椭圆和圆偏振光的产生与四分之一波片的作用

摘要：随着偏振光技术的发展，其在生活中的应用也越来越广泛，该文通过对偏振光的分析，全面地介绍了偏振光的分类、产生方法及应用。

在偏振光产生的介绍中，分别介绍了线偏振光、椭圆偏振光、径向偏振光的产生方法，并利用电场矢量进行了具体分析。

最后介绍了偏振光在生活和研究中的应用。

关键字：光学；偏振光；双折射；应用；布儒斯特棱镜；振动The Production and the Application of Polarized LightZHU Zhao-yi,GUO Li-shuai(Electrical Engineering College,Longdong University,Qingyang 74500,Gansu)Abstract:With the development of the polarized light’s technology,it is used in the field more and more widely.Based on the analysis of the polarized light and comprehensively introduces the classification, the generation methods and application of polarized light. In the polarized light generated introduction, this paper introduces linearly polarized light, ellipse polarized light, radial polarized light generated methods, and uses electric field vector carryig on the concrete analysis. At last, the paper introduces the polarized light the application in life and studying.Key Words: optics;polarized light; the double refraction;application;brewster prism;vibration 1 引言光是一定波段范围的电磁波，是由于传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。

实验报告姓名：王航班级：F0703028 学号：5070309025同组姓名：周智恺指导教师：实验日期：2008.3.24偏振光学实验【实验目的】1.观察光的偏振现象,验证马吕斯定律2.了解1/2波片,1/4波片的作用3.掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测.【实验原理】1．光的偏振性光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。

在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。

如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图１）。

此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。

若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。

如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。

2．偏振片虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。

）。

偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。

用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。

实际上，起偏器和检偏器是通用的。

3.马吕斯定律设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=ɑ，强度I=，I=ɑ=Ｉɑ，为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。

这就是１８０９年马吕斯在实验中发现的，所以称马吕斯定律。

显然，以光线传播方向为轴，转动检偏器时，透射光强度Ｉ将发生周期变化。

若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值部位０。

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?)。

光的偏振现象及应用光的偏振是指光波中电场矢量振动方向的特性。

在自然光中，光的振动方向是随机的，即呈无偏振态。

然而，经过特殊材料的作用或特定物理现象的影响，光波的振动方向可以变得有规律，这就是光的偏振现象。

本文将就光的偏振现象的产生原理、分类和应用进行探讨。

一、光的偏振现象的产生原理光的偏振现象产生的原理是光波在传播过程中与介质或其他物理现象相互作用，使光波的电场矢量振动方向发生变化。

常见的光的偏振现象产生原理包括：1. 材料吸收偏振：当光波穿过介质时，材料分子对具有特定振动方向的电场矢量进行吸收，使得光波的偏振方向发生变化。

2. 反射偏振：当光波从介质界面上反射时，与介质界面垂直的方向上的光波电场分量被吸收或折射，而平行于界面的电场分量则被反射，使得反射光线偏振。

3. 散射偏振：当光波与物体表面或介质中的微粒相互作用时，光波的电场矢量会在特定方向上被散射，使得散射光线产生偏振。

二、光的偏振现象的分类根据光波的电场矢量振动方向的变化规律，光的偏振现象可分为线偏振、圆偏振和椭偏振三类：1. 线偏振：光波的电场矢量只在一个平面上振动，其偏振方向可以是水平、垂直或倾斜的。

线偏振光可以通过偏振片进行筛选，同方向振动的光波透过，垂直方向振动的光波被阻挡。

2. 圆偏振：光波的电场矢量绕光束的传播方向旋转，形成一个圆形轨迹。

圆偏振光可以通过偏振镜或光栅进行生成和分析。

3. 椭偏振：光波的电场矢量在平面上进行椭圆轨迹振动，既有水平分量又有垂直分量。

椭偏振光可以通过波片进行产生和研究。

三、光的偏振现象的应用由于光的偏振具有独特的性质，因此在许多领域有着广泛的应用。

以下列举了几个光的偏振应用的示例：1. 光学通信：光的偏振在光纤通信中起着重要的作用。

通过使用光的偏振调制技术，可以增加信息传输的容量和抗干扰能力。

2. 光电显示器：液晶显示器（LCD）利用电流控制液晶分子的方向，进而调节光的偏振状态，实现图像显示。

3. 3D影像技术：偏振成像技术被广泛用于制作3D影像，通过光的偏振状态的差异来再现真实场景的立体效果。

偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。

与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。

偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。

此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。

一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。

由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。

2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。

偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。

当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。

当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。

椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。

二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。

当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。

通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。

2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。

当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。

通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。

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。