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

动能够朝着不同方向振荡的性质。

1.1 分类

根据光矢量振动情况划分光的偏振状态：

自然光（如Figure 2）：通常，普通光源发出

的光波，其光矢量的振动在垂直于光的传播方向

上作无规则取向，但统计平均来说，在空间所有可

能的方向上，光矢量的分布可看作是机会均等的，

它们的总和与光的传播方向是对称的，即光矢量具有轴对称性、均匀分布、各方向振动的振幅相同的性质，这种光称为自然光。

部分偏振光：如果光矢量的振动虽然取所有方向，但是不同方向的振幅大小可能不同，这种光就称为部分偏振光，如Figure 3中“• ”表示光垂直入射面，“ — ”表示光振动平行于入射面。

线偏振光：在光的传播方向上，光矢量只沿一个固定的方

向振动，这种光称为平面偏振光，由于光矢量端点的轨迹为一

条直线，所以也叫做线偏振光（Figure 4）。光矢量的方向和光

的传播方向所构成的平面称为振动面。线偏振光的振动面固定

不动，不会发生旋转。

椭圆偏振光、圆偏振光：当两个相互垂直的振动同时作用

于一点时，若它们的频率相同并且有固定的位相差，光矢量末

端在垂直于传播方向的平面上描绘出的轨迹呈椭圆形或者为圆

形（Figure 6），这样的偏振光称为椭圆偏振光或圆偏振光（Figure 5）。 Figure 2自然光

Figure 3部分偏振光

Figure 4线偏振光

2 偏振光的产生

采取一些物理方法能将自然光变成偏振光，常用的方法有以下三种：

2.1 反射折射（透射）法

将自然光照射在透明（或不透明）

的光滑介质表面（如玻璃）产生反射和

折射（透射）时，反射光经过和折射的

透射光都成了部分偏振光如图（Figure

7）。图中“• ”表示光垂直入射面，

“ — ”表示光振动平行于入射面。这

两束光部分偏振光的区别在于反射光

中的光振动垂直于入射面的部分占优

势；而折射光中光振动平行于入射面的

占优势。占优势程度（即偏振度）与入

射角i 有关。当入射角i 满足 n n n i i cot cot 2

10=== 时，反射光成为线偏振光，其振动面垂直入射面。上式中i 角称为布儒斯特

（D.Brewster ）角（又称起偏振角、全偏振角）。但这时的折射光仍为部分偏振光，只是偏振程度大最大。为了增加折射光的偏振程度，可以把许多玻璃片叠起来成为玻璃片堆。当自然光以布儒斯特角入射时，经过玻璃片堆的多次反射和折

射，折射光中振动垂直入射面的部分越来越少，透射光的偏振程度就越来越高。

Figure 7反射和折射产生部分偏振光

Figure 6椭圆偏振光的形成

Figure 6椭圆偏振光、圆偏振光