大学物理实验课程教案
引入实验：目前偏振光的应用已遍及工农业、医学、国防等部门．利用偏振光的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等提供了极有价值的方法．因此我们要了解掌握偏振光的特性，学会其应用。
实验原理
1．偏振光的基本概念
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相互垂直．两者均垂直于光的传播方向．从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面．
在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1（a）．光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的．由于热运动和辐射的随机性，大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的．一般来说，在10－6s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图1（b）所示的所谓自然光．有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图1（c）所示的部分偏振光．还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图1（d）所示．
图1 光波按偏振的分类
2．获得偏振光的常用方法
(1)非金属镜面的反射
通常自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
时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入光．但当入射角增大到某一特定值
射面，如图16-4-2所示，这时入射角0?称为布儒斯特角，也称为起偏角．
图中“?”、“－”均表示电矢量，反射光是振动面与入射面垂直的完全偏振光，折射光是部分偏振光．由布儒斯特定律得：
1
0tan n n
=
? 其中n 、1n 分别为两种介质的折射率．
如果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时，对于各种不同材料的玻璃，已知其折射率n 的变化范围在1.50到1.77之间，则可得布儒斯特角0?约在560—600之间．此方法可用来测定物质的折射率．
(2)多层玻璃片的折射
当自然光以布儒斯特角0?入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片堆上时，由于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，故经过多次反射后，透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光．
(3)利用偏振片的二向色性起偏
将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏．某些有机化合物晶体（如硫酸碘奎宁或硫酸奎宁碱）具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光．利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度．
(4)利用晶体的双折射起偏
自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折射产生的寻常光（o 光）和非寻常光（e 光）均为线偏振光．o 光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e 光光矢量的振动方向在自己的主截面内．方解石是典型的天然双折射晶体，常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光．利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、波片及其作用 (1)偏振片
偏振片是利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．它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器；用来检验偏振光的偏振片，叫做检偏器．
按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为： I = I 0 cos 2θ
式中θ为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振方向之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴
图2 布儒斯特定律示意图
转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强最大；当θ=900
时，透射光强为极小值（消光状态），当0
0<θ<900
时，透射光强介于最大和最小值之间，如图3所示，自然光通过起偏器与检偏器的变化．
图3 光的起偏和检偏
根据透射光强度变化的情况，可以区别线偏振光、自然光和部分偏振光．
(2)波片
波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片．当线偏振光垂直射到厚度为L 、表面平行于自身光轴的单轴晶片时，会产生双折射现象，寻常光（o 光）和非寻常光(e 光)沿同一方向前进，但传播的速度不同．这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差为：
L n n e o )(2-=
?λ
π
?
其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，n o 和n e 分别为晶片对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、频率相同且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示：
??
?+==)
cos(cos 0?ωωt A y t
A x e 从两式中消去t ，经三角运算后得到合振动的方程式为
??2
2
222sin cos 2=-+o
e o e A A xy A y A x 由此式可知，
a) 当),2,1,0( ==k k π?时，x A A y e
o
±
=，为线偏振光． b) 当),2,1,0(2)12( =+=k k π
?时，122
22=+o
e A y A x ，为正椭圆偏振光．在o A = e A 时，
为圆偏振光．
c) 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况下，能使o 光和e 光产生相位差
π?)12(+=?k （相当于光程差为
2
λ
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
2
λ波片；与此相似，能使o 光和e 光产生相位差π?)21
2(+=?k （相
当于光程差为4λ的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（1/4波片）或4
λ
波片．本实验中所
用波片是对0
6328A （e e N H -激光）而言的．
如图4所示，当振幅为A 的线偏振光垂直入射到1/4波片上，振动方向与波片光轴成θ
角时，由于o 光和e 光的振幅分别为A θsin 和A θcos ，所以通过1/4波片合成的偏振状态也随角度θ的变化而不同．
图4 线偏振光经过1/4波片示意图 图5 线偏振光经过1/2波片示意图
a) 当θ=0
0时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e 光）． b) 当θ=π/2时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o 光）． c) 当θ=π/4时，Ae=Ao 获得圆偏振光．
d) 当θ为其它值时，经过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．
当线偏振光经过1/2波片后，Ae 与Ao 的位相差位π，如图5两列光波合成后仍然为线偏振光，但振动方向较原方向转动了2θ角度。 实验仪器
光具座，He-Ne 激光器，偏振片（起偏器、检偏器），1/4波片，1/2波片，硅光电池，偏振光实验仪，观测布儒斯特角装置．
图6 实验仪器实物图
实验内容与步骤
1．起偏与检偏鉴别自然光与偏振光，验证马吕斯定律
(1) 在光源至光屏的光路上插入起偏器P 1，旋转P 1，观察光屏上光斑强度的变化情况． (2) 在起偏器P 1后面再插入检偏器P 2．固定P 1的方位,将P 2 转动3600，观察光屏上光斑强度的变化情况．有几个消光方位？
(3) 以硅光电池代替光屏接收P 2出射的光束，旋转P 2，记录相应的光电流值，共转900，在坐标纸上作出I~cos 2θ关系曲线．
2．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率
(1) 在起偏器P 1后，放入测布儒斯特角的装置，然后调节起偏角度，使透射出来的偏振光的偏振方向水平（保证偏振方向在入射面内）。
(2) 旋转载物玻璃平板，使反射的光束与入射光束重合
（即观察起偏器上的入射光点和反射光点重合），记下此时载物玻璃平板的初始角度1?． (3) 一面转动载物玻璃平板，一面手拿光屏，接收反射光．反复调节直到反射光消光为止，记下载物玻璃平板的角度2?，重复测量三次．
(4) 根据表2所示，求出120???-=和平均值0?，最后根据1
0tan n n
=?（1n ＝1为空气的折射率）得出玻璃的折射率n ．
3．观察椭圆偏振光和圆偏振光
(1) 先使起偏器P 1和检偏器P 2的偏振方向垂直（即检偏器P 2后的光屏上处于消光状态），在起偏器P 1和检偏器P 2之间插入1/4波片，转动波片使P 2后的光屏上仍处于消光状态（此时θ=0
0）．
(2) 从θ=00的位置开始，使检偏器P 2转动，这时可以从屏上光强的变化看到经过1/4波片后的光为线偏振光．
(3) 取θ=900，使检偏器P 2转动，这时也可以从屏上光强的变化看到经过1/4波片后的光为线偏振光．其振动面与θ=0
0时的振动面垂直．
(4) 取θ为除00和900外的其他值，观察转动P 2时屏上光强的变化，其结果与椭圆偏振光对应．特别是当θ=450时，P 2转动时屏上光强几乎不变，这便是圆偏振光对应的状态． 4．考察平面偏振光通过1/2波片时的现象
（1）按图8在光具座上依次放置各元件，使起偏器P 1的振动面为垂直，检偏器P 2的振动面为水平（此时应观察到消光现象）．
图8 线偏振光通过1/2波片光路图
（2）在P 1、P 2之间插入1/2波片（C ），将C 转动360o ，能看到几次消光？解释这一现象．
（3）将C 转任意角度，这时消光现象被破坏，把P 2转动360o ，观察到什么现象？由此说明通过1/2波片后，光变成怎样的偏振状态？
（4）仍使P 1、P 2处于正交，插入C ，使消光，再将C 转15 o ，破坏其消光．转动P 2
图7 布儒斯特定律示意图（入射光为线偏振光）
S 光源 P 1起偏器 P 2检偏器
至消光位置，并记录P2所转动的角度．
（5）继续将C转15o（即总转动角为30o，）记录A达到消光所转总角度，依次使C 总转角45 o、60 o、75 o、90 o．记录P2消光时所转总角度．
从上面实验结果得出什么规律？怎么解释这一规律．
【注意事项】
1．实验中各元件不能用手摸，实验完毕后按规定位置放好．
2．不要让激光束直接照射或反射到眼睛内．
【数据记录及处理】
【思考题】
1. 区分自然光和圆偏振光：如果用偏振片进行观察时，光强随偏振片的转动没有变化，
这束光是自然光或圆偏振光。在偏振片之前放1/4玻片，再转动偏振片。如果强度仍然没有变化是自然光；如果出现两次消光，则是圆偏振光，因为1/4玻片能把圆偏振光变为线偏振光
2. 区分部分偏振光和椭圆偏振光：如果用偏振片进行观察时，光强随偏振片的转动有
变化但没有消光，则这束光是部分偏振光或椭圆偏振光。这时可将偏振片停留在透射光强度最大的位置，在偏振片前插入1/4玻片，使玻片的光轴与偏振片的投射方向平行，再次转动偏振片会若出现两次消光，即为椭圆偏振光，即椭圆偏振片变为线偏振光；若还是不出现消光，则为部分偏振光。
【实验题目】 偏振光的产生和检验 【实验记录与数据处理】 1．线偏振光的获得与检验 1）器件光路示意图(2分)： 2）测量记录(1分) 光电流强度 光电流强度夹角光电流强度 3）贴图(3分)： ~I 曲线（直角坐标）
2．椭圆偏振光的获得与检验 1）器件光路示意图(2分)： ? ? ? ? ? ? 3）贴图(5分)：15°和45°的θ~I 曲线图（极坐标） 光强与检偏器角度的关系（Φ=15?）
光强与检偏器角度的关系（Φ=45?） 3. 1/2波片的研究 1）器件光路示意图(2分)： 3）结论(2分)：θ??Φ~关系； 根据数据可得，在误差允许的范围内，△θ=2△Φ。
【结论与讨论】 实验结论： 1.在实验一中，由θ~I 曲线可得，在振动方向与透视轴夹角从0°至90°过程中，透视光强度逐渐由零增至最大值，在90°至180°逐渐减小至最小值；经过两个周期，图像大致与马吕斯定律I=I o cos θ相符合。 2.在实验二中，当入射光与玻片夹角β= 0°，透过检偏器的光强最小，可知透过1/4玻片得到的是沿玻片慢轴的线偏振光；当β=15°，旋转检偏器一周后，得到的光强呈周期性变化，且最小值与最大值差值较大，光强最大值小于实验一中线偏振光的光强，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是椭圆偏振光；当β=45°，旋转检偏器一周后，发现得到的光强变化不大，且光强大小界于β=15°时椭圆偏振光的光强最大值和最小值之间，再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是圆偏振光。 3.在实验三中，可以得出△θ随着ΔΦ的变化呈线性关系，满足△θ=2△Φ。 实验讨论： 【课后问题】（5分） 讨论：如何利用波片与偏振光片判别圆偏振光与自然光？ 答：1.已知圆偏振光经过1/4玻片后形成线偏振光，而自然光经过1/4玻片后仍为自然光，故可以用1/4玻片进行区分。 2.让光束透过1/4玻片+偏振片，旋转偏振片，透射光发生变化的为圆偏振光，透射光不发生变化的为自然光。故可用玻片+偏振片进行区分。 报告成绩（满分30分）：??????????? 指导教师签名：???????????????? 日期：?????????????????
偏振光的观测与研究 光的干涉与衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光就是横波而不就是纵波,即其E与H的振动方向就是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光就是横波,人们通过对光的偏振性质的研究,更深刻地认识了光的传播规律与光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术的检验等,提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的产生与检验方法。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光与圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1.偏振光的基本概念 按照光的电磁理论,光波就就是电磁波,它的电矢量E与磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉与感光材料的特性上瞧,引起视觉与化学反应的就是光的电矢量,通常用电矢量E代表光的振动方向,并将电矢量E与光的传播方向所构成的平面称为光振动面。 在传播过程中,光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2(a)。光源发射的光就是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动与辐射的随机性,大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率就是相同的。一般说,在10－6s内各个方向电矢量的时间平均值相等,故出现如图2(b)所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其她方向,即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就就是如图2(c)所示的所谓部分偏振光。还有一些光,其振动面的取向与电矢量的大小随时间作有规则的变化,其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样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.获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射与折射时,反射光与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,镜面反射光成为完全偏振光,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。
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。
图2 二向色性起偏 图1 平面偏振光、自然光和部分偏振光 实验名称 光的偏振现象的研究 姓 名 学 号 班 级 桌 号 教 室 基础教学楼1406 实验日期 20 年 月 日 时段 指导教师 一. 实验目的 1. 观察光的偏振现象，加深对光偏振基本规律的认识。 2. 了解产生和检验偏振光的基本方法。 3. 验证马吕斯定律。 4．1/4波片，1/2波片的研究； 5.利用旋光现象测定蔗糖溶液浓度 二. 实验仪器 导轨和机座, 氦氖激光器（功率约5mW ）, 激光器架, 偏振片波片架, 滑动座(5个)， 光传感器(光电探头)，光功率测试仪，偏振片（两个），1/4波片（波长632.8nm ），1/2波片（波长632.8nm ），透明蔗糖溶液，螺丝刀 三. 实验原理（请携带并参阅大学物理课本） 1. 偏振光的基本概念 光波是一种电磁波，它的电矢量 和磁矢量 相互垂直，并垂直于光的传播方向C 。通常人们用电矢量 代表光的振动方向，并将电矢量和光的传播方向C 所构成的平面称为光的振动面。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光，如图1(a)所示。振动面的取向和光波电矢 量的大小随时间作有规律的变化，光波电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆时，称为椭圆偏振光或圆偏振光，人眼逆光来看，若电矢量末端按照顺时针方向旋转，则称 评 分 教师签字
图3 双折射起偏原理图 为右旋椭圆或右旋圆偏振光，反之为左旋。通常光源发出的光波有与光波传播方向相垂直的一切可能的振动方向，没有一个方向的振动比其它方向更占优势。这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光，如图1(b)所示；如果光波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定方向上占优势，则此偏振光称为部分偏振光，如图1(c)所示。将自然光变成偏振光的器件称为起偏器，用来检验偏振光的器件称为检偏器。实际上，起偏器和检偏器是互为通用的。下面介绍几种常用的起偏和检偏方法。 ２. 二向色性起偏、马呂斯定律、双折射起偏及波片 物质对不同方向的光振动具有选择吸收的性质，称为二向色性。当自然光射到偏振片上时，振动方向与透振方向垂直的光被吸收，振动方向与透振方向平行的光透过偏振片，从而获得偏振光。自然光透过偏振片后，只剩下沿透光方向的光振动，透射光成为平面偏振光（见图2所示）。 若在偏振片P 1后面再放一偏振片P 2，P 2就可以用作检验经P 1后的光是否为偏振光，即P 2 起了检偏器的作用。当起偏器P 1和检偏器P 2的偏振化方向间有一夹角，则通过检偏器P 2的偏振光强度满足马呂斯定律： （1） 当θ= 时，I=I 0， 光强最大；当θ= 时，I =0，出现消光现象；当θ为其它值时，透射光强介于0～I 0之间。 （1）双折射起偏 某些单轴晶体（如方解石和石英等）具有双折射现象。当一束自然光射到这些晶体上时，在界面射入晶体内部的折射光常为传播方向不同的两束折射光线，这两束折射光是光矢量振动方向不同的线偏振光。其中一束折射光 ，称为寻常光（或O 光）；另一束折射光 ，其振动在 内，称为非常光（或e 光），如图3所示。 研究发现，这类晶体存在这样一个方向，沿该方向传播的光 ，该方向称为光轴。 主平面： 主截面： （2）反射和折射时光的偏振 自然光在两种透明媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光就能成为部分偏振光或平面偏振光，而且反射光中垂直入射面的振动较强，折射光中平行入射面的振动较强。实验发现，当改变入射角i 时，反射光的偏振程度也随之改变，当i 等于特定角0i 时，反射光只有垂直于入
篇一：电磁场与微波实验六报告——偏振实验 偏振实验 1. 实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量e和波长的传播方向垂直。如果e在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波称为线极化波，在光学中也称偏振波。电磁场沿某一方向的能量有sin2 φ的关系，这就是光学中的马吕斯定律：i=i0cos2 φ，式中i0为初始偏振光的强度，i为偏振光的强度，φ是i与i0之间的夹角。 2. 实验步骤 系统构建图 由于喇叭天线传输的是由矩形波导发出的te10波，电场的方向为与喇叭口天线相垂直的系列直线，中间最强。dh926b型微波分光仪的两喇叭天线口面互相平行，并与 地面垂直，其轴与偏振实验线在一条直线上。由于接收喇叭口天线是和一段旋转短波导 连在一起的，在旋转波导的轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭天线的转角可从此处读到。 在主菜单页面点击“偏振实验”，单击“ok”进入“输入采集参数”界面。 本实验默认选取通道3作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。采集点数可根据提示选取。 顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动微波分光仪的接收喇叭，就可以得到转角与接收指示的一组数据。 终止采集过程后，按下“计算结果”按钮，系统软件将本实验根据实际采集过程处理得到的理论和实际参数。 注意事项： ①为避免小平台的影响，最好将其取下。 ②实验用到了接收喇叭天线上的光栅通道（光传感头），应将该通道与数据采集仪通道3用电缆线连接。 ③转动接收喇叭天线时应注意不能使活动臂转动。 ④由于轴承环处的螺丝是松的，读取电压值时应注意，接收喇叭天线可能会不自觉偏离原来角度。最好每隔一定读数读取电压值时，将螺丝重新拧紧。 ⑤接收喇叭天线后的圆盘有缺口，实验过程中应注意别将该缺口转动经过光栅通道，否则在该处软件将读取不到数据。 3. 实验结果
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波片可以由线偏振光得到圆偏振光和椭圆偏振光。 四，马吕斯定律：θ20cos I I = （2） 实验内容及步骤： 一，调节仪器和观察消光现象。 如图（一）所示放置好实验仪器，旋转P2，观察出射光强的变化。 二，验证马吕斯定律。 如图（二）所示放置好实验仪器，将P1度盘读数调为0，旋转P2，记录P2度盘读数θ和D1，D2光电流读数21I I ，。
实 验 报 告 学生姓名： 学 号： 指导教师： 实验地点： 实验时间： 一、实验室名称：偏振光实验室 二、实验项目名称：偏振光实验 三、实验学时： 四、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与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。 （一）线偏振光的产生 1．非金属表面的反射和折射 光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。起偏角的数值α与反射物质的折射率n 的关系是： n =αtan （1） 称为布如斯特定律，如图1所示。根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。 非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。 图 1 图 2 2．偏振片 分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构的分子，这些分子平行地排列在同一方向上。这种胶膜只允许垂直于分子排列方向的光振动通过，因而产生
线偏振光，如图2所示。分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。 图 3 鉴别光的偏振状态叫检偏，用作检偏的仪器叫或元件叫检偏器。偏振片也可作检偏器使用。自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时，在垂直光线传播方向的平面内旋转偏振片时，可观察到不同的现象，如图3所示，图中(α)表示旋转P ，光强不变，为自然光；（b ）表示旋转P ，无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光；（c ）表示旋转P ，可找到全暗位置，为线偏振光。 （二）圆偏振光和椭圆偏振光的产生 线偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片的表面，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 d n n e )(200 -= λπ δ （2） 式中0λ表示单色光在真空中的波长，o n 和e n 分别为晶体中o 光和e 光的折射率，d 为晶片厚度。 1．如果晶片的厚度使产生的相位差1 (21)2 k δπ=+，k =0，1，2，…，这样的晶片称为1/4波片，其最小厚度为0 min 4() o e d n n λ= -。线偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭 圆偏振光；当α=π/4时，则为圆偏振光；当0=α或π/2时，椭圆偏振光退化为线偏振光。由此可知，1/4波片可将线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线偏振光。 2．如果晶片的厚度使产生的相差πδ)12(+=k ，k =0，1，2，…，这样的晶片称为半波片，其最小厚度为0 min 2() o e d n n λ= -。如果入射线偏振光的振动面与半波片光轴的交角为 α，则通过半波片后的光仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过α2角。 3． 如果晶片的厚度使产生的相差2k δπ=，k =1，2，3，…，这样的晶片称为全波片， 其最小厚度为0 min o e d n n λ= -。从该波片透射的光为线偏振光。
课题偏振光现象的研究 1．观察光的偏振现象，掌握产生与检验偏振光的条件和方法；教学目的 2．测量布儒斯特角； 3．验证马吕斯定律。 重难点 1．激光器与光具组的共轴调节； 2．布儒斯特角的测定。 教学方法讲授、讨论、实验演示相结合。 学时 3个学时 一、前言 光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据，在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容，而且具有重要的应用价值。 自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。 二、实验仪器 He-Ne激光器，光具座，光靶，光学测角台，偏振片，黑玻璃镜，1/2波片，1/4波片，白屏，光功率计等 三、实验原理 1.光的偏振性 光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。
（1）自然光 光是由光源中大量原子或分子发出的。普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关，而且光振动方向也是彼此不相关的，呈随机分布。在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来，光矢量具有轴对称而且均匀的分布，各方向光振动的振幅相同，各个振动之间没有固定的相联系，这种光称为自然光或非偏振光（见下图）。 我们设想把每个波列的光矢量都沿任意取定的x轴和y轴分解，由于各波列的光矢量的相和振动方向都是无规则分布的，将所有波列光矢量的x分量和y分量分别 叠加起来，得到的总光矢量的分量E x 和E y 之间没有固定的相关系，因而它们之间是不 相干的。同时E x 和E y 的振幅是相等的，即A x =A y 。这样，我们可以把自然光分解为两 束等幅的、振动方向互相垂直的、不相干的线偏振光。这就是自然光的线偏振表示， 如下图（a）所示。分解的两束线偏振光具有相等的强度I x =I y ，又因自然光强度 I=I x +I y 所以每束线偏振光的强度是自然光强度的1/2，即 通常用图（b）的图示法表示自然光。图中用短线和点分别表示在纸面内和垂直于纸面的光振动，点和短线交替均匀画出，表示光矢量对称而均匀的分布。 （2）线偏振光
偏振光现象的观察和分析 引言： 光的偏振现象有法国工程师马吕斯首先发现。对光偏振现象的研究清楚地显示了光的横波性，加深了人们对光传播规律的认识。近年来光的偏振特性在光调制器、光开关、光学计量、应力分析、光信息处理、光通信、激光、光电子器件中都有广泛应用。 本实验利用偏振片和1/4波片观察光的偏振现象，并分析和研究各种偏振光。从而了解1/4波片和1/2波片的作用及应用，加深对光偏振性质的认识。 实验原理 1、 偏振光的种类。 光可按光适量的不同振动状态分为五类： （1）线偏振光 （2）自然光 （3）部分偏振光 （4）园偏振光 （5）椭圆偏振光 使自然光变成偏振光的装置称为起偏器，用来检验偏振光的装置称为检偏器。 2、 线偏振光的产生。 （1）反射和折射产生偏振 自然光以 i B =arc tan n 的入射角从空气入射至折射率为n 的介质表面上时，反射光 为线偏振光。以 i B 入射到一叠平行玻璃堆上的自然光，透射出来后也为线偏振光。 （2）偏振片。 利用某些晶体的二向色性可使通过他的自然光变成线偏振光。 （3）双折射产生偏振。 自然光入射到双折射晶体后，出射的o 光和e 光都为线偏振光。 3、 波晶片 4、 线偏振光通过各种波片后偏振态的改变。 在光波的波面中取一直角坐标系，将电矢量E 分解为两个分量E X 和E y ，他们频率相同都为ω，设E y 相对E X 的相位差为?φ，即有 E X =A x cos ωt （2） E y =A y cos(ωt +?φ) （3） 由（2）、（3）两式得，对于一般情况，两垂直振动的合成为： e 轴 O 轴 θ 光 轴 图 1
分类号密级 U D C 编号 本科毕业论文(设计) 题目偏振光检测及其研究 系别继续教育学院 专业名称光机电一体化工程 年级 2007级 姓名喻磊 学号 017607203658 指导教师姓名刘祥彪 二0一0年十一月
摘要 电磁波理论，光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直。光矢量在垂直于波线的平面作二维振动，光矢量的振动方式，叫做光波的偏振态。光矢量在一条直线上作简谐振动，叫线偏振光。如果光矢量的矢头的轨迹是椭圆（或圆），这种光叫椭圆偏振光。其次熟悉偏振光的物理特性及偏振光在各向异向性介质中有很多特殊的性质，比如常见的包括：双折射，眩光效应，场致双折射效应等。通过用数学表达式和矩阵对偏振光进行了详细的理论描述。在此基础上设计了几种产生完全偏振光（线偏振光.椭圆偏振光.圆偏振光）的方案，说明了设计原理并行方案选择。最简单的分析工具就是偏振片，通过两个偏振片，一个用来起偏，一个用来检偏和一个测量偏振面旋转方向和方向的功率计。提出了测定偏振态的一些方法，重点是用琼斯矢量表示的偏振态的参数测定方法，偏振光和椭圆偏振光的测量。 最后利用偏振光实验装置，完成了偏振光的综合实验。根据方案设计实验光路，在实验中得到了波形和数据，验证了设计方法的正确性。 关键词：偏振片；波片，位相位移；双折射；波晶片
Abstract The electromagnetic wave theories, only secondary wave, the dissemination direction perpendicularity of its vibration direction and lights.The light vector makes the two vibration in the flat surface of a line at the perpendicularity, the vibration method of the wide vector, be called the light wave to be partial to flap the 态.The light vector cares a straight line up make JIAN3 XIE2 vibration, call line be partial to flap the light.If the track of the head of the light vector is oval( or circle), this kind of light call oval be partial to flap the light.Acquaint with to be partial to the physics characteristic of flap the light and be partial to flap the light the next in order to have a lot of special property 〉s to include for example and familiarly in eachly to difference toward sex lie quality:The double refract, the dizzled light effect, field with the result that the double refracts effect etc..Pass to use mathematics expression type and matrix to flap the light to carry on the detailed theories description towards being partial to.Designed several creations to be partial to flap the light completely on this foundation( the line is partial to flap the light.Oval be partial to flap the light.The circle be partial to flap the light) of project, explained that the design principle proceeds together the project choice.The most in brief analytical tool is to be partial to flap the slice, pass two be partial to flap the slice,1 uses to come to rise to be partial to, a power that uses to check to be partial to is partial to flap to face to revolve the direction and direction with a diagraph account.Putting forward the measurement is partial to some methods of flap , point is mean with the vector of be partial to and flap he parameter measurement method, be partial to flap the light and oval be partial to the diagraph of flap the light. The end makes use of to be partial to flap the light experiment device, completing to be partial to comprehensive experiment of flap the light.Experiment the light road according to the project design, got a form and datas in the experiment, verify the design accuracy of method. Keywords:polarizer；compensator；Phase displacement；double booklet； Wave chip
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
实验( 9 )偏振光的观察与研究 班级18020S01 学号1802004137 姓名沈豹组别 日期2020-6-5 指导教师 一．实验目的 1．了解光的五种偏振状态。 2．了解偏振光元件和偏振光的检验。 3．掌握马吕斯定律。 二．实验仪器 偏振光观察与研究的实验装置包括以下几个部分：光源（可发出多种类型激光）偏振片、波晶片（λ/2和λ/4波长）、光屏。 三．实验原理 为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。 1．产生偏振光的元件 在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。 将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。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。该方法是获得线 偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时, , ，若=1（为空气的折射率），则 图1 布儒斯特定律原理图 叫做布儒斯特角，所以通过测量布儒斯特角的大小可以测量介质的折射率。 由以上介绍可以知道利用反射可以产生偏振光，同样利用透射（多次透射）也可以 产生偏振光（玻璃堆）。 图2 格兰棱镜起偏、检偏原理 第二种是光学棱镜，如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用晶体的双折射的原理制 成的。在晶体中存在一个特殊的方向（光轴方向），当光束沿着这个方向传播时，光束不 分裂，光束偏离这个方向传播时，光束将分裂为两束，其中一束光遵守折射定律叫做寻 常光（o光），另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光（e光）。o光和e光都是线偏振 光（也叫完全偏振光），两者的光矢量的振动方向（在一般使用状态下）互相垂直。改变 射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向，沿着这个方向，o光和e光的传播速度相等，折射率相同。晶体可以有一个光轴，叫做单轴晶体，如方解石、石英，也可以有两 个光轴，叫双轴晶体，如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的 总成绩： 预习操作处理
偏振光的研究 2006.1.10 中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座前言 干涉和衍射—光的波动性 偏振—光是横波 光的偏振现象 偏振元件应用 S E H =? 光的矢量性—光是横波 K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。 在各向同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向。 自然光线偏振光
部分偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 部分偏振度 定义： min max min max I I I I P +-= 椭圆偏振光的形成（两个互相垂直的振动的合成） ) cos()cos(2010αωαω+=+=t E E t E E y y x x 椭圆方程式： 002121221002 022 022 /) (sin )cos(2 E E E E E E E E E E E y x y x y x y y x x ====--=--+ 正椭圆 πδαααααα 改变光的偏振态的方法 1、利用偏振片 2、利用反射现象 3、利用双折射晶体 光的散射 利用偏振片产生偏振光 马吕斯定律（1809年）和消光现象
菲涅耳公式 （只写出反射时的公式） ) sin()sin()tan() tan(r φθφθφθφθ+--== +-= = S S S P P P A R r A R 注：R ，A 为振幅 布鲁斯特角：12tan n n =θ 利用布儒斯特角产生偏振光
全反射时光的偏振态的改变 反射波的振幅比可以改写为： θ θθθθ θθ θ2 222222 222sin cos sin cos sin cos sin cos -+-+-=-+--=n n n n r n n r P S 1)(sin sin sin 12<=≥=n n n n n 全反射θφθ 当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时 P S i i P i i S e e i B i B n i i n n i n r e e i A i A n i n i r δβδαββθθθααθθθθ==-= -+-+-= ==-= -+--=--22 2122 2 2 22 222) exp() exp(sin cos sin cos ) exp() exp(sin cos sin cos P S δδ?-= 全反射时的相位改变 菲涅耳棱体
【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】 οοο58308250211=-=-=??p i οοο57307250212=-=-=??p i οοο57307250213=-=-=??p i οοο56306250214=-=-=??p i οοο58308250215=-=-=??p i οοο57307250216=-=-=??p i οοο56306250217=-=-=??p i ο577 7 1=+????+= p p p i i i 5399.157tan tan ===οn i p 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。
光学设计性实验论文
偏振光特性的研究 摘要： 实验目的： （一）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律。 （二）研究1/4波片的光学特性 （三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度） （四）研究物质的旋光特性 （五）观察石英晶体的旋光特性和测量旋光度 （六）观察旋光色散，并解释现象 实验要求： （一）掌握各种偏振光的特性。 （二）学会辨别各种偏振光。 （三）了解偏振光干涉和双折射现象 关键词： 偏振、马吕斯定律、1/4波片、偏振特性、偏振度、旋光特性、旋光色散。 引言： 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质，而光的偏振现象进一步验证了光波是横波。我们研究偏振现象不仅可以认识光的电磁波性质，而且可以对光的传播规律有许多新的认识。 实验原理： 1．偏振光的种类 光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且又垂直于光的传播方向．通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面．按光矢量的不同振动状态，可以把光分为五种偏振态：如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，则称为自然光；如果有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，则称为部分偏振光；如果光
矢量的大小和方向随时间作周期性的变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光． 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称为检偏器． 2．线偏振光的产生 (1)反射和折射产生偏振 根据布儒斯特定律，当自然光以 n i b arctan =的入射角从空气或真空入射至折射率为n 的介质 表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部分偏振光，b i 称 为布儒斯特角． 如果自然光以b i 入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射最后从玻璃片堆透射 出来的光也接近于线偏振光．玻璃片的数目越多，透射光的偏振度越高． (2)偏振片 它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光． (3)双折射产生偏振 当自然光入射到某些双折射晶体(如方解石、石英等)时，经晶体的双折射所产生的寻常光(o 光)和非常光(e 光)都是线偏振光． 3．波晶片 波晶片简称波片，它通常是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e 光和与光轴方向垂直的o 光两部分(如图1所示)．这两种光在晶体内的传播方向虽然一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同(为么?)．于 是，e 光和o 光通过波晶片后就产生固定的相位差δ， 即 l n n o e )(2-= λ π δ
实验三十 偏振光的观测与研究 一、 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、光电检流计（以上由实验室自备，我厂亦可代配）、偏振片、1/4波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、钠光灯。 三、 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。因为在大多数情况下，电磁幅射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，所以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；如果电矢量取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；若电矢量在某一确定的方向上最强，且各方向的电振动无固定相位关系，则称为部分偏振光。 偏振光的应用遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。 （一） 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φ时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，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： tgφ0=n （1） 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迭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。 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。 4．用偏振片可以得到一定程度的线偏振光。
偏振光的研究实验报告 篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告 偏振光的观测与研究 光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。 【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。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1．偏振光的基本概念 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相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的振动方向始终在某一确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构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原 － 子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，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间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样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．获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自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，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入