椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验

自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院07级王进光20071001119一. 各种光的产生概念自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。

这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。

自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。

如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。

偏振光电矢量E的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。

获得线偏振光的方法由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束．剩余的一束就是平面偏振光。

尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一(图1)。

它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成。

偏振面平行于晶体主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反对而被除掉。

图 2图一2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图2所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度。

因此，经过厚度为d 的晶片后，o光和e光之间将产生相位差δ：（1）式中表示光在真空中的波长，n0和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。

（1）如果晶片的厚度使产生的相差，这样的晶片称为1/4波片。

平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；但当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。

换言之，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。

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。

圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？首先讨论它们产生的原理。

圆偏振光、椭圆偏振光产生的原理如图10— 2所示图10 — 2当一束自然光经起偏器后，得到线偏振光再入射到波片时，被分成E。

和Ee两个振动分量，由于它们在晶体内的传播速度不同，通过波片后产生一定的位相差，出射后两束光速度相同，合成后一般得到椭圆偏振光，o光相对e光的位相差为=2π/λ ×（no- ne）dd —波片厚度在满足以下两个条件时，出射光是圆片振光：1.起偏器的透光轴与波片的快（慢）轴夹角α= 45°2.两束光在波片中产生位相差=（2m +1）× π/ 2 (m = 0; ±1; ±2; )或Δ= ( no – ne ) d =（m + 1/ 4）λ可见，该波片是λ/4波片，因此线偏振光只有通过λ/4波片才可能产生圆偏振光。

如何检验圆偏振和椭圆偏振光呢？一般采用以下两种方法：1、让圆或椭圆偏振光透过检偏器，通过旋转检偏器观察能量变化，来确定光的偏振态。

2、将圆偏振或椭圆偏振光变换成线偏振光，再通过马吕斯定律进行检验为什么圆偏振光经1/8 波片后成为椭圆偏振光？圆偏振光相位差不是PI/2吗。

+PI/4后怎么就变成了线偏振光。

这个很好解释么，圆偏振光原来的相位差是pi/2，线偏振光的相位差是pi或者是0，除了这个之外，所有的相位差，造成的偏振态形状都是椭圆的。

圆偏振本来pi/2，你经过λ/8波片，相位差加pi/4，那你用你的原来的pi/2+pi/4=3pi/4，相位差既不是0，也不是pi，自然就不是线偏振光，所以自然是个椭圆偏振的，怎么可能变成线偏振的？还有你这个问题太诡异了，题目里面问，为什么变成椭圆光，内容里面却问怎么就变成线偏振光，你到底是要问什么？只有经过λ/4波片的圆偏振，才能变成线偏振，还有通常都没有人用什么λ/8波片，都是λ/4的或者λ/2的波片，不知道楼主从哪里看来的λ/8波片？λ/4波片合成椭圆偏振光的原理是什么原理就是给本来没有相位差或者相位差是pi的线偏振光，附加上了pi/2的相位。

椭圆偏振光与部分偏振光的检验实验课题：《大学物理学》（下）p256告诉我们关于偏振光的检验有关知识，我们了解了利用一块偏振片与四分之一波片检验出自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的方法，以下是相关实验过程与结论：表Ⅶ-3偏振光的检验第一步令入射光通过偏振片Ⅰ，改变偏振片I的透振方向P1，观察透射光强度的变化（图1）观察到的现象有消光强度无变化强度有变化，但无消光结论线偏振自然光或圆偏振部分偏振或椭圆偏振第二步a.令入射光依次通过λ/4片和偏振片Ⅱ，改变偏振片Ⅱ的透镜方向P2，观察透射光的强度变化b.同a，只是λ/4片的光轴方向必须与第一步中偏振片Ⅰ产生的强度极大或极小的透振方向重合观察到的现象有消光无消光有消光无消光结论圆偏振自然光椭圆偏振部分偏振但是实际上，偏振光的偏振化方向与四分之一波片的光轴方向一般是不会标明的，椭圆偏振光的两主轴的位置也是不知道的，这就使椭圆偏振光与部分偏振光的检验发生了困难。

以下，用旋转波片的方法使这一问题得以解决。

知识准备1熟悉偏振光、起偏器、四分之一波片及其性质2了解斯托克斯矢量及马吕斯定律3学会光路图的安装及调整光路实验原理：一般情况下，椭圆偏振光均可以看做线偏振光经过一任意延迟量的波片形成的，由入射光的斯托克斯适量和四分之一波片的勒密矩阵可以求出出射光的斯托克斯矢量并且有：任意椭圆偏振光通过1/4波片后，只要1/4波片的快慢轴与椭圆长轴与短轴方向一致，则出射光均可补偿为一线性偏振光。

而部分偏振光可以看做是自然光与偏振光的叠加，由斯托克斯矢量可得经过1/4波片后仍为部分偏振光。

由马吕斯定律可得其光强随检偏器的转动而变化的关系图实验装置：光路图如下：L待检测的光源B为可以旋转的四分之一波片，C为可以旋转的检偏器，M为接收检验光的装置。

实验步骤：1按图布置光路，调整光轴，使M可接收到被检验光。

2轻轻旋转四分之一波片，同时观察 M上接收光的光强变化（可观察到光变明变暗再变明的变化）。

一、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波片和1/4波片的作用。

3. 掌握椭圆偏振光和圆偏振光的产生与检测。

二、实验原理光是一种电磁波，具有横波特性。

当光波通过某些介质时，其振动方向会被限制在某一特定方向上，这种现象称为光的偏振。

偏振光可分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

马吕斯定律描述了线偏振光通过偏振片时的光强变化。

当线偏振光的振动方向与偏振片的透振方向一致时，光强最大；当两者垂直时，光强为零。

1/2波片和1/4波片是常用的偏振元件。

1/2波片可以将线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光，而1/4波片可以将椭圆偏振光或圆偏振光变为线偏振光。

三、实验仪器1. 自然光源2. 偏振片3. 1/2波片4. 1/4波片5. 硅光电池6. 检偏器7. 光具座8. 透镜9. 光屏10. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将自然光源放置在光具座上，调整光路使其成为平行光。

2. 将偏振片放置在光具座上，使入射光通过偏振片。

3. 将检偏器放置在光具座上，调整其位置，使透过偏振片的光能够照射到检偏器上。

4. 观察检偏器上的光强变化，记录光强最大和最小时的偏振片角度。

5. 将1/2波片放置在光具座上，调整其位置，使透过偏振片的光能够照射到1/2波片上。

6. 观察1/2波片后的光强变化，记录光强最大和最小时的1/2波片角度。

7. 将1/4波片放置在光具座上，调整其位置，使透过1/2波片的光能够照射到1/4波片上。

8. 观察1/4波片后的光强变化，记录光强最大和最小时的1/4波片角度。

9. 利用马吕斯定律，计算偏振片、1/2波片和1/4波片的透振方向与光矢量振动方向的夹角。

五、实验结果与分析1. 观察到当偏振片的透振方向与光矢量振动方向一致时，光强最大；当两者垂直时，光强为零，验证了马吕斯定律。

2. 观察到1/2波片可以将线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光，1/4波片可以将椭圆偏振光或圆偏振光变为线偏振光。