光。

以上三种统称完全偏振光，若在垂直于光传播方向的平面（简称迎光平面）内，电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，且各方向的取向几率相同，彼此之间没有固定的位相关系，则称为自然光。

自然光和线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光三者的任一个组合起来，就成为部分偏振光。

2、线偏振光的获得（1）反射起偏及透射起偏一束单色自然光从不同角度入射到介质表面，其反射光和折射光一般是部分偏振光。

当以特定角度即布儒斯特（Brewster）角入射时，不管入射光的偏振状态如何，反射光将成为线偏振光，其电矢量垂直于入射面。

空气中相对于玻璃界面的偏化角约为。

若使自然光以偏化角入射并通过一叠表面平行的玻璃片堆，由于自然光可以被等效为两个振动方向互相垂直、振幅相等且没有固定位相关系的线偏光，又因为光通过玻璃片堆中的每一个界面，都要反射掉一些振动垂直于入射面的线偏光，经多次反射，最后从玻璃片堆透射出来的光一般是部分偏振光，如果玻璃片数目较大，则透过玻璃片堆的就成为振动平行于入射面的线偏光了，这就是透射起偏法。

偏振光干涉实验报告偏振光实验报告实验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，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。

如图 P1、图2所示：P1 P2 图1 图2 θA 0 图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。

P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?，2光强为I?A0cos2??I0cos2?,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（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，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。

偏振片波片偏振片图3 分振动面干涉装置考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。

其中θ为波片光轴与M2I??光强为：I//?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，cosδ=-1，I??强最大，I//?02sin22?，出射光I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4波片）时，cosδ=0，I??I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。

图2 二向色性起偏《大学物理》光的偏振现象的研究实验姓 名学 号 班 级桌 号 教 室实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师一. 实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振基本规律的认识；2. 了解产生和检验偏振光的基本方法；3. 验证马吕斯定律；4．1/2波片，1/4波片的研究； 5.利用旋光现象测定蔗糖溶液浓度. 二. 实验仪器导轨和机座, 带布儒斯特窗的氦氖激光器, 激光器架, 偏振片、波片架, 滑动座(4个)， 光传感器(光电探头)，光功率测试仪，偏振片（2个），1/2波片（波长632.8nm ），1/4波片（波三. 实验原理1. 偏振光的基本概念光波是一种电磁波，它的电矢量 和磁矢量 相互垂直，并垂直于光的传播方向。

通常人们用电矢量 代表光的振动方向，并将电矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面。

在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1(a)所示。

振动面的取向和光波电矢量的大小随时间作有规律的变化，光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时，称为椭圆偏振光或圆偏振光，评 分教师签字图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光图3 双折射起偏原理图人眼逆光来看，若电矢量末端按照顺时针方向旋转，则称为右旋椭圆或右旋圆偏振光，反之为左旋。

通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向，没有一个方向的振动比其它方向更占优势。

这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图1(b)所示；如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定方向上占优势，则此偏振光称为部分偏振光，如图1(c)所示。

将自然光变成偏振光的器件称为起偏器，用来检验偏振光的器件称为检偏器。

实际上，起偏器和检偏器是互为通用的。

下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。

２. 二向色性起偏、马呂斯定律、双折射起偏二向色性起偏：物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质，称为二向色性。

光的偏振实验光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波， 光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。

历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝 实验成功以后不多年，马吕斯（E.LMalus ）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。

【实验目的】1 •验证马吕斯定律；2. 产生和观察光的偏振状态；3. 了解产生与检验偏振光的元件和仪器； 4•掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

【实验仪器】光源（白炽灯或可见光激光器）、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、/4波片。

【实验原理】光波是一种电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。

光的偏振现 象清楚的显示了光的横波性。

光波的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直，且都垂直于光的传播方 向c （图1）。

通常用电矢量E 代表光的振动方向，并将电矢量E 和光的传播方向c 所构成的 平面称为光振动面。

我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振 光。

在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光 （图2a ）o 光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。

单个原子或分子辐射的光是偏振图IE,H ：c 三者之间的关系的，由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它 们所发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同 的。

一般说，在IX 秒内各个方向电矢量的时间平均值 相等，故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称 为自然光（图2b ）。

在发光过程中，有些光的振动面在 某个特定方向上出现的几率大于其他方向，即在较长时 间内电矢量在某一方向上较强，这样的光称为部分偏振 光（图2c ）。

还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规图3a 椭圆偏振光的合成图2线偏振光、自然光及部分偏振光律的变化，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光(图3d)。