大学物理仿真实验-偏振光修正版

二、起偏和检偏 1、偏振片的起偏和检偏 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 起偏：使自然光（或部分偏振光）变成线偏振光的过程。 检偏：检查入射光的偏振性。 检偏：检查入射光的偏振性。 偏振片 将待检查的入射光垂直入 自然光 射偏振片， 射偏振片，缓慢转动偏振 观察光强的变化， 片，观察光强的变化，确 定光的偏振性。 定光的偏振性。
3. 尼科耳棱镜 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用折射率 方解石棱镜 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 为n=1.55的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜。 的加拿大树胶粘合成一长方柱形棱镜 方解石的折射率n 方解石的折射率 0=1.658, ne = 1.486 光轴在ABCD平面内方向与AB成480，入射面取ABCD面 光轴在ABCD平面内方向与AB成 入射面取ABCD面 ABCD平面内方向与AB ABCD
Ex = Ecosα Ey = Esinα
Ey
E
α
Ex
x
线偏振光的表示法： 线偏振光的表示法：
x
光振动平行板面
• • • • • •
x
光振动垂直板面
部分偏振光
某个方向的光振动占有优势。 某个方向的光振动占有优势。 有优势
自然光与线偏 自然光与 线偏 振光的混合 的混合。 振光的混合。 部分偏振光 部分偏振光的分解 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 相互垂直的、 部分偏振光可分解为两束振动方向 相互垂直的 、 不等幅的线偏振光 线偏振光。 不等幅的线偏振光。 部分偏振光的表示法： 部分偏振光的表示法：
2 、光轴与主平面 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双 折射，该方向称为晶体的光轴。 折射，该方向称为晶体的光轴。 晶体的光轴 “光轴”是一特殊的“方向”,不是指一条直线。 光轴” 特殊的“ 光轴 是一特殊的 方向” 不是指一条直线。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 凡平行于此方向的直线均为光轴。 单轴晶体： 单轴晶体：只有一个光轴的晶体 光轴 方解石、石英、红宝石、冰等。 方解石、石英、红宝石、冰等。

光的偏振
1.自然光（非偏振光）
在垂直光传播方向的平面内，光矢量大小在所有可能方向上都
相等，各矢量之间没有固定的相位关系，这种光称为自然光。
IxA x 2 A i2x
IyA y 2 A i2y
1 Ix Iy 2 I0
2.线偏振光
光的振动方向在同一平面内， 只沿某一固定方向振动的光。
平面202偏1/6/1振6 光 完全偏振光
2.透振方向（偏振化方向）：
当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向 的光通过，这个方向叫此偏振片的透振方向。
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透振方向
5
起偏器
E 0 I0
三、马吕斯定律：
EI
检偏器
一束光强为 I0 的线偏振光，透过检偏器的透射光强为：
I I0 cos2
是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向之间夹角。
2.晶体主截面 界面的法线和光轴构成的平面
B 方解石晶体
3.晶体主平面 晶体20中21/6某/16光线和光轴构成的平面
单轴晶体 双轴晶体
产生双折射的原因
10
寻常光线（O光） 光振动方向始终与光轴垂直，在晶体中的传 播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。
no
c vo
常量
非常光线（e光）
光轴 O光波阵面
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19-3 反射和折射起偏 布儒斯特定律
1. 反射和折射起偏
反射光：部分偏振光
n 垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。
折射光：部分偏振光
1
n 平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动。
2
ii
布儒斯特定律
玻璃
tg i0
n2 n1

实验3.8 偏振光的观测与研究偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。

同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。

如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。

【实验目的】1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。

2．掌握偏振光的产生和检验方法。

3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。

【实验仪器】光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。

【实验原理】按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。

在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。

其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。

根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，则称为偏振光。

1．获得偏振光的方法（1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光。

当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得：0tan n φ= （3-51）其中，n 为折射率。

（2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光，其振动在入射面。

图3-26 自然光（3）晶体双折射产生的寻常光（o 光）和非常光（e 光），均为线偏振光。

Chap.5 Polarization of Light 第5章 光的偏振
主 要 内 容
• • • • • • • • • 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 5.8 5.9 自然光与偏振光 线偏振光与部分偏振光 光通过单轴晶体时的双折射现象 光在晶体中的波面 光在晶体中的传播方向 偏振器件 椭圆偏振光和圆偏振光 偏振态的实验检验 偏振光的干涉
54光在单轴晶体中传播时沿着光轴方向传度都相同不发生双折沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体沥青等橡胶玻璃塑料云母硫磺光轴除外旋转椭球面在球面之外方解石旋转椭球面在球面之内石英非晶体双轴晶体负晶体正晶体单轴晶体晶体固体55光在晶体中的传播方向利用晶体中波面的特点和惠更斯作图法便可确定晶体内o光和e光的传播方向下面以方解石为例
s1 1 2 s1 1 2
• 讨论： A A • ① 在 i 0及i 90 时，有： A A
p1 p1 1 1