第四章 光的偏振（2）
一．选择题：（共30分）
1．在双缝干涉实验中，用单色自然光，在屏上形成干涉条纹，若在两缝后放一个偏振片，则
[ ]
（A ） 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度加强。
（B ） 干涉条纹的间距不变，但明纹的亮度减弱。
（C ） 干涉条纹的间距不窄，但明纹的亮度减弱。
（D ） 无干涉条纹。
2．光强为I 0的自然光垂直通过两个偏振片，它们的偏振化方向之间的夹角α =600，设偏振片没有
吸收，则出射光强I 与入射光强I 0之比为 [ ]
（A ）1/4 （B ） 3/4 （C ）1/8 （D ）3/8
3．如果两个偏振片堆叠在一起，且偏振化方向之间夹角为600
，假设二者对光无吸收，光强为I 0的自然光垂直入在偏振片上，则出射光强为 [ ]
(A) I 0/8 (B) 3I 0 /8 (C) I 0 /4 (D) 3 I 0/4
4．光强为I 0的自然光依次通过两个偏振片和，若的偏振化方向的夹角，则透射偏振光的强度是
[ ]
(A) I 0/4 (B) √3 I 0/4 (C) √3 I 0/2 (D) I 0/8 (E) 3I 0 /8
5．两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射其上时没有光线通过。当其中一偏振片慢慢转动
1800时透射光强度发生变化为： [ ]
(A) 光强单调增加。
(B) 光强先增加，后有减小至零
(C) 光强先增加，后减小，再增加
(D) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零
6．一束自然光自空气射向 一块平板玻璃（如图），设入
射角等于布儒斯特角i 0 ，则在界面2的反射光 [ ]
(A) 是自然光
(B) 是完全偏振光且光矢量的振动方向垂直入射面 (C) 是完全偏振光且光矢量的振动方向平行入射面
(D) 是部分偏振光
7．一束单色平面偏振光，垂直投射到一块用方解石（负晶体）制成的四分之一波片（对投射光的
频率）上，如图所示，如果入射光的振动面与光轴成450角，则对着光看从波片射出的光是
(A) 逆时针方向旋转的圆偏振光
(B) 逆时针方向旋转的椭圆偏振光
(C) 顺时针方向旋转的圆偏振光
(D) 顺时针方向旋转的椭圆偏振光
8
(A) 线偏振光 (B) 部分偏振光
(C) 和原来旋转方向相同的圆偏振光
(D) 和原来旋转方向相反的圆偏振光
9（对投射光的频率）上，如图所示 成300角，则对着光看从波片射出的光是
(A) 逆时针方向旋转的圆偏振光
(B) 逆时针方向旋转的椭圆偏振光
(C) 顺时针方向旋转的圆偏振光
(D) 顺时针方向旋转的椭圆偏振光
10．一束单色线偏振光其偏振化方向与1/4波片的光轴夹角α =π/4。此偏振光经过波片后[ ]
(A)仍为线偏振光 (B) 振动面旋转了
(C) 振动面旋转了 (D) 变为圆偏振光
二、填空题
1． 一束自然光垂直穿过两个偏振片，两个偏振片方向成450角。已知通过此两偏振片后的光强为I ，则入射至第二个偏振片的线偏振光强度为________. 2．
使光强为I 0的自然光依次垂直通过三块偏振片P 1、P 2和P 3。与的偏振化方向成450角。则透过三块偏振片的光强I 为__________ 3． 如图所示的杨氏双缝干涉装置，若用单色自然光
照射狭缝S ，在屏幕上能看到干涉条纹。若在双
缝S 1和S 2的前面分别加一同质同厚的偏振片P 1、
P 2 ，则当P 1与P 2的偏振化方向相互_______时，
在屏幕上仍能看到很清楚的干涉条纹。 4． 一束自然光以布儒斯特角入射到平板玻璃上， 就偏振状态来说则反射光为________，反射光 矢量的振动方向________，透射光为_________。 5． 如图所示，一束自然光入射到折射率分别为n 1和
n 2的两种介质的交界面上，发生反射和折射。已知
反射光是完全偏振光，那么折射角r 的值为________. 6．
在以下五个图中，前四个图表示线偏振光入射于两种
介质分界面上，最后一图表示入射光是自然光，n 1、
n 2为两种介质的折射率，图中入射角i 0=arctg(n 2
/ n 1)，i 0射光线和反射光线，并用点或短线把振动方向表示出来。
7． 用方解石晶体(n o >n e )切成一个顶角A = 300的三棱镜，
其光轴方向如图，若单色自然光垂直AB 面入射
（见图）。试定性的画出三棱镜内外的光路，
并画出光矢量的振动方向。
8． 圆偏振光通过四分之一波片后，出射的光
一般是________偏振光。 9．
一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面，晶体厚度
为0.05 mm ，对钠黄光方解石的主折射率n o =1.6584、n e =1.4864，则o 、e 两光透过晶片
后的光程差为______μm 10．
11． 波长为600 nm 光的主折射率为1.74则此波片的最小厚度为_________ 12． 如图所示，一束线偏振光垂直的穿过一个
偏振片M 和一个1/4波片N ，入射线偏振
光的光振动方向与1/4波片的光轴平行，偏
振片M 的偏振化方向与1/4波片光轴的 S M
夹角为450
，则经过M 后光是_______偏振光；经过N 后的光是______偏振光
13． 原来为光学各向同性的介质，在机械应为作用下，显现出光学各向异性即产生双折射现
象，称为________效应；在外加电场作用下，发生双折射现象，称为_________效应；
在外加磁场的作用下，发生双折射现象，称为_________效应。 三、计算题
1． 两个偏振片叠在一起，一束单色自然光垂直入射。（1）若认为偏振是理想的（对投射部分没
有反射和吸收），当连续穿过两个偏振片后的透射光强为最大透射光强的1/3时，两偏振片偏振化方向间的夹角α为多大？ （2）若考虑到每个偏振片因吸收和反射而使透射光部分的光强减弱5%，要使透射光强仍如（1）中得到的透射光强，则此时α应为多大？
2． 有三个偏振片叠在一起，已知第一个与第三个的偏振化方向相互垂直。一束光强为I 0的自然
光垂直入射在偏振片上，求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角为多大时，该入射光连续通过三个偏振片之后的光强为最大。
3． 一束单色自然光以入射角500从空气入射到一块方解石晶体的表面上，方解石的光轴平行方解
石表面且入射面垂直，求方解石中的两条折射线间的夹角。已知n
折射率取为1
4
． 一束单色自然光自空气(n = 1)入射到一块方解石
晶体上，晶体光轴方向如图所示，其主折射率
n o = 1.658、n e =1.486，已知晶体厚度d = 2.00 cm ，
入射角I = 600。
（1） 求a
、b 两透射光间的垂直距离；
（2） 两束透射光中，哪一束在晶体中是寻常光？ 哪一束在晶体中是非寻常光？透射光的光矢量振动方向如何？并请在图中注明。 5． 一束单色自然光（波长λ=589.3×10-9
m ）垂直入射在 方解石晶片上，光轴平行于晶片的表面，如图。已知 晶片厚度d = 0.05 mm ，对该光方解石的主折射率 n o =1.658、n e =1.486。求 （1） o 、e 两光束穿出晶片后的光程差?
L （2） o 、e 两光束穿出晶片后的位相差?Φ
6．用方解石制作对钠黄光（波长λ=589.3×10-9 m ）适用的四分之一波片
（1） 请指出应如何选取该波长的光轴方向；
（2） 对于钠黄光，方解石的主折射率分别为n 7． 如图所示，在两个偏振化方向互相平行的偏振片P 1 和P 2之间插入一块厚度为d 的方解石晶片，用波长
为λ=5000?的单色平行自然光垂直入射时，
透过检偏器P 2的光强恰好为零。已知此方解石晶片
的光轴C 与起偏器P 1的偏振化方向间的夹角α=450光轴与晶片表面平行，方解石的主折射率n o =1.66、
n e =1.49。求此方解石晶片可能的最小厚度d 。
8． 在两个相互正交的尼科耳棱镜之间放一块 水晶的旋光晶片（光轴垂直水晶的表面），
如图，入射光为纳黄光（λ=589.3×10-9 m ）， 对此波长水晶的旋光率α =21.750/mm ，若使出射光最强，求晶片的最小厚度。
9． 一束单色线偏振光(λ=589.3×10-9 m)沿光轴方向通过水晶块，如图。已知对右、左旋圆偏振光
的水晶折射率分别为n R =1.55812、n L =1.54870，
b a 光轴2I 045
的位相差为π，则晶体厚度l 四、证明题
1． 若i 2． 的示意图，两个尼科耳M 、N
它们的偏振取向与电场方向分别成
±450角。克尔盒为盛有介质的二端透光的容器，内有一个平行板长为板间距为d 通过尼科耳N ，若给极板加电压U 则有光通过尼科耳N 。此时两
偏振光间产生的位相差为
σ =2πk l U 2/d 2
试由克尔效应表示式?n=n ∥-n ⊥=n e 五、改错题
1． 用方解石晶体(n o >n e )若有错误请另画出图予以改正。
2． 用方解石晶体(n o >n e )棱镜AB 六、问答题 第1题
1． 试写出马吕斯定律的数学表达式，并说明式中各符号代表什么。
2． 如图所示，三种透明介质Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的折射率分别为n 1、n 2、n 3它们之间的两个交界面互相
平行。一束自然光以起偏角i 0由介质Ⅰ射向介质Ⅱ，欲使在介质Ⅱ和介质Ⅲ的交界面上的反射光也是线偏振光，三个折射率n 1、n 2和n 3之间应满足什么关系？
3． 假设石英的主折射率n o 和n e 与波长无关。某块石英晶片对波长为7000?的光是四分之一波片。
当波长为3500?的线偏振光垂直入射到该晶片上、且其振动方向与晶片光轴成角450时，透射光的偏振状态是怎样的？
第6．2题
第5．2题
B C 3
n
一、选择题
1．（B）2．（C）3．（A）4．（E）5．（B）6．（B）7．（A）8．（D）9．（B）10．（D）
二、选择题
1．2I 2．I0/8 3．平行或接近
4．完全（线）偏振光、垂直于入射面、部分偏振光
5．π/2-arctg(n2/n1) 6．见图7．见图8．线9．8.6，91.7
10．图11．线，圆
13．光弹性（应力双折射）、电光（克尔及普克尔斯）
磁光（磁致双折射或科顿-莫顿磁光）
三、计算题
1．解：设I0为入射光强度；I为连续穿过两偏振片的光强。
（1）I=I0cos2α/2
显然，当α=0时，即两偏振化方向平行时，I最大。Imax=I0/2
由(I/2)/3= I0cos2α/2
得α=54.8°
（2）考虑对透射光的吸收和反射，则
(I/2)/3= I0(1-5﹪)cos2α/2 α=52.6°
2．解：以P1、P2、P3分别表示三个偏振片，I1为透过第一个偏振片P1的光强，且I1= I0/2.
设P2与P1的偏振化方向之间的夹角为θ，连续穿过P1、P2后的光强，且I2，I2= I1cos2θ = (I0cos2θ)/2
设连续穿过三个偏振片后的光强为I3，I3=I2 cos2(π/2-α)= (I0sin22θ)/8
显然，当2θ=90°，即θ=45°时，I3最大。
3．解：在本题情形，两条折射线都在入射面内，设θo、θe分别为方解石中o光和e光的折射角，根据折射定律sin50°=nosinθo
sin50°=nesinθe
sinθo=0.4620 sinθe=0.5155
θo=27.52°θe=31.03°
所以两条折射线间的夹角△θ=θe-θo=3.51°
4．解：（1）在此特殊情况下，o光与e光在晶体内的传播均服从通常的折射定律，对o光，
nosinr0=sini, 得r0=31.49°
对e光，nesinre=sini, 得re=35.65°
由图知a、b之间的垂直距离为0.105cm
（2）b为寻常光，其光矢量振动方向垂直于纸面，见图
5．解：（1）△L=(no-ne)d=8.6μm
（2）△Φ=(2π/λ) △L=91.7rad
6．解：（1）制作方解石晶片时，应使晶体光轴与晶片表面平行。
（2）d=λ/[4(no-ne)]=0.8565μm
7．解：插入方解石晶片后使I2变为零，此晶片是半波片。
(no-ne)d=λ/2 d=1.47×10-6m
8．解：设旋光晶片厚度为L，为使出射光强最大，应使钠黄光在通过水晶旋光晶体后，其振动面旋转90°，此时应满足△φ=αL=90°则L=4.14mm
9．解：根据题设π=(2πL/λ)(nR-nL) 则L=3.128×10-5m
四、证明题
1．证：设介质Ⅰ、Ⅱ的折射率分别为n1、n2，Ⅰ、Ⅱ交界面（图中的上界面）处折射角为r，它也等于Ⅱ、Ⅰ交界面（下界面）处的入射角。最后的折射角为i′。由折射定律，
n1sini=n2sinr=n1sini′所以i=i′
在上界面，布儒斯特定律，i+r=π/2
所以i′+r=π/2，这表明在下界面处也满足布儒斯特定律，所以在下表面处的反射光也是线偏振光。证毕。
2．证：线偏振光通过电场区，发生双折射现象，光矢量平行和垂直外加电场方向的两偏振光的光程差为△nL，其位相差δ为：δ=△nL(2π/λ)
将克尔效应表示式代入上式，得：δ=λκE2L(2π/λ)= 2πκL U2/d2 五、改错题
1．见图
2．见图
六、问答题
1．式中，I0为入射线偏振光（或完全偏振光）的强度。式中，I为（透过检偏器后）透过光的强度。α为入射线偏振光的光振动方向和检偏器偏振化方向（主截面）之间的夹角
2．答：由题意，(n2/n1)=tgi0.设第一界面上折射角为r，它也等于第二界面上的入射角。若要第二界面反射光是线偏振光，r应等于起偏角，即n3/n2=tgr. 因为i0是起偏角，∴ i0+r=90°. tgr= ctgi0.
由此得n2/n3= n2/n1
不论n2是多少，重要n1= n3就能满足要求。
3．答：此波片对波长为700nm的光四分之一波片，对350nm的光则是二分之一波片。入射的线偏振光通过该二分之一波片后，仍然是线偏振光。
但这个线偏振光的振动方向旋90°，因为2×4
第十四章 光的偏振和晶体光学 1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率 1.54n =，试计算（1）反射 光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解：光由玻璃到空气，354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=??? ? ??-====θθθn n n n o ①()()()() 06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+-- =θθθθθθθθp s r r 002 22 2 min max min max 8.93=+-=+-=p s p s r r r r I I I I P ②o B n n 3354.11tan tan 1121 =?? ? ??==--θ ③()() 4067.0sin 1sin ,0,57902120 21=+-- ===-==θθθθθθθθs p B B r r 时， 02 98364 .018364.011 ,8364.01=+-===-=P T r T p s s 注：若2 21 122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη=== )(cos ,212 2 22 2 0min 0max θθ-=+-= ==p s s p s p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上，试计算透射光的偏振度。 解：每片玻璃两次反射，故10片玻璃透射率( ) 20 22010.83640.028s s T r =-== 而1p T =，令m m I I in ax τ=，则m m m m I I 110.02689 0.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---= ===+++
2.12 有一薄透镜组，由焦距为－300mm 的负透镜和焦距为200mm 的正透镜组成，两透镜相距100mm ，置于空气中，求该透镜组的组合焦距和组合基点位置。 解：121212 300200 300200f f f f f mm d f f ''''-?'=- =-=-=?'-+ 焦点和主点位置：1(1)400F d l f mm f ''=- =' 2 (1)150F d l f mm f =+ =- 100H F l l f mm '''=-= 150H F l l f mm =-= 2.17 若有一透镜位于空气中，r 1= 100mm ，d= 8mm ，n = 1.5，若有一物体的物距l =－200mm ，经该透镜成像后的像距l ′= 50mm ，求第二面的曲率半径r 2。若物高y = 20mm ，求像高。 解：由成像公式 111 l l f -='' ，可得 40f mm '= 又()( )12 21(1)1nrr f n n r r n d '= --+-???? 故可得 225r mm =- 由于 l y l y β'' = =，所以5y mm '=- 3.2一眼睛，其远点距r = 2m ，近点距p =－2m 。问： （1）该眼镜有何缺陷？ （2）该眼睛的调节范围为多大？ （3）矫正眼镜的焦距为多大？ （4）配戴该眼镜后，远点距和近点距分别为多大？ 解：（1）远点r = 2m ，只有入射会聚光束，且光束的会聚点距离眼睛后2m 才能在视网膜上形成一个清晰的像点，故此眼睛为远视眼 （2）调节范围：11 1A R P D r p =-=-= （3）对远视眼应校正其近点，正常人眼明视距离L 0=—25cm ，远视眼近点为l p 。戴上眼镜后，将其近点移至L 0处 111 p n L l f -= ''
实验报告 姓名：班级：学号：实验成绩： 同组姓名：实验日期：2008-3-3 指导老师：助教10 批阅日期： 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=ɑ式中为进入检偏器前（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。
第十一章 光的干涉和干涉系统 1． 双缝间距为1mm,离观察屏1m,用钠光灯做光源，它发出两种波长的单色光 nm 0.5891=λ和nm 6.5892=λ，问两种单色光的第十级亮条纹之间的间距是多 少？ 解：由题知两种波长光的条纹间距分别为 9 6 113 158910 5891010 D e m d λ---??= = =? 9 6 223 1589.610 589.61010 D e m d λ---??= = =? ∴第十级亮纹间距()()6 5 211010589.6589100.610e e m -?=-=?-?=? 2． 在杨氏实验中，两小孔距离为1mm,观察屏离小孔的距离为50cm,当用一片折射率为 1.58的透明薄片贴住其中一个小孔时（见图11-17），发现屏上的条纹系统移动了 0.5场面，试决定试件厚度。 解：设厚度为h ，则前后光程差为()1n h ?=- ()1x d n h D ??∴-= 2 3 0.510 10 0.580.5 h --??= 2 1.7210h mm -=? 3． 一个长30mm 的充以空气的气室置于杨氏装置中的一个小孔前，在观察屏上观察到 稳定的干涉条纹系。继后抽去气室中的空气，注入某种气体，发现条纹系移动了25个条纹，已知照明光波波长nm 28.656=λ，空气折射率000276.10=n 。试求注入气室内气体的折射率。 解：设气体折射率为n ，则光程差改变()0n n h ?=- 图11-47 习题2 图
()02525x d d n n h e D D λ??∴-= =? = 9 025656.2810 1.000276 1.0008230.03 m n n h λ-??= += += 4． ** 垂直入射的平面波通过折射率为n 的玻璃板，投射光经投射会聚到焦点上。玻 璃板的厚度沿着C 点且垂直于图面（见图11-18）的直线发生光波波长量级的突变 d ，问d 为多少时，焦点光强是玻璃板无突变时光强的一半。 解：无突变时焦点光强为04I ，有突变时为02I ，设',.d D 2 00'4cos 2xd I I I D πλ== ()' 104xd m m D λ? ?∴?= =+≥ ?? ? 又()1n d ?=- 114d m n λ ? ?∴= + ?-?? 5． 若光波的波长为λ，波长宽度为λ?，相应的频率和频率宽度记为ν和ν?，证明 λ λ νν ?=?，对于nm 8.632=λ的氦氖激光，波长宽度nm 8 102-?=?λ，求频 率宽度和相干长度。 解：c λν= λ ν λ ν ??∴ = 对于632.8c nm λνλ =?= 8 9 8 4 18 21010 310 1.4981063 2.8632.810 c Hz λ λ ννλ λ λ ---??????∴?= ?= ? = =??? C 图11-18
第十三章光的偏振 一、选择题 13.1 一束非偏振光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个0 30角，则透过这组偏振片的光强与入射光强之比为[ ] (A) 0.41 : 1 (B) 0.32 : 1 (C) 0.21 : 1 (D) 0.14 : 1 13.2 在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角0 57 i入射到平玻璃板上。下列哪一种 = B 叙述是不正确的？[ ] π (A) 入射角的正切等于玻璃的折射率(B) 反射线和折射线的夹角为2/ (C) 折射光为部分偏振光(D) 反射光为平面偏振光 (E) 反射光的电矢量的振动面平行于入射面 13.3. 设自然光以入射角0 57投射于平板玻璃面后，反射光为线偏振光，试问该线偏振光的振动面和平板玻璃面的夹角等于多少度？[ ] (A) 0 (B) 33 (C) 57 (D) 69 (E) 90 13.4 一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃板则[ ] (A) 反射光束垂直偏振于入射面，而透射光束平行于入射面并为完全线偏光 (B) 反射光束平行偏振于入射面，而透射光束是部分偏振光 (C) 反射光束是垂直于入射面的线偏振光，而透射光束是部分偏振的 (D) 反射光束和透射光束都是部分偏振的 13.5 设光从平板玻璃表面以55°的反射角反射后完全偏振，偏振光振动平面与反射平面夹角为[ ] (A) 0° (B) 35° (C) 55° (D) 90° 13.6 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为[ ] (A) 1 / 2 (B) 1 / 3 (C) 1 / 4 (D) 1 / 5
大学物理波动光学题库及答案
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一、选择题：（每题3分） 1、在真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的透明介质中从A 沿某路径传播到B ，若A 、B 两点相位差为3π，则此路径AB 的光程为 (A) 1.5 λ． (B) 1.5 λ/ n ． (C) 1.5 n λ． (D) 3 λ． ［ ］ 2、在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气中和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等． (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等． (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等． (D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等． ［ ］ 3、如图，S 1、S 2是两个相干光源，它们到P 点的距离分别为r 1和r 2．路径S 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径S 2P 垂直穿过厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 (A) )()(111222t n r t n r +-+ (B) ])1([])1([211222t n r t n r -+--+ (C) )()(111222t n r t n r --- (D) 1122t n t n - ［ ］ 4、真空中波长为λ的单色光，在折射率为n 的均匀透明媒质中，从A 点沿某一路径传播到B 点，路径的长度为l ．A 、B 两点光振动相位差记为?φ，则 (A) l ＝3 λ / 2，?φ＝3π． (B) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3n π． (C) l ＝3 λ / (2n )，?φ＝3π． (D) l ＝3n λ / 2，?φ＝3n π． ［ ］ 5、如图所示，波长为λ的平行单色光垂直入射在折射率为n 2的薄膜上，经上下两个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e ，而且n 1＞n 2＞n 3，则两束反射光在相遇点的相位差为 (A) 4πn 2 e / λ． (B) 2πn 2 e / λ． (C) (4πn 2 e / λ) +π． (D) (2πn 2 e / λ) -π． ［ ］ 6、如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1＜n 2＜n 3．若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束①与②的光程差是 (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e －λ / 2 . (C) 2n 2 e －λ． (D) 2n 2 e －λ / (2n 2)． ［ ］ 7、如图所示，折射率为n 2、厚度为e 的透明介质薄膜的上方和下方的透明介质的折射率分别为n 1和n 3，已知n 1< n 2> n 3．若用波长为λ的单色平行光垂直入射到该薄膜上，则从薄膜上、下两表面反射的光束(用①与②示意)的光程差是 (A) 2n 2 e ． (B) 2n 2 e －λ / 2. (C) 2n 2 e －λ ． (D) 2n 2 e －λ / (2n 2)． P S 1 S 2 r 1 n 1 n 2 t 2 r 2 t 1 n 1 n 2 n 3 e λ n 2n 1n 3 e ①② n 2n 1n 3 e ①②
第一章 2、已知真空中的光速c ＝3*108m/s ，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的 光速。 解： 则当光在水中，n=1.333 时，v=2.25*108m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51 时，v=1.99*108m/s, 当光在火石玻璃中，n ＝1.65 时，v=1.82*108m/s ， 当光在加拿大树胶中，n=1.526 时，v=1.97*108m/s ， 当光在金刚石中，n=2.417 时，v=1.24*108m/s 。 3、一物体经针孔相机在屏上成一60mm 大小的像，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向 不变，令屏到针孔的初始距离为x ，则可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm 。 4、一厚度为200mm 的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm ， 所以纸片最小直径为358.77mm 。 8、.光纤芯的折射率为1n ，包层的折射率为2n ，光纤所在介质的折射率为0n ，求光纤的数值孔径（即10sin I n ，其中1I 为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n 0sinI 1=n 2sinI 2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：
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
第一章习题 1、已知真空中的光速c＝3 m/s，求光在水（n=1.333）、冕牌玻璃（n=1.51）、火石玻璃（n=1.65）、加拿大树胶（n=1.526）、金刚石（n=2.417）等介质中的光速。 解： 则当光在水中，n=1.333时，v=2.25 m/s, 当光在冕牌玻璃中，n=1.51时，v=1.99 m/s, 当光在火石玻璃中，n＝1.65时，v=1.82 m/s， 当光在加拿大树胶中，n=1.526时，v=1.97 m/s， 当光在金刚石中，n=2.417时，v=1.24 m/s。 2、一物体经针孔相机在屏上成一60mm大小的像，若将屏拉远50mm，则像的大小变为70mm,求屏到针孔的初始距离。 解：在同种均匀介质空间中光线直线传播，如果选定经过节点的光线则方向不变，令屏到针孔的初始距离为x，则 可以根据三角形相似得出： 所以x=300mm 即屏到针孔的初始距离为300mm。 3、一厚度为200mm的平行平板玻璃（设n=1.5），下面放一直径为1mm的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少？ 解：令纸片最小半径为x, 则根据全反射原理，光束由玻璃射向空气中时满足入射角度大于或等于全反射临界角时均会发生全反射，而这里正是由于这个原因导致在玻璃板上方看不到金属片。而全反射临界角求取方法为： (1) 其中n2=1, n1=1.5, 同时根据几何关系，利用平板厚度和纸片以及金属片的半径得到全反射临界角的计算方法为： (2) 联立（1）式和（2）式可以求出纸片最小直径x=179.385mm，所以纸片最小直径为358.77mm。 4、光纤芯的折射率为n1、包层的折射率为n2,光纤所在介质的折射率为n0，求光纤的数值孔径（即n0sinI1,其中I1为光在光纤内能以全反射方式传播时在入射端面的最大入射角）。 解：位于光纤入射端面，满足由空气入射到光纤芯中，应用折射定律则有： n0sinI1=n2sinI2 (1) 而当光束由光纤芯入射到包层的时候满足全反射，使得光束可以在光纤内传播，则有：
1．在单缝衍射中，设缝宽为a ，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e 暗=f a λ ' ，条纹间 距同时可称为线宽度。 3．光线通过平行平板折射后出射光线方向__不变_ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d ，折射率为n ，则在近轴入射时，轴向位移量为1 (1)d n - 。 4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 菲涅耳衍射，另一类为 夫琅禾费衍射 。 5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生双折射。n e 偏 振 光 学 实验报告 力9 夏晶2009011636 偏振光学实验 实验目的 1． 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法； 2． 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法 实验原理 1．光波偏振态的描述 一个单色偏振光可以分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即 12 cos cos()x E a t E a t ωωδ=?? =+? ① 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，12a a 、分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。 对于单色光，参数12a a 、、ω就完全确定了光波的偏振状态。以下讨论中取 120a a δπ≤ 、，02。 当0,δπ=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角 1 2 arctan( cos )a a αδ=称为线偏振光的方位角（如图1所示） 。 当/2,/2δππ=-且12a a =时，式（1）描述的是一个圆偏振光，其特点是电矢量以角速度ω旋转，电矢量的端点的轨迹为一圆。δ的正负决定了电矢量的旋向，/2δπ=时为右旋偏振光，/2δπ=-时为左旋偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。 除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光。（如图3） 偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。 2．偏振片 偏振片主要有主透射率和消光比两个主要性能指标。记沿透射轴方向振动的光波的光强 透射率和沿消光轴方向振动的光波的光强透射率分别为1,2T T ，二者之比为消光比e 。 21/e T T = ② 振动方向和透射轴方向成θ角的线偏振光经过偏振片后透射率为 2122()cos T T T T θθ=-+ ③（即马吕斯定律） 实验中利用两个主透射率相同的偏振片来测量消光比e 。 min 12222 max 1222()/21I T TT e e I T T T e ⊥===≈++ 实验中所用偏振片的消光比e 在4 51010-- 量级。因此光波通过偏振片后仍可近似看成 是偏振光。通常把产生线偏振光的偏振片叫起偏器，用以分析光的偏振器叫检偏器。当检偏 器和起偏器透射轴平行时，透射光强最大。二者垂直时，会产生消光现象。用这种方法就可以进行线偏振光的检测。 在本实验中用检偏器和光强探测器来分析。用光强探测器示值可确定出椭圆长轴方位角 ψ和光强的极值比22min max //b a I I =。 3. 延迟器和波片 常用的延迟器是由双折射材料制成的光学元件。他有两个互相垂直的特定方向，快轴和慢轴。光线传播时，沿两个轴的偏振分量有不同的传播速度，既有不同的折射率。这样，慢轴分量相对于快轴分量将会产生位相延迟r δ。设位相延迟器厚度为d ，快，慢轴方向振动的线偏振光折射率分别为,f s n n ，则 002()/()/r s f s f n n d n n d c δπλω=-=- 式中0λ和0c 分别为真空中的光速和波长，ω为光波源频率。 线偏振光经过相延后偏振态发生变化。 12cos cos S f E a t E a t ωω=???? =??12'cos ' 'cos(')S f r E a t E a t ωωδ=??? =+?? 波片是一种特殊的位相延迟器。实验中需要注意的是，沿快轴或慢轴入射的线偏振光通 过波片后其偏振状态不变。椭圆偏振光经过延迟器后的偏振状态分析可分如下步骤：①先将入射光表示成分沿快满轴方向振动的两分量，其相差为i δ，振幅为2a 和1a ；②投射光的位相差为t i r δδδ=+③由t δ，2a ，1a 就可以定出投射光的偏振状态。 如果t δ为π的整数倍，入射的椭圆偏振光就变成了线偏振光。圆偏振光经过1/4波片，或入射椭圆偏振光的长（短）轴平行于1/4波片的快（慢）轴，透射光线都是偏振光，这两种现象在偏振光学实验中很有用。 0448在折射率n = 1.50的玻璃上，镀上n = 1.35的透明介质薄膜.入射光波垂直于介 质膜表面照射，观察反射光的干涉，发现对 匸600 nm 的光波干涉相消，对2= 700 nm 的光波干涉相长.且在600 nm 到700 nm 之间没有别的波长是最大限度相消或相长的 情形?求所镀介质膜的厚度.(1 nm = 10-9 m) 解：设介质薄膜的厚度为e ,上、下表面反射均为由光疏介质到光密介质，故不计附 将k 、 2、n 代入②式得 k A e 2 = 7.78X 10-4 mm 2n 3181白色平行光垂直入射到间距为 a = 0.25 mm 的双缝上，距D =50 cm 处放置屏幕， 分别求第一级和第五级明纹彩色带的宽度. (设白光的波长范围是从 400nm 到 760nm ?这里说的“彩色带宽度” 指两个极端波长的同级明纹中心之间的距离.)(1 -9 nm=10 m) 解：由公式x = kD / a 可知波长范围为 时，明纹彩色宽度为 x k = kD / a 2 分 由k = 1可得，第一级明纹彩色带宽度为 X 1= 500X (760— 400)X 10-6 / 0.25= 0.72 mm 2 分 k = 5可得，第五级明纹彩色带的宽度为 X 5 = 5 ? X 1 = 3.6 mm 1 分 3348折射率为1.60的两块标准平面玻璃板之间形成一个劈形膜(劈尖角 很小)?用波 长=600 nm (1 nm =109 m)的单色光垂直入射，产生等厚干涉条纹?假如在劈形膜内 充满n =1.40的液体时的相邻明纹间距比劈形膜内是空气时的间距缩小 1 = 0.5 mm ， 那么劈尖角应是多少？ 解：空气劈形膜时，间距 h 2n sin 2 液体劈形膜时，间距 J 4分 2si n 2n l l 1 l 2 1 1/ n / 2 =(1 -1 / n ) / ( 2 l ) = 1.7X 10-4 rad 4分 加程差。当光垂直入射i- 0时，依公式有: 对 1: 2n e 1 -2k 1 1 ① 2 按题意还应有： 对 2: 2n e k 2 ② 由①②解得： k ——— 3 2 2 1 n =1.35 v n = 1.50 大学物理实验报告系列之 偏振光的分析 Last revision on 21 December 2020 【实验名称】偏振光的分析【实验目的】 1．观察光的偏振现象，巩固理论知识，加深对光的偏振现象的认识。 2．学习直线偏振光的产生与检验方法，了解圆偏振光和正椭圆偏振光的产生和定性检验方法。 【实验仪器】 He-Ne激光器、光具座、偏振片（两块）、的1/4波片（两块）、玻璃平板及刻度盘、白屏等。 【实验原理】 1．光的偏振状态 偏振是指振动方向相对于波的传播方向的一种空间取向作用。它是横波的重要特性。光在传播过程中，若电矢量的振动只局限在某一确定平面内，这种光称为直线偏振光，又叫平面偏振光（因其电矢量的振动在同一平面内）；若光波电矢量的振动随时间作有规律的改变，即电矢量的末端在垂直于光传播方向的平面上的轨迹是圆或椭圆，这样的光称为圆偏振光和椭圆偏振光；若光波电矢量的振动只在某一确定的方向上占优势，而在和它正交的方向上最弱，各方向的振动无固定的位相关系，这种光称为部分偏振光。 2.直线光，圆偏光，椭圆偏振光的产生。直线偏振光垂直通过波片的偏振状态 3.鉴别各种偏振光的方法和步骤 【实验内容】 1．测定玻璃对激光波长的折射率 2．产生并检验圆偏振光 3．产生并检验椭圆偏振光 【数据表格与数据记录】 波长为时玻璃对于空气的相对折射率为。 现象：两次最亮，两次消光。结论：圆偏振光 如果使检偏器的透振方向与暗方向平行， 1/4波片与检偏器透振方向垂直或平行。 现象：两次亮光，两次消光 结论：椭圆偏振光 现象：两最亮，两次消光 结论：线偏振光 【小结与讨论】 1. 实验测的了时玻璃对空气的折射率 为。 2. 单色自然光经过起偏器和检偏器，旋 转检偏器一周，发现光电流相应出现两次消光现象，是分析其原因。 工程光学习题解答(第1章) (1) (2) m/s (3) 光在冕牌玻璃中的速度：v=3×108/1.51=1.99×108 m/s (4) 光在火石玻璃中的速度：v=3×108/1.65=1.82×108 m/s (5) 光在加拿大树胶中的速度：v=3×108/1.526=1.97×108 m/s (6) 光在金刚石中的速度：v=3×108/2.417=1.24×108 m/s ＊背景资料：最初用于制造镜头的玻璃，就是普通窗户玻璃或酒瓶上的疙瘩，形状类似“冠”，皇冠玻璃或冕牌玻璃的名称由此而来。那时候的玻璃极不均匀，多泡沫。除了冕牌玻璃外还有另一种含铅量较多的燧石玻璃（也称火石玻璃）。 3．一物体经针孔相机在屏上成像的大小为60mm ，若将屏拉远50mm ，则像的大小变为70mm ，求屏到针孔的初始距离。 解： 706050=+l l ? l =300mm 6 57l 4．一厚度为200mm 的平行平板玻璃(设n=1.5)，下面放一直径为1mm 的金属片。若在玻璃板上盖一圆形纸片，要求在玻璃板上方任何方向上都看不到该金属片，问纸片最小直径应为多少? 解：本题是关于全反射条件的问题。若要在玻璃板上方看不到金属片，则纸片最小尺寸应能够挡住金属片边缘光线达到全反射的位置。 (1) 求α角：nsin α=n ’sin90 ? 1.5sin α=1 α=41.81? (2) 求厚度为h 、α=41.81?所对应的宽度l ： l =htg α=200×tg41.81?=179mm (3) 纸片最小直径：d min =d 金属片＋2l=1+179×2=359mm 5．试分析当光从光疏介质进入光密介质时，发生全反射的可能性。 6．证明光线通过平行玻璃平板时，出射光线与入射光线平行。 7．如图1-15所示，光线入射到一楔形光学元件上。已知楔角为α，折射率为n ，求光线经过该楔形光学元件后的偏角δ。 α 90h 光学试题库 光源、光的相干性 1. 选择题 来自不同光源的两束白光，例如两束手电筒光照射在同一区域内，是不能产生干涉图样的，这是由于 （A）白光是由不同波长的光构成的（B）两光源发出不同强度的光 （C）两个光源是独立的，不是相干光源（D）不同波长的光速是不同的 [ ] 答案：（C） 有三种装置 (1)完全相同的两盏钠光灯, 发出相同波长的光，照射到屏上； (2)同一盏钠光灯，用黑纸盖住其中部将钠光灯分成上下两部分同时照射到屏上； (3)用一盏钠光灯照亮一狭缝，此亮缝再照亮与它平行间距很小的两条狭缝，此二亮缝的光照射到屏上； 以上三种装置,能在屏上形成稳定干涉花样的是： (A) 装置(3) (B) 装置(2) (C) 装置(1)(3) (D) 装置(2)(3) [ ] 答案：（A） 对于普通光源，下列说法正确的是： （A）普通光源同一点发出的光是相干光（B）两个独立的普通光源发出的光是相干光（C）利用普通光源可以获得相干光（D）普通光源发出的光频率相等 [ ] 答案：（C） 在双缝干涉实验中，用单色自然光在屏上形成干涉条纹。若在两缝后放一个偏振片，则（A）干涉条纹间距不变，且明纹亮度加强(B）干涉条纹间距不变，但明纹亮度减弱（C）干涉条纹的间距变窄，且明纹的亮度减弱（D）无干涉条纹 [ ] 答案：（B） 杨氏双缝干涉实验是： (A) 分波阵面法双光束干涉(B) 分振幅法双光束干涉 (C) 分波阵面法多光束干涉(D) 分振幅法多光束干涉 [ ] 答案：（A） 光程、光程差的概念 1. 选择题 在相同的时间内，一束波长为λ的单色光在空气中和在玻璃中 (A) 传播的路程相等，走过的光程相等 (B) 传播的路程相等，走过的光程不相等 (C) 传播的路程不相等，走过的光程相等 (D) 传播的路程不相等，走过的光程不相等 [ ] 答案：（C ） 光在真空中和介质中传播时，正确的描述是: （A ）波长不变，介质中的波速减小 (B) 介质中的波长变短，波速不变 (C) 频率不变，介质中的波速减小 (D) 介质中的频率减小，波速不变 [ ] 答案：（C ） 如图所示,两光源s 1、s 2发出波长为λ的单色光，分别通过两种介 质(折射率分别为n 1和n 2，且n 1>n 2)射到介质的分界面上的P 点，己知s 1P = s 2P = r ，则这两条光的几何路程?r ，光程差δ 和相位差??分别为： (A) ? r = 0 , δ = 0 , ?? = 0 (B) ? r = (n 1－n 2) r , δ =( n 1－n 2) r , ?? =2π (n 1－n 2) r /λ (C) ? r = 0 , δ =( n 1－n 2) r , ?? =2π (n 1－n 2) r /λ (D) ? r = 0 , δ =( n 1－n 2) r , ?? =2π (n 1－n 2) r [ ] 答案：（C ） 如图所示，s 1、s 2为两个光源，它们到P 点的距离分别为r 1和 r 2，路径s 1P 垂直穿过一块厚度为t 1，折射率为n 1的介质板，路径s 2P 垂直穿过厚度为t 2，折射率为n 2的另一介质板，其余部分可看作真空，这两条路径的光程差等于 (A) (r 2 + n 2 t 2)－(r 1 + n 1 t 1) (B) [r 2 + ( n 2－1) t 2]－[r 1 + (n 1－1)t 1] (C) (r 2 －n 2 t 2)－(r 1 －n 1 t 1) (D) n 2 t 2－n 1 t 1 [ ] 答案：（B ） s 1 s 2 偏振光学实验完整实验报告 工物53 李哲 2015011783 16号 1.实验目的： （1）理解偏振光的基本概念，在概念以及原理上了解线偏振光，圆偏振光以及椭圆偏振光，并了解偏振光的起偏与检偏方法。以及线偏振光具有的一些性质。 （2）学习偏振片与玻片的工作原理。 2.实验原理： （1）光波偏振态的描述： · 单色偏振光可以分解成两个偏振方向垂直的线偏振光的叠加： t a E X ωcos 1=与()δω+=t a E Y cos 1（其中δ是两个偏振方向分量的相位延迟，21,a a 为两个光的振幅），由其中的δ,,21a a 就可以确定这个线偏振光的性质。 πδ=或0=δ就为线偏振光，2 ,21π δ==a a 为圆偏振光（就是光矢量的顶点绕 其中点做圆周运动，依然是偏振光），而一般情况下是椭圆偏振光。 · 上述式子通常描述的是椭圆偏振光，而本实验通过测量椭圆的长轴方位角ψ以及椭圆的短半轴与长半轴的比值对于椭圆偏振光进行描述。其计算式是： ()δβcos 2tan arctan 2 1 ?=ψ () 12sin sin 112222-?-+=βδa b 而对于实验中的椭圆偏振光而言，其光强在短轴对应的方向最小，在长轴的对应方向最大，所以可以通过使这个椭圆偏振光通过一个偏振片，并调整偏振片的透射轴方位，测量其最大最小值，就可以知道其长轴短轴的比值。又由于光强与振幅的平方成正比，所以测得的光强的比值是长轴短轴之比的平方。 （2）偏振片： · 理想偏振片：只有电矢量振动方向与透射轴平行方向的光波分量才能通过偏振片。 · 实验中的偏振片不是理想化的，并不能达到上述的效果，当入射光波的振动方向与透射轴平行时，其透射率不能达到1，当垂直于透射轴时，其透射率不是0。所以对于偏振片有主透射率以及消光比两个量进行描述。 · 主透射率21T T ，指沿透射轴或消光轴方向振动光的光强透射率。两者的比值 大学物理题库-光学 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 2 一、选择题（每小题3分） 1. 如图所示，波长为的平行单色光垂直入射在折射率为n 2的薄膜上，经上下两 个表面反射的两束光发生干涉．若薄膜厚度为e ，而且n 1 实验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，其振动在入射面内。 图3-26 自然光 光学试题库计算题 12401已知折射光线和反射光线成900角如果空气中的入射角为600求光在该介质中的速度。14402在水塘下深h处有一捕鱼灯泡如果水面是平静的水的折射率为n则从水面上能够看到的 圆形亮斑的半径为多少14403把一个点光源放在湖水面上h处试求直接从水面逸出的光能的百分比 忽略水和吸收和表面透镜损失。 23401平行平面玻璃板的折射率为厚度为板的下方有一物点P P到板的下表面的距离为,观察者透过玻璃板在P的正上方看到P的像求像的位置。 23402一平面平行玻璃板的折射率为n厚度为d点光源Q发出的近于正入射的的光束在上表面反射成像于'光线穿过上表面后在下表面反射再从上表面出射的光线成像于'。求'和'间的距离。 23403来自一透镜的光线正朝着P点会聚如图 所示要在P '点成像必须如图插入折射率n=的玻璃片. 求玻璃片的厚度.已知=2mm . 23404容器内有两种液体深度分别为和折射率分别为和液面外空 气的折射率为试计算容器底到液面的像似深度。 23405一层水n=浮在一层乙醇n=之上水层厚度3cm乙醇厚5cm从正方向看水槽的底好象在水面下多远 24401玻璃棱镜的折射率n=如果光线在一工作面垂直入射若要求棱镜的另一侧无光线折射时所需棱镜的最小顶角为多大24402一个顶角为300的三棱镜光线垂直于顶角的一个边入射而从顶角的另一边出射其方向偏转300 求其三棱镜的折射率。 24404有一玻璃三棱镜顶角为折射率为n欲使一条光线由棱镜的一个面进入而沿另一个界面射出此光线的入射角最小为多少24405玻璃棱镜的折射棱角A为60对某一波长的光的折射率为现将该棱镜浸入到折射率为4/3的水中试问当平行光束通过棱镜时其最小偏向角是多少偏振光学实验-
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