实验要求-偏振现象的观测和分析-2011-9
偏振现象的观察与分析
特角亦称全偏振角.对于空气的折
射率n1=1.00,玻璃的折射率
n2=1.50, 布儒斯特角约为 =56.3.
1.平面偏振光的产生与检验
（2）利用晶体的双折射起偏
当自然光入射到某些各向异性晶体（如冰洲石、石英） 时,在晶体内折射后分解为两束平面偏振光,并以不同速度 在晶体内传播,这种现象称为双折射.在方解石、石英等晶 体内,都有一个特殊方向,光沿这个方向传播时,不发生双 折射,这个方向称为晶体的光轴,通过光轴并与晶体表面正 交的平面称为主截面.若入射面与主截面重合则双折射产 生的两束平面偏振光的振动面互相垂直,其中一束光的振 动垂直于晶体主截面,称为寻常光（简称O光）.另一束光 的振动平行于晶体的主截面,称为非常光（简称e光）,在 晶体内只有沿光轴方向传播时O光和e光的速度相等,而沿 其它方向传播时它们的速度不相等.
2
no
ne
l
(3)
波片与圆偏振光和椭圆偏振光
O光与e光为两个同频率、有固定相位差,互相垂直的振 动,则两光的波动方程为
x Ae sin t
(4)
y Ao sin( t )
(5)
式中Ao=Asin,Ae=Acos .从（4）、（5）二式中消去t,得
x2 y2 2xy cos sin 2
光强I始终不变,则此入射光为自然光.而圆偏振光经过四分之一
波片后,成为一线偏振光.在旋转检偏器时,可以观察到(1)中所振光与部分偏振光的鉴别
在检偏器的前加一个1/4波片,然后旋转偏振器进行观察,此 时1/4波片的光轴应与只用检偏器观察时透射光为极大或极 小的方向重合,此时若有一位置视场全暗,则入射光为椭圆 偏振光,否则为部分偏振光.
1.平面偏振光的产生与检验
（1）利用反射（或透射）起偏
偏振现象的观测与研究
偏振化方向
实验原理/起偏与检偏、马吕斯定律
偏振化方向
P1
P2
θ
θ
偏振化方向
起偏
检偏
I = I0 cos2 θ
——马吕斯定律
振动方向 E = E0 cosθ
当 θ = 0o 时 I = I0 当θ = 90o时 I = 0
实验内容/3.1 检验激光的偏振度
偏振片 半导体激光
P
光功率计
检验偏振度
实验内容/3.2马吕斯定律的验证
偏振片 偏振片
半导体激光 P
P
光功率计
验证马吕斯定律
数据记录表格
表:1：半导体激光器的偏振度测量
1
2
4
5
Imax（μw） Imin（μw）
平均
I -I max min P= ---------
I +I max min
α
0° 5° 10° 15° 20° 25° 30° 35° 40° 45° 50° 55° 60° 65° 70° 75° 80° 85° 90°
一 实验目的
光的偏振在生活、生产和科研实践中有许多重要应 用，如摄影、立体电影、液晶显示都用到了光的偏 振。
1、通过验证马吕斯定律，初步认识光的偏振现象及 偏振状态，掌握起偏检偏的方法， 2、好需要学习计算机作图和函数拟合的方法。 3、通过测量偏振度，了解激光的偏振状态
二 实验原理/2.1光的偏振性
(2)部分偏振光：振动在某一方向上较强。
自然光
完全偏振光
部分偏振光
实验原理/2.2 光的偏振状态
偏振度的定义： P = I max − I min
+ I max I min
偏振光现象的观察与检验
偏振光现象的观察与检验光偏振现象的观察和检验⼀、实验⽬的1.观察光的偏振现象，了解偏振光的种类；2.掌握偏振光的产⽣及检验⽅法；3.了解波⽚的作⽤。
⼆、实验器材氦氖激光光源（1个），1/2波⽚（1⽚），1/4波⽚（1⽚），偏振⽚（2⽚），底座（4个），光电转换器（1个）。
三、实验原理（⼀）偏振光的种类光是电磁波，光的偏振现象表明光是⼀种横波，即电磁振动⽅向与光的传播⽅向垂直。
光作为电磁波，光波中含有电振动⽮量和磁振动⽮量，就光与物质的相互作⽤⽽⾔，起主要作⽤的是电⽮量，通常称电⽮量为光⽮量。
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。
根据光⽮量的振动状态，可以把光分为五种偏振态，结合图15-1认识下⾯⼏种偏振态的概念：1.⾃然光：如果在垂直于光的传播⽅向的平⾯内，光⽮量的振动⽅向是⽆规则地变化着的，且发⽣在各个⽅向的概率均等，即各个⽅向的平均振幅相等,称此种光为⾃然光。
2.部分偏振光：如果某些⽅向光⽮量的平均振幅较⼤，某些⽅向光⽮量的平均振幅较⼩，则称为部分偏振光。
3.线偏振光：如果光⽮量沿着⼀个固定⽅向振动，则称此种光为线偏振光或称平⾯偏振光。
4.椭圆偏振光：光⽮量的⼤⼩和⽅向都作规则的变化，在垂直于光的传播⽅向的平⾯内，光⽮量的⽮端运动轨迹是椭圆，称此种光为椭圆偏振光。
5.圆偏振光：当椭圆偏振光中光⽮量的⼤⼩不变，只是⽅向作规则的变化，光⽮量的⽮端运动轨迹是圆，称此种光为圆偏振光。
（⼆）线偏振光的产⽣1.⽤偏振⽚来获取线偏振光偏振⽚是⼀种具有⼆向⾊性的晶体，所谓⼆向⾊性是指该晶体对两个相互垂直振动的光⽮量具有不同的吸收本领。
当⾃然光通过⼆向⾊性晶体时，其中⼀⽅向的振动⼏乎完全被吸收，则透射出来的光为线偏振光。
2.反射和折射产⽣偏振光根据布儒斯特定律，当⾃然光以=arctan n的⼊射⾓⼊射到折射率为n的玻璃表⾯上时，其反射光为完全的线偏振光，振动⾯垂直于⼊射⾯，称为布儒斯特⾓。
此时透射光为部分偏振光，如果⾃然光以⾓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。
偏振光现象的观察和分析
偏振光现象的观察和分析摘要本实验用半导体激光通过偏振片来产生线偏振光，使其分别通过1/4波片和1/2波片，通过测量不同方向上检偏器透过的光的强度，判断出出射光的偏振态。
并证实了线偏振光通过1/4波片可以产生线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光，通过1/2波片可以产生线偏正光，验证了马吕斯定律。
一、引言振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。
只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。
在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。
凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。
偏振光的典型应用是偏光式3D 技术，其普遍用于商业影院和其它高端应用。
二、实验原理1.偏振光的种类光是一种电磁波，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。
图1 电矢量垂直于纸面的偏振光图2 电矢量平行于纸面振光【1】光的五种偏振态：①线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，②部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等。
③自然光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅相等。
④椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，若它们的频率相同并且有固定的位相差，则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。
⑤圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。
2.线偏振的产生（1）偏振片利用某些有机化合物的“二向色性”制成，当自然光透过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片方向的分量几乎完全被吸收，而平行方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。
偏振现象的观察与分析
偏振现象的观察与分析➢引言1809年, 法国工程师马吕斯在实验中发现了光的偏振现象。
对于光的偏振现象研究, 使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射等）的规律有了新的认识。
特别是近年来利用光的偏振性所开发出来的各种偏振光元件、偏振光仪器和偏振光技术在现代科学技术中发挥了极其重要的作用, 在光调制器、光开关、光学计量、应力分析、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件等应用中, 都大量使用偏振技术。
本实验通过一系列的观察与测量, 要求学生学习产生和鉴别各种偏振光并对其进行观察、分析和研究的方法, 从而了解和掌握偏振片、1/4波片和1/2波片的作用和应用, 加深对光的偏振的性质的认识。
➢实验原理1．偏振光的种类1)光是电磁波, 它的电矢量E和磁矢量H相互垂直, 且都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:2)自然光: 在与光传播方向垂直的平面内, 包含一切可能方向的横振动, 即光波的电矢量在任一方向上具有相同的振幅。
普通光源发光的是自然光。
3)线偏振光: 在光的传播过程中, 只包含一种振动, 其振动方向始终保持在同一平面内, 这种光称为线偏振光（或平面偏振光)。
部分偏振光: 光波包含一切可能方向的横振动, 但不同方向上的振幅不等, 在两个互相垂直的方向上振幅具有最大值和最小值, 这种光称为部分偏振光。
自然光和部分偏振光实际上是由许多振动方向不同的线偏振光组成。
2.椭圆偏振光: 在光的传播过程中, 空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动,且电矢量端点描出一个椭圆轨迹, 这种光称为椭圆偏振光。
3.圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光, 是椭圆偏振光的特殊情形。
4.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。
5.线偏振光的产生1)反射和折射产生的偏振2)根据布儒斯特定律, 当自然光以ib=arctan n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, 其反射光为完全线偏振光, 振动面垂直于入射面, 而透射光为部分偏振光, ib称为布儒斯特角。
偏振现象的观测与分析
实验十二 偏振现象的观测与分析实验目的１．观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解。
２．掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
实验仪器氦氖激光器，偏振片， 波片，玻璃片和支架。
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。
１．平面偏振光的产生（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 （5－10－1）称为布如斯特定律，如图5—10—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。
（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5—10—2所示。
分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180－１—图５10１０－２—图５度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。
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5—10—3所示，图中)(a 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。
偏振现象的观察与分析实验报告
偏振现象的观察与分析实验报告偏振现象的观察与分析实验报告引言：偏振现象是光学中一个重要的现象，它指的是光波在传播过程中，由于光波的电矢量在空间中的振动方向不同，导致光波的偏振状态发生变化。
通过对偏振现象的观察与分析实验，我们可以深入了解光的性质以及光与物质的相互作用。
实验目的：本次实验的目的是通过观察和分析不同光源的偏振现象，探究光的偏振性质，并进一步了解光的传播规律。
实验装置：实验装置主要包括：偏振片、光源、偏振片旋转台、偏振片检偏器、光屏等。
实验步骤：1. 将光源置于实验装置的一端，调整偏振片旋转台，使其与光源之间呈45度夹角。
2. 在光源的另一侧放置一块偏振片，将其与光源之间呈90度夹角。
3. 调整偏振片旋转台，观察光源通过两块偏振片后的光强变化情况。
4. 将偏振片检偏器放置在光屏的一侧，调整其角度，观察光通过检偏器后的光强变化情况。
实验结果与分析：通过实验观察和记录，我们得到了以下实验结果和分析：1. 光源通过偏振片后的光强变化情况：当光源通过第一块偏振片时，我们观察到光强发生了明显的变化。
当两个偏振片的振动方向平行时，光强最大；当两个偏振片的振动方向垂直时，光强最小。
这表明光源发出的光是具有偏振性质的。
2. 光源通过检偏器后的光强变化情况：在第一部分实验的基础上，我们进一步将偏振片检偏器放置在光屏的一侧。
通过调整检偏器的角度，我们观察到了光强的变化。
当检偏器的振动方向与第一块偏振片的振动方向平行时，光强最大；当检偏器的振动方向与第一块偏振片的振动方向垂直时，光强最小。
这说明检偏器可以选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光。
实验结论：通过以上实验观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 光源发出的光具有偏振性质，其振动方向可以通过偏振片的旋转来调节。
2. 偏振片检偏器可以选择性地通过或阻挡特定方向的偏振光，从而改变光的偏振状态。
3. 光的偏振现象与光的传播方向、振动方向以及介质的性质等因素有关。
偏振现象的观察与分析
偏振现象的观察与分析【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．掌握产生与检验偏振光的原理和方法。
【实验仪器】偏振实验箱【实验原理】一．偏振光的概念光的波动的形式在空间传播是一种电磁波，它的电矢量E与磁矢量H相互垂直。
矢量E和矢量H均垂直于光的传播方向Z,属于横波。
实验证明光效应主要由电场引起的,所以电场矢量E的方向定为光的振动方向。
自然光源(如日光,各种照明灯等等) 发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波合成的。
这些分子或原子的热运动和辐射是随机的, 它们所发射的光振动,出现在各个方向的几率相等,所以这样的光源发射的光对外不显现偏振性质,称之为自然光。
自然光经过媒质的反射,折射或者吸收以后,在某一方向上振动加强成为部分偏振光。
如果光在传播过程中,振动始终被限制在某一确定的平面内,称为平面偏振光,也称线偏振光或完全偏振光。
偏振光电矢量E的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的称为圆偏振光,是一椭圆的则称为椭圆偏振光。
二．获得线偏振光的方法自然光变成偏振光称作起偏,可以起偏的器件分为透射式和反射式两种。
(1)透射式起偏如上图，设光强为I 0的自然光照在一偏振片（起偏器）上，则自然光中振动方向与偏振片透振方向相同的电矢量以及其它方向的电矢量在这个方向的分量才能通过，成为线偏振光，因此光强变为21 I 0。
然后再照射在第二块偏振片（检偏器）上，该偏振片的透振方向与起偏器的透振方向夹角为θ，则出射光光强为：θ20cos 21I I = 这就是马吕斯定律 (2)反射式起偏自然光在两种媒质的界面处,如玻璃和空气的界面处反射和折射,当入射角为某一特定值时,反射光可以成为线偏振光,振动方向垂直于入射面, 与界平面平行,折射光为部分偏振光，这种现象由布儒斯特(Brewster) 首先发现,因此称为布儒斯特角,即起偏角。
根据折射定律可得： 12210101010sin sin cos sin n n i i i i tgi ===此式就是布儒斯特定律。
偏振现象的观测与分析
实验9 偏振现象的观测与分析光的偏振现象证实了光的横波性。
在光与物质相互作用时，横波振动着的电矢量起主要作用，电矢量的各种振动状态使光具有各种偏振态：自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
偏振光的用途很广，在某些仪器上用偏振光如“椭圆偏振测厚仪”，“光弹仪”，“测玻璃的应力仪”，“地震预测仪”等。
【实验目的】1.观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；2.掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
【实验仪器】手动偏振实验仪、激光源、发光二极管、光电转换接收器。
【实验原理】偏振光的产生与鉴别光的偏振现象比光的干涉和衍射现象更为抽象，不借助于专门的器件和方法，人的眼睛和光学接收器无法鉴别光的偏振特性。
1.自然光转化为线偏振光的方法（1）吸收法：偏振片（起偏镜或检偏镜）：常用的偏振片是由聚乙烯醇胶膜在碘溶液里浸泡，在高温下拉伸，在拉伸时这些链状分子被拉直，并平行排列在拉伸方向上，拉伸过的胶膜只允许振动取向平行的分子排列方向（此方向称偏振光的偏振轴）的光通过。
（2）反射法：当自然光在两种媒质的界面上反射或折射时，入射角达到一定的特定值时，反射光为线偏振光，其振动面垂直于入射面，这种特点的角称布儒斯特角，布儒斯特定律满足tgθ=n2/n1。
检验是否是线偏振光，可在其后加一检偏镜，检偏镜后放一白屏。
光线通过检偏镜，旋转检偏镜在白屏上看到有明暗的变化的光场。
（3）晶体起偏法：利用某些晶体的双折射现象来获得偏振光。
如尼科尔棱镜，格兰棱镜等。
2. 线偏振光转化成椭圆偏振光或圆偏振光线偏振光垂直地入射到一块1/4λ波片上，当偏振光的振动方向与1/4波片的光轴的夹角不为450角时，得到椭圆偏振光。
当偏振光的振动方向与1/4波片的光轴的夹角为450角时，即得到圆偏振光。
3.光电转换输出显示系统按照偏振光的特性调好光路后，即可通过光电转换输出显示系统来记录光的特性了。
当无光照射时，表头指示为零。
若不为零，调节调零旋钮，使指针位于零处。
偏振现象的观察与分析实验报告
偏振现象的观察与分析实验报告偏振现象是光学中一个非常重要的现象，它在生活和科研中都有着广泛的应用。
本次实验旨在通过观察和分析偏振现象，深入理解偏振光的特性和规律。
实验仪器和材料：1. 偏振片。
2. 偏振光源。
3. 旋转台。
4. 偏振光检测仪。
实验步骤：1. 将偏振光源放置在实验台上，并打开电源，使其发出偏振光。
2. 在偏振光源和旋转台之间放置偏振片，调整偏振片的方向，使其与偏振光源的偏振方向垂直。
3. 将偏振光检测仪放置在偏振片的后方，观察偏振光通过偏振片后的光强变化情况。
4. 通过旋转台旋转偏振片，观察偏振光通过偏振片后的光强变化规律。
实验结果：在实验中观察到，当偏振片的方向与偏振光源的偏振方向垂直时，偏振光通过偏振片后的光强最小；而当偏振片的方向与偏振光源的偏振方向平行时，偏振光通过偏振片后的光强最大。
通过旋转偏振片，可以发现光强会随着偏振片旋转角度的变化而周期性地发生变化。
实验分析：这一现象的产生可以通过偏振片的工作原理来解释。
偏振片是一种能够选择性地吸收某一方向光振动分量的光学元件，当偏振片的方向与偏振光源的偏振方向垂直时，偏振片完全吸收了偏振光的振动分量，导致通过偏振片后的光强最小；而当偏振片的方向与偏振光源的偏振方向平行时，偏振片不吸收偏振光的振动分量，通过偏振片后的光强最大。
结论：通过本次实验，我们深入理解了偏振现象的特性和规律。
偏振现象在光学和光电领域有着重要的应用，例如偏振片在液晶显示器中的应用等。
同时，对偏振现象的深入理解也为进一步的光学研究奠定了基础。
在今后的学习和科研中，我们将进一步探索偏振现象的原理和应用，为光学领域的发展贡献自己的一份力量。
实验报告电磁波的偏振现象观察与研究
实验报告电磁波的偏振现象观察与研究实验报告：电磁波的偏振现象观察与研究一、实验目的本次实验旨在深入观察和研究电磁波的偏振现象，理解偏振的基本概念和特性，探究偏振现象在不同条件下的表现和规律，以及其在实际应用中的重要意义。
二、实验原理电磁波是一种横波，其电场和磁场的振动方向相互垂直，并与电磁波的传播方向垂直。
当电磁波的电场振动方向在一个特定的平面内时，就称其为偏振电磁波。
偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振等不同类型。
线偏振光的电场振动方向始终保持在一个固定的直线方向上。
圆偏振光的电场矢量端点的轨迹是一个圆，其旋转方向可以是顺时针或逆时针。
椭圆偏振光的电场矢量端点的轨迹是一个椭圆。
通过使用偏振片，可以选择性地让特定方向振动的偏振光通过，从而实现对偏振光的检测和分析。
三、实验仪器1、激光光源2、起偏器3、检偏器4、光功率计5、旋转台四、实验步骤1、搭建实验装置将激光光源、起偏器、检偏器依次放置在旋转台上，并调整它们的位置，使激光能够依次通过起偏器和检偏器。
2、调节起偏器旋转起偏器，使通过起偏器的光成为线偏振光。
使用光功率计测量此时的光功率，记为 P₁。
3、旋转检偏器在保持起偏器位置不变的情况下，缓慢旋转检偏器，并使用光功率计测量不同角度下通过检偏器的光功率 P₂。
4、记录数据以检偏器旋转角度为横坐标，光功率 P₂为纵坐标，记录测量的数据。
5、重复实验改变激光光源的强度和波长，重复上述实验步骤，观察实验结果的变化。
五、实验数据与分析1、当起偏器和检偏器的偏振方向平行时，通过检偏器的光功率最大；当两者的偏振方向垂直时，通过检偏器的光功率最小，几乎为零。
这表明线偏振光通过与其偏振方向平行的检偏器时，光强不发生变化；通过与其偏振方向垂直的检偏器时，光强被完全阻挡。
2、随着检偏器旋转角度的变化，光功率呈现出周期性的变化，符合马吕斯定律：I ＝ I₀cos²θ，其中 I 为通过检偏器后的光强，I₀为通过起偏器后的光强，θ 为起偏器和检偏器偏振方向之间的夹角。
实验十一-偏振现象的观察与分析
实验十一偏振现象的观察与分析光波是电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波．由于普通光源各原子分子发光的随机和无序性，光波电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，反应不出横波特点，这种光称为自然光．如果限制了某振动方向的光而使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，这种光称为偏振光．对于偏振现象的研究在光学发展史中有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了更透彻的认识，本实验将对光偏振的基本性质进行观察、分析和研究．·实验目的1.观察光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，学会确定偏振片的透振方向，验证马吕斯定律；2．用反射起偏法测量平面玻璃的布儒斯特角，求得玻璃的折射率；3．了解λ/4波片、λ/2波片的工作原理和作用（任选其中部分内容）；·实验仪器光具座，He—Ne激光器，光点检流计，光电转换装置，GPS-Ⅱ型偏振光实验仪（包括偏振片×2，λ/4波片×2，λ/2波片×2，背面涂黑的玻璃片及刻度支架，小孔光阑，白屏）．图1 实验仪器（重拍）偏振片及刻度旋转装置：由直径为2cm的偏振片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是偏振片的透振方向．波片及刻度旋转装置：由直径为2cm的波片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是波片的快轴或慢轴的位置．·实验原理从自然光获得偏振光的办法有3种，即利用二向色性的材料制作的偏振片；利用晶体的双折射性质做成的偏振棱镜；利用光学各向同性的两介质分界面上的反射和折射．本实验中所用的偏振片是利用二向色性的材料制作的．一、起偏、检偏与马吕斯定律将自然光变成偏振光的过程称为起偏，检查偏振光的装置称为检偏．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：20cos I I θ= （12-1）式中I 0为入射线偏光的光强，θ为入射光偏振方向与检偏器透振轴之间的夹角．显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强度最大；当θ=090时，透射光强度最小（消光状态）；当00<θ<090时，透射光强度介于最大值和最小之间．因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态．实验中让入射光共轴依次通过两个偏振片，旋转检偏器，读出不同θ角下出射光的强度，验证马吕斯定律．二、布儒斯特定律和反射光的偏振当自然光在空气中以某角度入射至折射率为n 的透明介质表面时，若反射线与折射线垂直，则其反射光为完全的线偏振光，振动方向垂直于入射面；而透射光为部分偏振光．此规律称为布儒斯特定律，入射角称为布儒斯特角，如图11-2所示．arctgn i b = （12-2）实验中可通过用振动方向垂直于入射面的线偏光入射，再用检偏器检查反射光是否消光来确定布儒斯特角，求出玻璃材料的折射率n.图11-2 布儒斯特定律示意图三、λ/4波片与λ/2波片波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴．当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o 光与e 光．o 光电矢量垂直于光轴；e 光电矢量平行于光轴．而o 光和e 光的传播方向不变，仍都与表面垂直．但o 光在晶体内的速度为0v ，e 光的为e v ，即相应的折射率0n 、e n 不同．设晶片的厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差()r n n e o -=∆λπϕ2 （12-3）()l n n e -=0λπσ （12-4）式中λ为光波在真空中的波长．πσk 2=的晶片，称为全波片；ππσ±=k 2的称为半波片（λ/2波片）；22ππσ±=k 为λ/4片，上面的k 都是任意整数．不论全波片，半波片或λ/4片都是对一定波长而言．在直角坐标系下，以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴，则沿任意方向振动的平行光，正入射到波片的表面后，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量．透过晶片，二者间产生一附加位相差σ，离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于σ及入射光的性质．1.偏振态不变的情形：（1）自然光通过任何波片，仍为自然光；（2）若入射光为线偏振光，其电矢量E 平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都不起作用，出射光仍为原来的线偏振光．2.λ/2波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但与光轴成负θ角．即线偏振光经λ/2片电矢量振动方向转过了2θ角．（2）若入射光为椭圆偏振光，则经λ/2玻片后，既改变椭圆长（短）轴的取向，也改变椭圆的旋转方向；若入射光为圆偏振光，出射的只是改变了旋转方向的圆偏振光．3.λ/4波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，当θ角为450时，经λ/4波片后的出射光为圆偏振光，其余情况下为椭圆偏振光；（2）若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光；（3）若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光，（详见利萨如图11-3）．π2图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图·实验内容与步骤1．定偏振片光轴：把两个偏振片插入光具座，接入光电转换装置及光点检流计，调至共轴．旋转第二个偏振片，使光屏显示消光，此即表示起偏器的透振轴与检偏器的透振轴相互垂直．再从θ=00开始到900每隔100读一个光电流值，用坐标纸作图验证（12-1）式马吕斯定律．2．测量玻璃板的布儒斯特角，求得玻璃的折射率：在上述1的基础上，撤掉检偏器，将装有底座的待测玻璃片插入光具座，共轴调节后，使玻璃板的法线方向与入射光线重合，记录指针的位置．旋转玻璃片所在的平面，用白板跟踪接收反射光．当入射角在某个特定角附近，仔细旋转起偏器，观察接收屏上光强变化，当光强最小时固定起偏器，再微旋玻璃片的方位，找到光强最弱位置；重复上述调整至消光，此时读出光线对玻璃片的入射角即为玻璃板的布儒斯特角；测量5次，根据（12-2）式计算玻璃的折射率．且与标称值作比较，计算标准偏差．3．考察平面偏振光通过λ/2、λ/4波片时的现象：（选做）（1）在两块偏振片之间插入λ/2波片，旋转检偏器一周，观察消光的次数并解释这现象．（2）将λ/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏．把检偏器转动一周，观察发生的现象并作出解释．（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入λ/2波片，使消光，再将转150，破坏其消光．转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动的角度．（4）继续将λ/2波片转150（即总转动角为30度），记录检偏器达到消光所转总角度．依次使λ/2波片总转角为450，600，750，900，分别记录检偏器消光时所转过的角度．（5）使起偏器和检偏器正交，中间插入λ/4波片，转动λ/4波片使消光．再将λ/4波片转动150，300，450，600，读出相应的光电流，并分析这时从λ/4波片出来光的偏振状态．3.平面偏振光通过λ/2波片时的现象4.平面偏振光通过λ/4波片时的现象1．仔细阅读偏振光实验指导及操作说明书，操作中注意首先做“消除暗电流记录”的测试前准备；每步实验前在光具座上用小孔屏调整光路共轴；2．检测光电流时必须确认表针基本停稳后才可以读数（或指针波动大时估读中间值）．偏振光最普遍的来源之一是自然光经电介质表面反射这个无所不在的物理过程．人类生活中来自玻璃、水面等所有表面的反射光和散射光，一般都是部分偏振光．这个规律是马吕斯在1808年开始研究的．巴黎科学院悬赏征求双折射的数学理论，马吕斯就着手研究这个问题．一天傍晚，他站在家中的窗户旁边研究方解石晶体．当时夕阳西照，夕阳从离他家不远的卢森堡宫的窗户上反射到他这里来．他拿起了方解石晶体，通过它观察反射来的太阳的像．使他感到意外的是当转动方解石晶体时，双像中的一个像消失了．太阳下山之后，夜里他继续观察从水面上和玻璃面上反射回来的烛光来核实他的实验．≈56°时消光效果最显著．但在近用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP掠入射时，两个像都很明亮，无论怎样转动晶体，哪个像都不会消失．马吕斯显然很幸运，站在对着宫殿窗户的一个恰当的角度上．致使他发现了偏振光的规律．普通非晶体材料受到应力时变成各向异性，有双折射．用偏振光的干涉条纹分布的疏密和走向来确定材料的内应力大小．电光开关是指电场使某些各向透明的介质变为各向异性，使光产生双折射，称kerr effect，用电信号控制光信号．光电偏振研究在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件、晶体性质研究和实验应力分析等技术中有广泛的应用．中学物理课标对偏振及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉、衍射、偏振现象以及在生活、生产中的应用；2.用偏振片观察玻璃面反射光、天空散射光的偏振现象；3.用偏振片鉴别普通玻璃和天然水晶，探究这种技术的物理原理．本实验的构思亮点：因为不加布儒斯特窗的半导体激光器发出的光其振动方向与自然光相似，细光束的传播方向集中，使实验操作极大简化，物理思路更加清晰；光具座上可供选择的内容开放，可增加学生的动手动脑兴趣．（零点测量法）操作难点：微电流读数受环境和仪器的影响因素较多，难以准确读数，偏振元件旋转角度最小分度1°，组装粗糙，影响了测量精度．1.本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源的波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？2.在确定起偏角时，若找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因．3 .三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么元件？若能，试写出分析步骤．4. 在透振方向互相垂直的起偏和检偏两片偏振片中插入1/2波片，使光轴和起偏器的透振方向平行，那么透过检偏器的光是亮还是暗？为什么？将检偏器旋转90度，透出的光亮暗是否变化？5.波片加工精度和激光波长漂移会对1/4波片产生的光程差带来误差．试根据波片对线偏振光产生的位相差和光程差公式，对波片厚度和激光波长作一个半定量的估计一般以1/2波长为限．6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？关注检流计的量程并做适当调节．按要求处理实验数据，完成实验报告．7.本实验还有哪些操作难点？针对操作难点，摸索并掌握正确的调节的方法．尝试设计实验，探究圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法，并完成实验．。
7实验 偏振现象的观测与分析
实验七 偏振现象的观测与分析一、实验目的1 观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；2 掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
二、实验仪器氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜三、实验原理1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称检偏器。
按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。
沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差ΔΦ，当ΔΦ＝k π （k ＝0，±1，…）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当ΔΦ＝（2k ＋1）π/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 ΔΦ≠k π和ΔΦ≠（2k ＋1）π/2 时则为椭圆偏振光。
如图1所示。
（其中点表示垂直于纸面振动的光，直线为平行于纸面振动的光）2 偏振片：对某一方向的光有强烈的吸收，而对与之垂直的光振动则吸收很少，这样的波片称偏振片。
因此偏振片基本上只允许某一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。
3 由晶体双折射产生偏振一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o 光，一束e 光。
O 光遵从折射定律，e 光不遵从折射定律。
光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。
主平面：由光线和光轴组成的平面。
O 光的光振动垂直与主平面，e 光的光振动在主平面内。
4 半波片的原理如图（2）所示，当振幅为A 的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为α，则在晶片表面上o 光和e 光的振动分别为Asin α 和Acos α，它们的相位相同，进入晶片后，o 光和e 光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度，因此，经过厚度为d 的晶片后，o 光和e 光之间将产生相差δ。
而且有：d n ne o )(2-=λπδ 自然光： 部分偏振光： 线偏振光： 图1式中λ表示光在真空中的波长，no和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。
偏振光的观察与分析实验报告
偏振光的观察与分析实验报告偏振光的观察与分析实验报告引言：偏振光是一种特殊的光，它的光波振动方向在特定平面上进行。
在本次实验中，我们将通过观察和分析偏振光的性质，深入了解它的特点和应用。
实验目的：1. 了解偏振光的基本概念和性质；2. 学习使用偏振片来观察和分析偏振光；3. 探索偏振光在不同材料中的传播和反射规律。
实验材料与装置：1. 偏振片：实验中使用的是线偏振片，它能够通过选择性地吸收光波振动方向，使只有特定方向的光通过；2. 光源：我们选择了一台稳定的白光源，以保证实验的准确性；3. 透明材料：实验中使用了不同材料的透明片，如玻璃、塑料等。
实验步骤：1. 准备工作：将白光源放置在实验台上，并将偏振片放在光源前方；2. 观察现象：逐渐旋转偏振片，观察光的亮度变化；3. 分析结果：记录光的亮度变化情况，并尝试解释其中的原因；4. 材料测试：将透明材料片放置在光源和偏振片之间，观察光的透过情况；5. 分析结果：记录不同材料下的光透过情况，并进行比较和分析。
实验结果与分析：通过观察和分析，我们发现以下几个重要结果：1. 偏振片旋转对光的强度有明显的影响：当偏振片的振动方向与光的振动方向垂直时，光的强度最弱，当二者平行时，光的强度最强；2. 不同材料对光的透过情况不同：玻璃等晶体材料对特定方向的光透过性较好，而塑料等非晶体材料对光的透过性较差；3. 光的偏振性是由光的振动方向决定的：在通过偏振片后，只有与偏振片振动方向平行的光能够透过，垂直方向的光被偏振片吸收。
结论：通过本次实验，我们深入了解了偏振光的观察和分析方法，并得出以下结论：1. 偏振光的强度与偏振片的振动方向有关，旋转偏振片可以改变光的强度；2. 不同材料对偏振光的透过性不同，这种差异与材料的晶体结构有关；3. 偏振片可以选择性地透过特定方向的光，这为光的分析提供了一种有效手段。
实验意义与应用：偏振光的观察与分析在许多领域都有重要的应用价值。
偏振现象的观测与分析
实验十二 偏振现象的观测与分析实验目的１．观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解。
２．掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
实验仪器氦氖激光器，偏振片， 波片，玻璃片和支架。
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。
１．平面偏振光的产生（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 （5－10－1）称为布如斯特定律，如图5—10—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。
（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5—10—2所示。
分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180－１—图５10１０－２—图５度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。
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5—10—3所示，图中)(a 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。
偏振现象的观察与分析研究
1）将五种偏振光分成三组，首先鉴别出线偏振光
在入射光前面放置偏振片 ，将 旋转一周，边旋转边观察出射光强的变化。若出射光强有变化，并且有光强变为零的消光位置，则入射光是线偏振光；若出射光强没有变化，则入射光为自然光或圆偏振光；若出射光强有变化，但光强始终不等于零，则入射光为部分偏振光或椭圆偏振光。
2）鉴别自然光和圆偏振光
1.2.8光束通过波晶片后偏振态的改变
平行光垂直入射到波晶片后，分解为 分量和 分量。透过晶片，二者之间产生一附加位相差 。离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于 及入射光的性质。
自然光通过波晶片，仍为自然光。因为自然光的两个正交分量之间的位相差是无规则的，通过波晶片，引入一个恒定的位相差 ，其结果还是无规则的。
式中 为光波在真空中的波长。 的晶片，称为全波片； 者为半波片； 为 片，以上的 都是任意整数。不论全波片、半波片或 片都是对一定波长而言。
以下直角坐标系的选择，使以 振动方向为横轴， 振动方向为纵轴（以 轴为x轴， 轴为y轴亦可）。沿任意方向振动的光，正入射到波晶片的表面，其振动便按此坐标系分解为 分量和 分量。
关键词：偏振光马吕斯定律 布儒斯特角波片 旋光现象
Observation and Analysis of Polarization
Abstract:The study of the subject is commonly used in optical experiments to the experimental apparatus and the polarized nature of light polarization, and optical rotation experiment in which the content was expanded. Mainly includes the following sections: The first part of the experimental apparatus WZP-1 polarized light a brief description of the structure and principles; second part is the basics of optics (particularly polarized light) is introduced, including the classification of light, polarized light access to, wave chip, half slide, slide a quarter; third part is the regulation of polarized light and use of experimental apparatus, including instruments of regulation, experimental theory, experimental procedure, experimental results and analysis and processing, experimental Note.
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北京师范大学物理实验教学中心普通物理实验室
偏振现象的观测和分析
实验仪器：
激光器，光电接收器，偏振片2个，1/2波片，1/4波片，玻璃片，白屏。
实验要求：
一、 线偏振光的产生与检验
激光器做光源，光电接收器前放偏振片1、2。
将上述仪器调等高共轴。
旋转偏振片2 (即检偏器)，定性观察强度的变化，几个零值。
从某个光电流为零的位置开始，旋转偏振片2一周，每隔150记录一次光电流的数值。
在坐标纸（直角坐标或极坐标）上画出光强随检偏器角度的变化图，并解释实验结果。
提示：在光强最强处选择合适的光电接收器量程，在无光照射条件下校准零点，测量过程不要改变量程。
二、 波片性能的测定
1. 1/2波片的研究
（1）调节偏振片2，使得透射光最小（消光）。
在两偏振片之间加入1/2波片，旋转1/2波片，使透射光强最小，记录下波片和偏振片2的位置（角度）。
（2）1/2波片改变一定的角度Δθ（比如....40,30,20,10 ），旋转检偏器，测量光强最小时检偏器相对初始位置的角度变化Δφ。
研究Δφ与Δθ之间的关系。
总结线偏振光透过1/2波片后偏振状态的变化规律。
2．1/4波片的研究
（1）取下1/2波片，旋转检偏振片使光电流为零，记录此时检偏振片的角度。
把1/4波片放到两偏振片中间，旋转波片一周，记录光电流为零时的次数和角度，求出相对入射线偏振光振动方向间的角度。
（2）从某个光电流为零的位置开始，把1/4波片转过150，记录光电流数值。
旋转检偏振片一周，每隔150记录一次电流值。
画出光强极坐标分布图，说明实验结果所反映的波片性质。
（3）从某个光电流为零的位置开始，把1/4波片转过450，记录光电流数值。
旋转检偏振片一周，每隔150记录一次电流值。
画出光强极坐标分布图，说明实验结果所反映的波片性质。
三、 平面镜反射起偏，Brewster 角的测量（选做）
将玻璃片放置在载物台上，使激光经过起偏器后在玻璃面上反射，用白屏接收观察反射光的起偏程度。
旋转偏振片找到光强极小位置，转动载物台，仔细找到光强为零的角度（探索调节的方法，理论上应该能够消光），记录游标读数1θ；转动载物台，让激光从平板玻璃的另一个反射面入射，旋转
偏振片找到光强极小位置，转动载物台，仔细找到光强为零的角度，记录游标读数2θ。
则Brewster 角为21
22--θθπ。
求玻璃的折射率。
注意：
1、眼睛安全：严禁直视激光器！仪器安全：禁止手摸玻璃仪器表面。
2、由于激光有相当大的偏振度，只有透射光很强而反射光很弱时才能保证达到了Brewster 角。
课后问题：
如何判别圆偏振光和自然光？给出实验方案和预期结果。