13-10偏振光的获得和检测

偏振光的不雅测与研讨光的干预和衍射试验证清楚明了光的摇动性质.本试验将进一步解释光是横波而不是纵波,即其E和H 的振动偏向是垂直于光的传播偏向的.光的偏振性证清楚明了光是横波,人们经由过程对光的偏振性质的研讨,更深入地熟悉了光的传播纪律和光与物资的互相感化纪律.今朝偏振光的运用已普遍于工农业.医学.国防等部分.运用偏振光装配的各类周详仪器,已为科研.工程设计.临盆技巧的磨练等,供给了极有价值的办法.【试验目标】1．不雅察光的偏振现象,加深偏振的根本概念.2．懂得偏振光的产生和磨练办法.3．不雅测布儒斯特角及测定玻璃折射率.4．不雅测椭圆偏振光和圆偏振光.【试验仪器】光具座.激光器.偏振片.1/4波片.1/2波片.光电转换装配.光点检流计.不雅测布儒斯特角装配图1 试验仪器什物图【试验道理】1．偏振光的根本概念按照光的电磁理论,光波就是电磁波,它的电矢量E和磁矢量H互相垂直.两者均垂直于光的传播偏向.从视觉和感光材料的特征上看,引起视觉和化学反响的是光的电矢量,通经常运用电矢量E代表光的振动偏向,并将电矢量E和光的传播偏向所组成的平面称为光振动面.在传播进程中,光的振动偏向始终在某一肯定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2（a）.光源发射的光是由大量原子或分子辐射组成的.因为热活动和辐射的随机性,大量原子或分子发射的光的振动面出如今各个偏向的几率是雷同的.一般说,在10－6s内各个偏向电矢量的时光平均值相等,故消失如图2（b）所示的所谓天然光.有些光的振动面在某个特定偏向消失的几率大于其他偏向,即在较长时光内电矢量在某一偏向较强,这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光.还有一些光,其振动面的取向和电矢量的大小随时光作有规矩的变更,其电矢量末尾在垂直于传播偏向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形）,如许的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）,如图2（c）所示.图2 光波按偏振的分类2．获得偏振光的经常运用办法(1)非金属镜面的反射.平日天然光在两种媒质的界面上反射和折射时,反射光和折射光都将成为部分偏振光.并且当入射角增大到某一特定值时,镜面反射光成为完整偏振光,其振动面垂直于入射面,如图3所示,这时入射角称为布儒斯特角,也称为起偏角.由布儒斯特定律得：个中.分离为两种介质的折射率,为相半数射率.假如天然光从空气入射到玻璃概况而反射时,对于各类不合材料的玻璃,已知其相半数射率n的变更规模在1.50到1.77之间,则可得布儒斯特角约在560—600之间.此办法可用来测定物资的折射率.(2)多层玻璃片的折射.当天然光以布儒斯特角入射到由多层平行玻璃片重叠在一路组成的玻璃片堆上时,因为在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光,故经由多次反射后,透出来的透射光也就接近于振动偏向平行于入射面的线偏振光.(3)运用偏振片的二向色性起偏.将非偏振光变成偏振光的进程称为起偏.某些有机化合物晶体具有二向色性,它往往接收某一振动偏向的入射光,而与此偏向垂直振动的光则能透过,从而可获得线偏振光.运用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束,但因为接收不完整,所得的偏振光只能达到必定的偏振度.(4)运用晶体的双折射起偏.天然光经由过程各向异性的晶体时将产生双折射现象,双折射产生的平常光（o光）和异常光（e光）均为线偏振光.o光光矢量的振动偏向垂直于本身的主截面;e光光矢量的振动偏向在本身的主截面内.方解石是典范的天然双折射晶体,经常运用它制成特别的棱镜以产生线偏振光.运用方解石制成的沃拉斯顿棱镜能产生振动面互相垂直的两束线偏振光;用方解石胶合成的尼科耳棱镜能给出一个有固定振动面的线偏振光.3．偏振片.波片及其感化(1)偏振片偏振片是运用某些有机化合物晶体的二向色性.将其渗入透明塑料薄膜中,经定向拉制而成.它能接收某一偏向振动的光,而透过与此垂直偏向振动的光,因为在运用时起的感化不合,用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器;用来磨练偏振光的偏振片,叫做检偏器.按照马吕斯定律,强度为I0的线偏振光经由过程检偏器后,透射光的强度为：I = I0 cos2式中为入射偏振光的偏振偏向与检偏器偏振轴之间的夹角,显然当以光线传播偏向为轴迁移转变检偏器时,透射光强度I将产生周期性变更.当 = 时,透射光强最大;当 =90 时,透射光强为微小值（消光状况）,当 < <90 时,透射光强介于最大和最小值之间,如图所示暗示了天然光经由过程起偏器与检偏器的变更.图4 光波的起偏核检偏依据透射光强度变更的情形,可以差别线偏振光.天然光和部分偏振光.(2)波片波片是用单轴晶体切成的概况平行于光轴的薄片.当线偏振光垂直射到厚度为L,概况平行于自身光轴的单轴晶片时,会产生双折射现象,平常光（O光）和异常光(e光)沿统一偏向进步,但传播的速度不合.这两种偏振光经由过程晶片后,它们的相位差为：个中,为入射偏振光在真空中的波长,no和ne分离为晶片对o光和e光的折射率,L为晶片的厚度.我们知道,两个互相垂直的.频率雷同且有固定相位差的简谐振动,可用下列方程暗示（如经由过程晶片后光和光的振动）：从两式中消去t,经三角运算后得到合振动的方程式为由此式可知,1当时,,为线偏振光.2当时,,为正椭圆偏振光.在 = 时,为圆偏振光.3当为其它值时,为椭圆偏振光.在某一波长的线偏振光垂直入射到晶片的情形下,能使o光和e光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片,称为对应于该单色光的二分之一波片（1/2波片）或波片;与此类似,能使o光和e 光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片,称为四分之一波片（1/4波片）或波片.本试验中所用波片（）是对（激光）而言的.如图5所示,当振幅为A的线偏振光垂直入射到1/4波片上,振动偏向与波片光轴成角时,因为o光和e光的振幅分离为A 和A ,所以经由过程1/4波片合成的偏振状况也随角度的变更而不合.图51当 = 时,获得振动偏向平行于光轴的线偏振光（e光）.2当 = /4时,获得振动偏向垂直于光轴的线偏振光（o光）.3当 = /2时,Ae=Ao获得圆偏振光.4当为其它值时,经由1/4波片后为椭圆偏振光.所以,可以用1/4波片获得椭圆偏振光和圆偏振光.【试验内容与步调】1．起偏与检偏辨别天然光与偏振光,验证马吕斯定律.(1) 在光源至光屏的光路上拔出起偏器P1,扭转P1,不雅察光屏上光斑强度的变更情形.(2) 在起偏器P1后面再拔出检偏器P2.固定P1的方位,扭转P2 ,扭转3600,不雅察光屏上光斑强度的变更情形.有几个消光方位？(3) 以硅光电池代替光屏接收P2出射的光束,扭转P2,记载响应的光电流值,共转900,在坐标纸上作出I~cos2θ关系曲线. 2．不雅测布儒斯特及测定玻璃折射率(1) 在起偏器P1后,拔出测布儒斯特角的装配,再在P1和装配之间拔出一个带小孔的光屏.调节玻璃平板,使反射的光束与入射光束重合.记下初始角.(2) 一面迁移转变玻璃平板,一面同时迁移转变起偏器P1,使其透过偏向在入射面内.反复调节直到反射光消掉为止,此时记下玻璃平板的角度,反复测量三次,求平均值.算出布儒斯特角.(3) 把玻璃平板固定在平儒斯特角的地位上,去掉落起偏器P1,在反射光束拔出检偏器P2,转P2,不雅察反射光的偏振状况.3．不雅察椭圆偏振光和圆偏振光(1) 先使起偏器P1和检偏器P2的偏振轴垂直（即检偏器P2后的光屏上处于消光状况）,在起偏器P1和检偏器P2之间拔出1/4波片,迁移转变波片使P2后的光屏上仍处于消光状况（此时= ）.(2) 从 = 的地位开端,使检偏器P2迁移转变,这时可以从屏上光强的变更看到经由1/4波片后的光为线偏振光.(3) 取 =900,使检偏器P2迁移转变,这时也可以从屏上光强的变更看到经由1/4波片后的光为线偏振光.其振动面与 = 时的振动面垂直.(4) 取为除00和900外的其他值,不雅察迁移转变P2时屏上光强的变更,其成果与椭圆偏振光对应.特别是当 =450时,P2迁移转变时屏上光强几乎不变,这等于圆偏振光对应的状况.【留意事项】1.试验中各元件不克不及用手摸,试验完毕后按划定地位放置好.2.不要让激光束直接照耀或反射到人眼内.【数据记载及处理】表1 马吕斯定律验证试验表2 玻璃折射率的测定与盘算【思虑题】1．偏振光的获得办法有哪几种？2．经由过程起偏和检偏的不雅测,你应该如何判别天然光和偏振光？3．什么是马吕斯定律？本试验若何验证此定律？4．玻璃平板在布儒斯特角的地位上时,反射光束是什么偏振光？它的振动是在平行于入射面内照样在垂直于入射面内？。

§17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1. 布儒斯特定律如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0满足, (17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。

当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有. (17-70)将这个关系代入式(17-69)，得,即,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。

如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3︒，此时的折射角为33.7︒。

当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。

假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。

2. 晶体的双折射现象在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。

这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。

我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。

而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。

这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。

图 17-41在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络面和椭球面的包络面。

竭诚为您提供优质文档/双击可除偏振光特性的研究实验报告篇一：偏振光的研究实验报告偏振光的研究班级：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、ve却不同。

光的偏振实验报告－互联网类关键信息项：1、实验目的2、实验原理3、实验仪器4、实验步骤5、实验数据及处理6、实验误差分析7、实验结论1、实验目的11 深入理解光的偏振现象及其特性。

12 掌握偏振片的工作原理和使用方法。

13 学会测量偏振光的相关参数，如偏振度、偏振方向等。

14 探究光的偏振在互联网通信中的应用。

2、实验原理21 光的偏振态211 自然光：在垂直于光传播方向的平面内，光矢量的振动方向在各个方向上是均匀分布的。

212 线偏振光：光矢量只在一个固定的方向上振动。

213 部分偏振光：光矢量在某一方向上的振动较强，而在与之垂直的方向上振动较弱。

22 偏振片221 偏振片是一种只允许某一方向振动的光通过的光学元件。

222 其透振方向表示允许光通过的振动方向。

23 马吕斯定律231 当一束线偏振光通过一个偏振片时，其强度 I 与入射光强度 I₀之间的关系满足马吕斯定律：I ＝ I₀cos²θ，其中θ为入射光偏振方向与偏振片透振方向的夹角。

3、实验仪器31 光源（如激光）32 两个偏振片33 光功率计34 旋转台4、实验步骤41 搭建实验装置411 将光源固定在合适位置，使其发射的光能够水平传播。

412 在光源后依次放置第一个偏振片和第二个偏振片，并将它们安装在旋转台上，以便能够独立旋转。

413 将光功率计放置在第二个偏振片后，用于测量光的强度。

42 测量自然光的强度421 旋转第一个偏振片，使其透振方向任意。

422 记录光功率计的读数，作为自然光的强度 I₀。

43 测量线偏振光的强度431 旋转第一个偏振片，使其透振方向确定。

432 旋转第二个偏振片，从 0°到 360°，每隔一定角度（如 10°）记录光功率计的读数 I。

44 改变第一个偏振片的透振方向，重复步骤 43。

5、实验数据及处理51 以第二个偏振片的旋转角度θ为横坐标，光强度 I 为纵坐标，绘制曲线。

第13章 光的偏振光的干涉、衍射现象表明光是以波的形式在空中传播，但是还不足以说明光到底是横波还是纵波。

本章即将要讨论的偏振现象，揭示了光具有横波的特性。

§13－1光的偏振状态光波是特定频率范围内的电磁波。

在这种电磁波中起光作用(如引起视网膜受刺激或照相胶片感光的光化学作用)的主要是电场矢量。

因此，这电场矢量又称光矢量。

由于电磁波是横波，所以光波中的光矢量的振动方向总与光的传播方向垂直，光矢量与光的传播方向构成的空间平面，称为振动面。

在光源直接发出的光束中，由于光源中各个原子或分子各次发出的波列的光振动方向彼此互不相关而随机分布，所以在垂直于传播方向的平面内，各方向振动的光矢量的振幅相同。

但在许多情况下，在垂直于光的传播方向的平面内，光振动在某一方向的振幅显著较大，或只在某一方向上有光振动，这种情况叫光的偏振。

光的横波性表明，光的振动矢量与光的传播方向垂直，但在与传播方向垂直的二维空间里可以有各式各样的振动状态，这称为光的偏振态。

可见光是真空中频率在Hz 1414105.7~103.9⨯⨯范围的电磁波，在远离电磁波发射源的辐射区，电磁波的E 、H 矢量与传播方向组成右手正交关系。

在光波场中各点光矢量随时间变化，从垂直于光传播方向的平面上观察发现光矢量变化遵从不同的规律，根据这些规律，可以把光分为不同的偏振状态。

一 完全偏振光1 线偏振光如果在垂直于光传播方向的平面内，光矢量E 只沿某个确定的方向振动，这种光就是一种完全偏振光，叫线偏振光。

如图13－1所示，对线偏振光而言，振动面是平面，所以也叫平面偏振光。

图13－2是线偏振光的图示方法，其中上图表示振动面与纸面垂直，下图表示振动面在纸面内。

图13－1 图13－22 圆（椭圆）偏振光如果在垂直于光传播方向的平面内，光矢量E 的端点轨迹为一确定的圆（椭圆），称为圆（椭圆）偏振光。

如图12－3所示。

逆光观察，如果光矢量顺时针旋转的称为右旋（圆）椭圆偏振光；光矢量逆时针旋转的称为左旋（圆）椭圆偏振光。

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。