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光的偏振

偏振片的起偏

入射电磁波

非偏振光

··偏振化方向:

允许通过的光振动方向。

利用晶体的二向色性(对某一方向的光振动有强烈吸收)起碘奎宁的针状粉末定向排在透明的基片上

偏振片的起偏

?

α

α

,I

2 cos =I=

?马吕斯定律当:

当:

)照相机的滤光……(立体电影:

?可在镜头前加透偏振方向为平行于反射面的偏振片,过滤掉部分反射偏振光。

未装偏振片加装偏振片

偏振光的观察与研究

实验报告 PB09214023葛志浩 PB09214047卢焘 2011-11-22 得分: 实验题目:偏振光的观察与研究 实验目的:1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的分类以及产生和检验方法,掌握马吕斯定律。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光和圆偏振光。 实验仪器:激光器,起偏器,检偏器,硅光电池,1/4波片,光电流放大器,分束板。 实验原理: 一,偏振光的基本概念和分类 光的偏振是指光的振动方向不变,或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。光有五种偏振态:自然光(非偏振光),线偏振光,部分偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光 二,产生偏振光的方法: 1,利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。 反射光中的垂直于入射面的光振动(称s 分量)多于平行于入射面的光振动(称p 分量);而透射光则正好相反。在改变入射角的时候,出现了一个特殊的现象,即入射角为一特定值(称为布雷斯特角)时,反射光成为完全线偏振光(s 分量)。折射光为部分偏振光,而且此时的反射光线和折射光线垂直,这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一。通过测量介质的布雷斯特角可以得到介质的折射率。 1 2 n n tg =α )1( 2,利用光学棱镜,如尼科尔棱镜,格兰棱镜等。 3,利用偏振片。 三,改变光的偏振态的元件——波晶片。 平面偏振光垂直入射晶片,如果光轴平行于晶片表面,会产生比较特殊的双折射现象,这时非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的,但速度不同,因而从晶片出射时会产生相位差。 线偏振光垂直入射1/4波片,其振动方向与波片光轴成角θ,则出射光的偏振态与θ的关系如下: 1,2 0π θ或=时,出射光为线偏振光; 2,4 π θ= 时,出射光为圆偏振光; 3,θ为其它值时,出射光为椭圆偏振光。 利用偏振片可以由自然光得到线偏振光,利用1/4波

光的偏振

第五章光的偏振 (Polarization of light) ●学习目的 通过本章的学习使得学生了解光通过各向异性介质时所产生的偏振现象,初步掌握自然光、线偏振光、椭圆偏振光的检测方法。 ●内容提要 1、阐明惠更斯作图法,说明光在晶体中的传播规律; 2、介绍布儒斯特定律和马吕斯定律; 3、阐明自然光、线偏振光、椭圆偏振光的概念和检测方法; 4、介绍1/4波片的功用; 5、讨论光在各向异性介质中的传播情况。 ●重点 1、偏振光的检测方法; 2、光在晶体中的传播行为。 ●难点 1、偏振光的检测方法; 2、各向异性介质光的传播行为。 ●计划学时 计划授课时间10学时 ●教学方式及教学手段 课堂集中式授课,采用多媒体教学。 ●参考书目 1、《光学》第二版章志鸣等编著,高等教育出版社,第七章 2、《光学。近代物理》陈熙谋编著,北京大学出版社,第四章

第一节 自然光与偏振光 一、光的偏振性 1、纵波:波的振动方向和波的传播方向相同的波称为纵波。 2、横波:波的振动方向和波的传播方向相互垂直的波称为纵波。 3、偏振:波的振动方向相对于传播方向的不对称性称为偏振。只有横波才有偏振现象。 4、振动面:电矢量和光的传播方向所构成的平面称为偏振光的振动面。 二、自然光和偏振光(natural light ) 1、偏振光的种类 ● 平面偏振光:光在传播过程中电矢量的振动只限于某一平面内,则这种光称为平面偏振光。 ● 线偏振光:(linearly polarized light )光在传播过程中电矢量在传播方向垂直的平面上的投影为一条直线,则这种光称为线偏振光。 线偏振光的表示法: ● 部分偏振光(partially polarized light )彼此无固定相位关系、振动方向任 意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合称部分偏振光。 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直、不等幅、不相干的线偏振光。 ▲部分偏振光的表示: 迎着光的传播方向看 · · · · · 光振动垂直板面 光振动平行板面

光的偏振性和溶液旋光性

2 光的偏振性和溶液旋光性 一 注意事项 1. 激光功率密度较大,严禁激光束射入眼睛; 2. 本告示牌供实验者阅读,所以不要在上面写字,更不能带出实验室。 3. 本实验样品管属玻璃制品,使用时应轻拿轻放,用后切记放在盘中。 4. 实验时,先将光功率计的量程置于2mw 档,以后根据需要可以把量程减小到200μw 档。 5. 光功率计2mw 档和200μw 档的调零不一致,请思考哪部分测量必须调零,在哪一档调零? 6. 测量时应注意使激光束入射至探测器的中间部分。 7. 黑纸筒可套在光功率计上遮挡杂散光,实验过程中要注意上述第5点的检查。 二 实验中常见问题及处理 1. 实验所用半导体激光器发出的是偏振光,实验时务必调整起偏器至光强最大位置,注意 此时光功率计置于2mw 档。 2. 由于使透过检偏器的光强最弱的位置(消光位置)比光强最强的位置更容易确定,因此 建议:在验证马吕斯定律时,检偏器转动角度测量以消光位置为参考点,但在数据处理时,要注意换算。 3. 测量各个角度时,先记录实际读数,再换算成偏转角度。 4. 注意各个光学元件同轴等高的调节。 5. 每次测量旋光度之前,莫忘先在放置纯水的情况下观察光强最小位置,然后放置被测溶 液,光功率计调至200μw 档级。(这里必须对光功率计调零吗?) 6. 调换样品管时,要保证样品管的位置不变,样品管位置的变动对测量结果影响较大。(观 察前后、左右) 7. 测量旋光度时,要记录检偏器初、末两个值。当光强接近最小值时,一定要缓慢旋转检 偏器,测量时,要在同一个方向旋转测角器。 8. 角度尺按1/5估读。不确定度限值取0.5度。 9. 游标卡尺, 主尺分度:1mm, 精度:0.02mm a =0.02mm 三 葡萄糖溶液的配制 (采用市售口服葡萄糖粉) (1)用电子分析天平(分辨率为0.1mg )称量烧杯和葡萄糖的质量。 烧杯质量=87.1687g ;(葡萄糖+烧杯)的总质量=135.1695g ; 葡萄糖质量=135.1695-87.1687g=48.0008g 。 (2)在盛有48.0008g 葡萄糖粉的烧杯中加入纯水约160ml ,经充分溶解后(溶解过程尚需搅拌),注意不能将溶液溅出,倒入量筒,适当补充纯水后,得200.0ml 葡萄糖溶液。 则葡萄糖溶液的浓度: 30.2400.00 .2000008.48C -==cm g 注意:本实验 C 0=0.300g ·cm -3 (3)不同浓度葡萄糖溶液的配置:将配置好的浓度为C 0的试样倒入量筒(取50.0 ml ), 然后取50.0ml 的纯水倒入其中,用搅拌棒搅拌溶液,使其充分混合,便得到C 0/2浓度的葡萄糖溶液。把纯水和浓度为C 0的溶液按一定的容积比例混合,即可得到不同浓度的葡萄糖溶液。(本实验中所用葡萄糖溶液的浓度为C 0/6、2C 0/6,3C 0/6,4C 0/6,5C 0/6,C 0;用最小二乘法处理数据时,假定这些溶度的不确定度都小到可以忽略。) 参考表格

光无源器件——偏振分光棱镜的设计

光无源器件——偏振分光棱镜的设计

Harbin Institute of Technology 设计报告 课程名称:光纤技术与应用 设计题目:偏振分光棱镜 院系:航天学院 班级: 0921103 姓名:董涛 学号: 1092110319 指导教师:张爱红 设计时间: 2012 年 04 月 哈尔滨工业大学

偏振分光棱镜的设计 设计目的 光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分,也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。常见的光无源器件有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关、环形器、隔离器、衰减器等。 目前,光无源器件正朝着高性能、高集成、低损耗的方向发展,由一个双光纤头配合一个自聚焦透镜构成的双光纤准直器来替代两个单光纤准直器,大大缩小了器件的尺寸,在解波分复用器中已得到广泛应用,而且三端口或三端口以上的光无源器件也越来越多地采用这种结构。但是,由于共用一个自聚焦透镜,通过双光纤准直器出射的两条光束并不严格平行,往往需要用棱镜或棱镜组通过特定的耦合角度与其匹配。常用的棱镜组有屋脊棱镜和渥拉斯顿棱镜。另外在许多偏振无关的光无源器件中,往往需要将输入光束中正交的偏振态分光、处理,然后再合光,因此偏振光合束器有着重要作用。 本文设计一种新型偏振分光棱镜组,在实现双光纤准直器角度匹配的同时,实现合光功能。其结构简单,加工、检测方便,可以将这种结构应用于光环行器和偏振光合束器中。 设计原理 既然是一种棱镜光学元件,其工作原理遵守光学的基本规律、几何光学理论和物理光学理论,各项技术指标、计算公式和测试方法对其都适用。 在设计之前,需要计算双光纤准直器的角度匹配。其光路图(图1):

光的偏振特性研究

光的偏振特性研究 光是一种电磁波。干涉和衍射现象揭示了光的波动性,而光的偏振现象证实了光的横波性。本实验主要研究光的一些基本的偏振特性,深入学习光的偏振理论。 一、实验目的 (1)观察光的偏振现象,加深对偏振光的基本概念的理解。 (2)了解偏振光的产生和检验方法。 (3)观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 (4)观测椭圆偏振光和圆偏振光。 二、实验仪器 光具座,激光器,偏振片,1/4波片,光屏,光电转换装置,观测布儒斯特角装置。 三、实验原理 光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直于其传播方向的平面内,取所有可能的方向,某一方向振动占优势的光叫部分偏振光,只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光(如自然光)变成线偏振光的方法称为起偏,用以起偏的装置或元件叫起偏器。 1.偏振光的产生 偏振光的产生有以下几种方式: (1)由非金属镜面的反射。当自然光由空气照射在非金属镜面上时,反射光和透射光都将成为部分偏振光,当入射角增大到某一特定值是,反射光成为完全偏振光,只剩下垂直于入射面分量,此时的入射角φ称布儒斯特角,介质的折射率n=tan φ。 (2)由玻璃堆折射。当自然光以布鲁斯特角入射到迭在一起的多层玻璃上时,经过多次反射后,透射的光就近似为线偏振光; (3)用偏振片可得到一定程度的线偏振光; (4)利用双折射晶体产生的寻常光和非常光,均为线偏振光。 2.偏振片 偏振片一般用具有网状分子结构的高分子化合物—聚乙烯醇薄膜作为片基,将这种薄膜浸染具有强烈二向色性的碘,经过硼酸水溶液的还原稳定后,再将其单向拉伸4~5倍以上而制成。偏振片既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 设两偏振片透射方向夹角为θ,自然光通过起偏器后变成光强为I 0的线偏振光,再经过检偏器后,透射光的强度变为 θ20cos I I = (1) 上式即为马吕斯定律。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,则极小值不为0。若光强完全不变化,则入射光是自然光或圆偏振光。这样,根据透射光强度变化的情况,可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。 nemo xatu 2011.11.21

光的偏振(有答案)

光的偏振 一、光的偏振的相关知识 (1)自然光:太阳、电灯等普通光源发出的光,包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光,而且沿各个方向振动的光波的强度都相同,这种光叫做自然光. (2)偏振:光波只沿某一特定的方向振动,称为光的偏振 (3)偏振光:在垂直于传播方向的平面上,只沿某个特定方向振动的光,叫做偏振光.光的偏振证明光是横波.自然光通过偏振片后,就得到了偏振光. 二、光的偏振的理解 1、偏振光的产生方式 (1)自然光通过起偏器:通过两个共轴的偏振片观察自然光,第一个偏振片的作用是把 自然光变成偏振光,叫起偏器.第二个偏振片的作用是检验光是否为偏振光,叫检偏器. (2)自然光射到两种介质的交界面上,如果光入射的方向合适,使反射光和折射光之间 的夹角恰好是90°时,反射光和折射光都是偏振光,且偏振方向相互垂直. 特别提醒不能认为偏振片就是刻有狭缝的薄片,偏振片并非刻有狭缝,而是具有一种特征,即存在一个偏振方向,只让平行于该方向振动的光通过,其他振动方向的光被吸收了. 2、偏振光的理论意义及应用 (1)理论意义:光的干涉和衍射现象充分说明了光是波,但不能确定光波是横波还是纵 波.光的偏振现象说明了光波是横波. (2)应用:照相机镜头、立体电影、消除车灯眩光等. 三、相关练习 1、如图所示,偏振片P的透振方向(用带有箭头的实线表示)为竖直方向.下列四种入射光束中,能在P的另一侧观察到透射光的是() A.太阳光 B.沿竖直方向振动的光 C.沿水平方向振动的光 D.沿与竖直方向成45°角振动的光 答案ABD 解析偏振片只让沿某一方向振动的光通过,当偏振片的透振方向与光的振动方向不同时,透射光的强度不同,它们平行时最强,而垂直时最弱.太阳光是自然光,光波可沿任何方向振动,所以在P的另一侧能观察到透射光;沿竖直方向振动的光,振动方向与偏振片的透振方向相同,当然可以看到透射光;沿水平方向振动的光,其振动方向与透振方向垂直,所以看不到透射光;沿与竖直方向成45°角振动的光,其振动方向与透

偏振分光棱镜

偏振分光棱镜 Company Document number:WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

偏振分光棱镜 偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过,而S偏光以45度角被反射,出射方向与P光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成,其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜偏振分光棱镜(PBS)是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同,由它分出的两束光之间有特殊的关系,即:它们都是线偏振光,且偏振方向互相垂直。如下图所示。 偏振分光棱镜 提问: Q1:一束自然光入射到PBS上,请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么Q2:如果一束正交线偏振(P,S)光入射,请问透射光和反射光的状态 这里面涉及了几个物理光学概念,容易使人混淆(至少我是混淆了好几年),今天好好梳理一下:(1)偏振,(2)双折射,(3)晶体 (1)偏振 polarization 偏振是光的一种固有属性,偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质,除了频率/波长,振幅/强度,传播方向之外,还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】,是指这光的电矢量(E)的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为:线偏振,椭圆偏振(特殊情况下是圆偏振)。例如,对于线偏振光,它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】,如自然光,它们的电矢量的振动是杂乱无章的,既不朝着某些相同的方向,振动时又不具有固定的时间对应关系(没有固定相位),因此,它们的振动是随机的,没有固定规律的。在【偏振光】的概念里,为了描述振动方向的

光偏振及其应用论文

光偏振及其应用 班级:116041A 姓名:孙思颖 摘要: 本文先全面地介绍了偏振光的定义和分类,其中包括线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光,然后阐释了偏振光的产生方法,给出马吕斯定律,详细地介绍了波光片的结构,以及怎样形成偏振光。 然后,通过四个实验(分别为求得系统偏振率,验证马吕斯定理,测量晶体旋光度,观察椭圆偏振光和圆偏振光)的分析,得到相应的结论,并同时进行了相应的误差分析。 最后,在所做实验基础上进行思考与拓展,并给出创新见解及方法。 Abstract: This paper first introduced the definition and classification of polarized light, including linear polarized light, elliptically and circularly polarized light, and then explains the method to produce polarized light, Ma Lu's law, introduces in detail the structure light sheet, and how the formation of polarized light. Then, through four experiments (respectively to obtain polarization rate, verify the Marius theorem, measurement of crystal rotation, observe the elliptically and circularly polarized light) analysis, obtains the corresponding conclusion, and also analyzes the error. Finally, in the experimental basis of thinking and development, and gives the ideas and methods. 关键词:光波(light wave)、偏振光(Polarizaed Light)、光矢量(The light vector)、自然光(Natural light)、部分偏振光(Partially polarized light)、线偏振光(Linearly polarized light)、椭圆偏振光(Elliptically polarized light)、圆偏振光(Circularly polarized light)、偏振角(Angle of polarization)、寻常光(ordinary light)、非寻常光(extraordinary light)、起偏器(Polarizer)、旋光性(optical activity)。 【理论分析】 1偏振光的基本定义 光波(Figure 1)是电磁波,是 一种横波,垂直于传播方向的振动矢 量有电矢量和磁矢量。由于在光和物 质的相互作用过程中主要是光波中 的电矢量起作用,所以在研究时,通 常以电矢量E作为光波中振动矢量 的代表,叫光矢量。 Figure 1光波示意图 偏振(polarization)指的是波

光的偏振特性研究

实验7 光的偏振特性研究 光的干涉衍射现象揭示了光的波动性,但是还不能说明光波是纵波还是横波。而光的偏振现象清楚地显示其振动方向与传播方向垂直,说明光是横波。1808年法国物理学家马吕斯(Malus,1775—1812)研究双折射时发现折射的两束光在两个互相垂直的平面上偏振。此后又有布儒斯特(Brewster,1781—1868)定律和色偏振等一些新发现。 光的偏振有别于光的其它性质,人的感觉器官不能感觉偏振的存在。光的偏振使人们对光的传播规律(反射、折射、吸收和散射)有了新的认识。本实验通过对偏振光的观察、分析和测量,加深对光的偏振基本规律的认识和理解。 偏振光的应用很广泛,从立体电影、晶体性质研究到光学计量、光弹、薄膜、光通信、实验应力分析等技术领域都有巧妙的应用。 一、实验目的 1. 观察光的偏振现象,了解偏振光的产生方法和检验方法。 2. 了解波片的作用和用1/4波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。 3. 通过布儒斯特角的测定,测得玻璃的折射率。 4. 验证马吕斯定律。 二、实验原理 1. 自然光和偏振光 光是一种电磁波,电磁波中的电矢量E就是光波的振动矢量,称作光矢量。通常,光源发出的光波,其电矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则的取向。在与传播方向垂直的平面内,光矢量可能有各种各样的振动状态,被称为光的偏振态。光的振动方向和传播方向所组成的平面称为振动面。按照光矢量振动的不同状态,通常把光波分为自然光、部分偏振光、线偏振光(平面偏振光)、圆偏振光和椭圆偏振光五种形式。 如果光矢量的方向是任意的,且在各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的,这种光称为自然光。自然光通过介质的反射、折射、吸收和散射后,光波的电矢量的振动在某个方向具有相对优势,而使其分布对传播方向不再对称。具有这种取向特征的光,统称为偏振光。 偏振光可分为部分偏振光、线偏振光(平面偏振光)、圆偏振光和椭圆偏振光。如果光矢量可以采取任何方向,但不同方向的振幅不同,某一方向振动的振幅最强,而与该方向垂直的方向振动最弱,这种光为部分偏振光。如果光矢量的振动限于某一固定方向,则这种光称为线偏振光或平面偏振光。如果光矢量的大小和方向随时间作有规律的变化,且光矢量的末端在垂直于传播方向的平面内的轨迹是椭圆,则称为椭圆偏振光;如果是圆则称为圆偏振光。 将自然光变成偏振光的过程称为起偏,用于起偏的装置称为起偏器;鉴别光的偏振状态的过程称为检偏,它所使用的装置称为检偏器。实际上,起偏器和检偏器是可以通用的。本实验所用的起偏器和检偏器均为分子型薄膜偏振片。

偏振分光棱镜

偏振分光棱镜 偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过,而S偏光以45度角被反射,出射方向与P光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成,其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜 偏振分光棱镜(PBS)是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同,由它分出的两束光之间有特殊的关系,即:它们都是线偏振光,且偏振方向互相垂直。如下图所示。 偏振分光棱镜 提问:

Q1:一束自然光入射到PBS上,请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么? Q2:如果一束正交线偏振(P,S)光入射,请问透射光和反射光的状态? 这里面涉及了几个物理光学概念,容易使人混淆(至少我是混淆了好几年),今天好好梳理一下:(1)偏振,(2)双折射,(3)晶体 (1)偏振polarization 偏振是光的一种固有属性,偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质,除了频率/波长,振幅/强度,传播方向之外,还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】,是指这光的电矢量(E)的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为:线偏振,椭圆偏振(特殊情况下是圆偏振)。例如,对于线偏振光,它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】,如自然光,它们的电矢量的振动是杂乱无章的,既不朝着某些相同的方向,振动时又不具有固定的时间对应关系(没有固定相位),因此,它们的振动是随机的,没有固定规律的。在【偏振光】的概念里,为了描述振动方向的相互关系,对于最基本的线偏振光(通过它可以组合成椭偏光,当然反之也可以),我们通常用p光和s光来区分。其中,p光表示振动方向与入射面平行的线偏振光,s光表示振动方向与入射面垂直的线偏振

光的偏振习题(附答案) (1)精编版

光的偏振(附答案) 一. 填空题 1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变;若入射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗;若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗. 2. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光. 3. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这束 光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍. 4. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振片 后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为(取锐角)是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角(取锐角)相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0. 5. 某种透明媒质对于空气的临界角(指全反射)等于450, 则光从空气射向此媒 质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光. 6. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上(空气折射率为1), 当折射角为300 时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732. 7. 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 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad. 8. 在杨氏双缝干涉实验中, 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后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹. 二. 计算题 9. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取 向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例. 解:设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:

激光的偏振

激光的偏振 “偏振”是各种激光器的普遍性质,这是由激光形成的原理决定的。激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。受激辐射有鲜明的特点:外来光子照射激光上能级粒子时,粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级,受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。当激光器内受激辐射形成光子流时,一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。这意味着一个激光纵模(频率)一定是偏振的。同时,激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。布儒斯特窗或Q调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。 激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。一般说到“激光两正交偏振频率”时,其频差不是任意的,而是完全由激光腔长决定的。本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率,以及这类激光器的结构、特性和应用。第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就,主要是塞曼双频激光器和环形激光器,而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频(四镜)环形激光器。这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”,但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念,即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac效应形成激光频率分裂。 从第3章起到第6章,介绍由双折射效应在驻波激光器(管)中进行激光频率分裂,形成正交偏振振荡和输出。激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。从1988年在Optics Communications发表第一篇文章开始,至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。 塞曼双频激光器的原理是在He Ne激光放电管上加磁场。激光器加纵向磁场(磁场与光束平行),可以得到两正交圆偏振光(一个左旋,一个右旋)。如果加横向磁场(即磁场与光束垂直),则得到两正交线偏振光。值得指出的是:塞曼双频激光器左旋光和右旋光的频差不能大于3MHz,这就限制了它的应用范围。频差不能大于3MHz的原因是:只有当磁场增大时频差才能增加;但磁场大到一定时,左旋光和右旋光的中心频率的间隔太大,以至于两光的增益线完全分离,两中心频率不能同时对一个腔模进行模牵引,也就无法将一个频率“牵引”成两个频率。横向塞曼激光器输出频差比纵向塞曼激光器更小,一般在1MHz 以下。

用于LCOS显示系统的偏振分光器件仿真

目录 1.绪论 (1) 1.1课题研究背景 (1) 1.2LCOS激光显示现状与发展 (1) 1.3本设计的主要内容 (2) 2 投影显示系统的分类和工作原理 (3) 2.1投影显示系统的分类 (3) 2.2投影显示的实现方式 (3) 2.2.1CRT投影技术 (3) 2.2.2LCD投影技术 (4) 2.2.3DLP数字投影技术 (4) 3 LCOS投影显示技术 (6) 3.1LCOS投影显示技术的发展历史 (7) 3.2LCOS投影显示技术的成像原理 (8) 3.3LCOS投影技术的优势 (9) 3.4LCOS面临的问题 (9) 4偏振转换系统 (11) 4.1光的偏振特性 (11) 4.2偏振分光器 (11) 4.3PBS的加工要求 (12) 4.4PBS应用 (13) 4.5偏振光转换器 (14) 5软件仿真 (16) 5.1ZEMAX软件 (16) 5.2系统设计 (17) 5.3仿真结果分析 (23)

6 总结 (26) 6.1系统的不足 (26) 6.2对未来的展望 (26) 参考文献 (27) 致谢 (28)

1.绪论 1.1课题研究背景 同液晶、等离子等新型显示技术相比,LCOS(硅基液晶显示)技术有其自身的突出优势,也早已被业界普遍认为是最适合我国发展的新型大屏幕数字显示技术。近10年来,从LCOS技术在中国的萌芽,到中国电子视像行业协会大屏幕投影显示设备分会牵头组建我国第一条产业联盟,直至今天国内LCOS产业链的初步形成,LCOS在我国的发展经历了一个艰难的历程。 目前,LCOS技术(包括DLP、LCD技术在内)的照明系统普遍采用UHP灯源(超高压汞灯),由于其固有的结构和物理特性,使得LCOS背投电视存在光源寿命不足的问题,也无法与液晶、等离子技术的轻、薄优势相抗衡,这与国内外家用电视市场普遍认可的消费特点和趋势产生难以化解的矛盾,生存环境不容乐观。 近年来,以激光作为光源的新型显示技术崭露头角,被业界称为第四代显示技术。在国家863计划、中科院知识创新工程等的大力支持下,我国在激光显示核心技术上正稳步走向成熟,整体处于世界先进水平。2008年,作为我国最重要的激光显示技术研究和产业化单位,北京中视中科光电技术有限公司首次在国内推出拥有我国自有知识产权的激光光源数字电影设备,标志着激光显示技术的应用在我国取得重大突破,激光光源应用于LCOS技术的梦想也不再遥远。此举可有力地改变LCOS技术产品光源寿命短、光学引擎照明系统体积偏大的缺陷,有效提升LCOS技术的竞争力。 1.2 LCOS激光显示现状与发展 (1)从事研发与生产LCOS投影显示设备与配套件的地区与企业逐渐增多。 (2)研发与生产LCOS成像器件的生产线已经建立起来或正在建设,有的企业已经过国家发改委项目验收。 (3)LCOS投影设备气体光源超高压汞灯自主研发成功,并投入生产,已有一定数量合格,产品供应整机企业与维修单位。 (4)LED光源正越来越多的用于MD投影机、背投影机、微型投影机、大屏幕拼接显示屏。特别是大家对提高LED光源发光效率采取很多创新措施[1],有的还采取LED 与激光器件组成混合光源,既发挥各自优势,如色彩、寿命同时又降低成本。 (5)LCOS投影式激光显示设备的主要部件光学引擎已有数家企业生产出合格产品,并组装成整机供应市场。

光偏振计算题及答案

《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角. (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后的光强和偏振状态. (2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何? 解:(1) 自然光通过第一偏振片后,其强度 I 1 = I 0 / 2 1分 通过第2偏振片后,I 2=I 1cos 245?=I 1/ 4 2分 通过第3偏振片后,I 3=I 2cos 245?=I 0/ 8 1分 通过每一偏振片后的光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平 行. 2分 (2) 若抽去第2片,因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直,所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变. 1分 2. 两个偏振片叠在一起,在它们的偏振化方向成α1=30°时,观测一束单色自然光.又在α2=45°时,观测另一束单色自然光.若两次所测得的透射光强度相等,求两次入射自然光的强度之比. 解:令I 1和I 2分别为两入射光束的光强.透过起偏器后,光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律,透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分 按题意,21I I '=',于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分 得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片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,已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16.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. 解:设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ.透过第一个偏 振片后的光强 I 1=I 0 / 2. 1分 透过第二个偏振片后的光强为I 2,由马吕斯定律, I 2=(I 0 /2)cos 2θ 2分 透过第三个偏振片的光强为I 3, I 3 =I 2 cos 2(90°-θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分 由题意知 I 3=I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2, ()2/2sin 211-=θ=22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起,此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60,一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上,该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角. (1) 求透过每个偏振片后的光束强度; (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光,求透过每个偏振片后的光束强度.

量子力学里对光的偏振的解释

光子偏振的量子力学解释 量子力学所提供的进一步描述如下:假定可以把对光轴斜偏振的一个光子看成部分地处于平行光轴偏振态,部分地处于垂直光轴偏振态。斜偏振态可以被为是某种迭加过程应用于平行偏振态与垂直偏振态而得的结果。这就意味着,在各种偏振态之间存在有某种特别的关系,这种关系类似于经典光学中偏振光束间的关系,但是它現在不是应用于光束,而是应用于一个特定光子的各个偏振态。这种关系容许任一偏振态被分解为任意两个互相垂直的偏振态,或者说,可以被表达为任意两个互相垂直的偏振态的迭加。 当我們詿光子遇到方解石晶体时我們就是让它接受一次观测。我們要观察它究竟是平行于光轴偏振的,还是垂直于光轴偏振的。做这种观察的效果也就是强迫光子完全进入平行偏振态,或者完全进入垂直偏振态。它必須来一个突然的跃变,从原来部分地处在每一种态中的情况改变为完全处在其中的某一种态中。 它究竟跳到这两态中的哪一个,是不能预料的,只是由几率規律支配的·如果它跳入平行态,它就会被吸收了;如果它跳八垂直态,它就通过了晶体,而在另一边出現,保留着这种偏振态· 通常假定,只要仔細些,我們就可以把伴随观察的干扰少到 任意所希望的程度.大与小的概念因而純悴是柞对的,是关联到 我們的观察工具的細致程度,也关联到被描述的对象.为了要給

大小以絶对的含义(这是有关物质終极結构的任何理論所要求的),我們必須要假定:对观才細程度和对着于 扰的微小程度有丁个限度.这个阳度是事物本質中所固有的,观察者方面改进技术或提高技巧,都不可能超越这个限度.如果被观察的对象大到足以使这种不可避免的极限干扰可以忽略,那么,这个对象就是在絶对的含义上是大的,井且我們可以把經典力学应用到庀身上,反之,如果这种极限干扰不能忽視,則对象在絶对3 意义上就是小的,我們就要用新的理論来处理宅. 上述討的一个結果是我們必須修改我們对因果的观念, 因果性仅对那些耒受干扰的系統适用.如果系統是小的,我們不能在观察时而不产生严重的干扰,因此,我們不能期望在我們的观察結果之間找到任何因果性的联系,我們假定因果性对于汶有受干扰的系統仍是适用的,为茄述未受干扰的系統血建立起的方程是一些微分方程,宅們表达出某一时刻的条件与后一时刻的条件間的因果性联,这些方程与經典力学中的方程紧密对应,但 是宅們只能間接地与观察的結果相呋系,在計算观察出的結果时就有不可避免的不确定性出現,一般脱来,理論使找們能够算出的只是,当进行观察时能获得某个特定結果的几率.

光的偏振的应用(偏振片的应用)

光的偏振的应用 1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时,反射光和折射光都是偏振光,而且入射角变化时,偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体,如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等,常常会出现耀斑或反光,这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜,并适当地旋转偏振镜片,让它的透振方向与反射光的透振方向垂直,就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。 2.汽车前灯和前窗玻璃用偏振玻璃防止强光 夜晚,汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼睛,严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃,使射出的灯光变为偏振光;同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃,其透振方向恰好与灯光的振动方向垂直,这样司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激,也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。 3.利用偏振光的旋光特性测量相关物理量 偏振光通过一些介质后,其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转,旋转的这个角度叫旋光度,旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关。测量旋光度的大小,就可以知道介质相关物理量的变化。 4.利用光的偏振制成液晶显示器 如图-4所示为电子手表等的液晶显示器,两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒,盒内液晶层的上下是透明的电极板,它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后,成了偏振光,这束光在通过液晶时,如果上下两液晶片间没有电压,光的偏振方向会被液晶旋转90°,于是它能通过第二个偏振片。第二个偏振片的下面是反射镜,光线被反射回来,这时液晶盒看起来是透明的。但如果在上下两个电极间有一定大小的电压时,液晶的性质就

213 光的偏振(一)

光的偏振(一) 1 画出下图中的反射光、折射光以及它们的偏振状态。 答: 解:(1)自然光以普通角入射界面,反射光和折射光都是部分偏振光。 (2)平行于主截面振动的线偏振光以布儒斯特角入射界面,反射光应该只有垂直于主截面振动的分量,折射光既有垂直于主截面振动的分量、也有平行于主截面振动的分量。但入射光是平行于主截面振动的线偏振光,垂直于主截面振动的分量为零,所以,没有反射光,折射光也只有平行于主截面振动的分量,即折射光也是线偏振光。 (3)垂直于主截面振动的线偏振光以布儒斯特角入射界面,反射光应该只有垂直于主截面振动的分量,折射光既有垂直于主截面振动的分量、也有平行于主截面振动的分量。但入射光是垂直于主截面振动的线偏振光,平行于主截面振动的分量为零,所以,反射光是垂直于主截面振动的线偏振光,折射光也只有垂直于主截面振动的分量,即折射光也是线偏振光。 (4)自然光以布儒斯特角入射界面,反射光应该只有垂直于主截面振动的分量,折射光既有垂直于主截面振动的分量、也有平行于主截面振动的分量。 2 平行放置的偏振片 1P 、2P 的偏振化方向相互垂直,中间插入另一偏振片3P (如图所示),光强为0I 的自然光从1P 入射这组偏振片, 分别求:当3P 、1P 的偏振化方向夹角为0 30、0 45时,出射光强。 分析:自然光通过1P 后,成为光强为2/0I 的线偏振光,通过3P 、2P 后的光强依次可以根据马吕斯定律计算,如图 α213c o s I I =,() ααπ23232sin cos 2I I I ==-

解:() αααααπ2sin 8 cos sin sin cos 2 022*******I I I I I ====- (1)当0 30=α时 32 3)302(sin 82sin 80020202I I I I =?== α (2)当0 45=α时 8 )452(sin 82sin 80020202I I I I =?== α 3 偏振片1P 、2P 、3P 如图放置,光强为0I 的自然光从1P 入射。 (1)如果测得出射2P 的光强为8/0I , 求1P 与3P 偏振化方向之间的夹角; (2)保持1P 、2P 不动,欲使出射光强为零, 3P 应如何放置?能否为3P 找到一个合适的方位,使出射光强为2/0I ? 解:1P 、2P 的偏振化方向相互垂直,设1P 与3P 偏振化方向之间的夹角为α,在则最后从2P 出射光强为 () αααααπ2sin 8cos sin sin cos 20221232322I I I I I ====- (1)依题8 02I I =,所以12sin 2=α,因此0 45=α。 (2)02=I ,所以12sin 2=α,因此,0=α或0 90=α,即3P 的偏振化方向与1P 和2P 中的任何一个的偏振化方向平行(或垂直)时,从2P 出射光光强为零。 若要2 02I I = ,则要求42sin 2 =α成立,这是不可能的。 4 部分线偏振光垂直通过偏振片,测得透射光强的最大值与最小值之比为5,求偏振度。 解:部分偏振光可以看成是由线偏振光和自然光组成。设部分偏振光中线偏振光光强为P I ,自然光光强为n I ,则部分偏振光光强为 n P I I I += 通过偏振片后,最大光强为2max n P I I I + =,最小光强为2 min n I I =。 依题5/min max =I I ,则

光的偏振态分析MATLAB分析

光的偏振态的仿真 一、课程设计目的 通过对两相互垂直偏振态的合成 1.掌握圆偏振、椭圆偏振及线偏振的概念及基本特性; 2.掌握偏振态的分析方法。 二、任务与要求 对两相互垂直偏振态的合成进行计算,绘出电场的轨迹。要求计算在?=0、 ?=π/4、?=π/2、?=3π/4、?=π、?=5π/4、?=3π/2、?=7π/4时,在E x =E y 及E x =2E y 情况下的偏振态曲线并总结规律。 三、课程设计原理 平面光波是横电磁波,其光场矢量的振动方向与光波传播方向垂直。一般情况下,在垂直平面光波传播方向的平面内,光场振动方向相对光传播方向是不对称的,光波性质随光场振动方向的不同而发生变化。将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质,称为光波的偏振特性。它是横波区别于纵波的最明显标志。 1) 光波的偏振态 根据空间任一点光电场E 的矢量末端在不同时刻的轨迹不同,其偏振态可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。 设光波沿z 方向传播,电场矢量为 )cos(00?ω+-=kz t E E 为表征该光波的偏振特性,可将其表示为沿x 、y 方向振动的两个独立分量的线性组合,即 y x jE iE E += 其中 ) cos() cos(00y y y x x x kz t E E kz t E E ?ω?ω+-=+-= 将上二式中的变量t 消去,经过运算可得 ??2002020sin cos 2=??? ? ?????? ??-???? ??+???? ??y y x x y y x x E E E E E E E E 式中,φ=φy -φx 。这个二元二次方程在一般情况下表示的几何图形是椭圆,如图1-1所示。

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