椭圆和圆偏振光的检验与获得
(物理光学)第十五章_光的偏振和晶体光学基础-5
O
1 2 cos , sin 2 2 G＝ 1 sin 2 , sin 2 2
检偏器透光轴与x’轴夹角 是，其琼斯矩阵为：
1 2 1 2 cos , sin 2 A cos A sin 2 2 A1 1 2 2 E出 GE入＝ A iA 1 2 sin 2 , sin 2 2 1 sin 2 iA2 sin 2 2
2、偏振分光镜与/4片组合
Io/4
Io Io/2 普通分光镜
Io/2 Io Io Io 偏振分光镜
稳频He-Ne激光 (He-Ne laser)
压电晶体(Piezoelectric crystal)
/2片
/4片
被检面
偏振分光 棱镜 prism
检偏器
TV相机
非球面测定用干涉仪
itg
2 1
结论：
1）从1/4波片出射的是线偏光。出射线偏光的光矢量 与x轴的夹角=/2。
2）旋转检偏器可测得，故可求，即求得了待测玻璃的 双折射率之差，从而分析了玻璃内部的应力情况 。
二、会聚(Convergence)偏光仪的干涉
P
C
A
会聚偏光仪干涉装置
透过厚度为d的晶片时两束出射光之间的相位差：
半影式检偏器工作原理 原理
结构： P H A
y
P1
O H1
’ ’
H2 P2 A
x
2 2 I1＝OH1 sin ( ' ) 2 2 I 2＝OH 2 sin ( ' )
2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y y’ C2 A2 x’
【大学物理实验(含 数据+思考题)】偏振光的特性研究实验报告
实验3.4 光的偏振特性研究一、实验目的（1）了解自然光和偏振光的定义及特性。
（2）观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法。
（3）了解波片的作用和用波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。
二、实验仪器GSZ-Ⅱ光学平台（配有光具座、氦氖激光器及电源、扩束镜、偏振片、波片、观察屏等）。
三、实验原理1.自然光和偏振光的定义自然光：由普通光源所发射的光波，在光的传播方向上，任意一个场点，光矢量既有空间分布的均匀，又有时间分布的均匀性。
偏振光：光矢量相对于光的传播方向分布的非对称性。
部分偏振光：光波光矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势。
平面偏振光：光在传播的过程中光矢量的振动只限于某一特定的平面内。
圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量以一定的角速度转动它的方向，但大小不变，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个圆。
椭圆偏振光：在光的传播方向上，任意一个场点光矢量即改变它的大小，又以一定的角速度转动它的方向，其光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的投影是一个椭圆。
2.偏振光的产生及检验方法（1）平面偏振光的产生和检验方法：产生：本次实验中我们利用偏振片来生成平面偏振光。
偏振片是由具有二向色性的晶体制作成的，这些晶体对不同方向振动的光矢量具有不同的吸收本领，当自然光入射到这些晶体上时，透射光的光矢量仅在某一个特定的方向上，形成了平面偏振光。
检验：线性偏振光通过检偏器后，按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器，透射光的强度为I=I0cos2α,α=0/π时，透射光的强度最大，当α= (π/2)/(3π/2)时，透射光的强度为0，出现消光现象。
所以偏振器旋转一周，透射光的强度将发生强弱变化，并且消光两次，根据这个特点可以检测是否有平面偏振光。
（2）椭圆和圆偏振光的产生和检验方法：产生：波片是光轴平行于晶面的各向异性晶体薄片。
双折射是光束入射到各向异性的晶体，分解为两束光而沿不同方向折射的现象。
ch5-7椭圆偏振光的获得和检验
•
Ex = A0 cos ωt 则经过波片后 = E y A0 cos(ωt ± π / 2)
Ex E = ± x0 Ey Ey0
y Ey0 E
结论：椭圆蜕变为直线，合振动仍为平面偏振光。 合振动的振动方向与x轴夹角：
θ
Ex0 x
tan θ =
Ey Ex
=±
Ey0 Ex0
2 x0 2 y0
y E Ay0
θ
合振动的振幅：
E0 = E + E
Ax0
x
E x = E x 0 cos(ωt ) E y = E y 0 cos(ωt − δ )
左旋 右旋
δ =0
π/4
π/2
3π/4
π (−π)
5π/4 (-3π/4)
3π/2 (-π/2)
7π/4 (-π/4)
2π
两正交平面偏振光的合成
③圆偏振光：δ =±(2m+1)π/2（m=0, 1, 2, 3, ···），且Ex0=Ey0=E0。 椭圆方程简化为：
2 E x2 + E y = E02
合光矢量末端的轨迹为一个椭圆，该椭圆与以 Ex=±Ex0 和 Ey=±Ey0 为界的矩形框 内切，其旋转方向及长短轴的方位与两叠加光波的相位差δ 有关。
y Ey0
Ey wt Ex Ex0 x
正交振动的合成
①平面偏振光： δ =±mπ （m=0, 1, 2, 3, ···），即两光波同相（或反相） 椭圆方程简化为：
椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
一、 圆偏振光和椭圆偏振光起偏 晶体相移器件
1、椭圆和圆偏振光获得（思路及装置） （一种相移元件）
思路： 根据振动方向相互垂直、频率相同的两个简谐振动能够合
成椭圆和圆的原理，可有双折射现象获得椭圆和圆偏振光。
分析： 自然光入射到晶片上，
光轴
出射光仍为自然光。（无恒定的相位差）晶片
d
自然光透过晶片是得不到椭圆和圆偏振光的。 o e
线偏振光入射到晶片上，可分解为振动方向相 互垂直的 e 光和 o 光。
晶片：光轴 平行于表面 的晶体薄片
出射光为振动方向相互垂直的、具有固定位相关
系的线偏振光 椭圆和圆偏振光
2、椭圆和圆偏振光起偏装置（光路图） 光轴
y
λ
Ae
A0
？ x
P2 A2e
若单色光入射，且d不均匀， 则屏上出现等厚干涉条纹。色
若若dd均不匀均不匀变，，且而以以白白光光入入射射，，则则屏屏上上出出现现彩均色匀条的纹颜。色。偏振
色偏振： 由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色
如 红色相消→绿色；蓝色相消→黄色
二、人为双折射
人为地造成介质的各向异性，而产生双折射。
A出
Ae 正最大时，Ao为负最大
A入
线偏振光振动面转过2 角度 A0出
A0入
1/2波片的作用—— 使线偏振光振动面转过2 角度
二、椭圆偏振光与圆偏振光的检偏
用1/4 波片C 和偏振片P 可把自然光与圆偏振光
（或部分偏振光与椭圆偏振光）区分开来。
自然光 圆偏振光
自然光 四 分 线偏振光 之
一、偏振光的干涉
P1
AC
Ao
偏振光的研究和检测
1，自然光通过检偏器 由于自然光具有轴对称性，将光强为Io的自然光中每一个光矢量都在x,y两个方向上分
解，因此有Ix=Iy=Io，这说明肉然光可以等效为等幅(Io/2) 、无确定相位关系、阻取向任意 的两个正交的线偏振光。
如图44-1所示,Ip- θ曲线应为一条直线。
2.线偏振光通过检偏器——马吕斯定律 马吕斯定律指出，一束如图44-2所示光强为Io的线偏振光，通过检偏器的透射光强为
人眼仅对光的强弱变化敏感，而无法直接感知光的各种偏振态，必须借助检偏器，研 声透射光强的孪化来判定光的偏振态。检偏器(或起偏器)是二种只允许某一振动方向光通 过的光学器件，当它用来产生线偏振光时称为起偏器，用来检验线偏振光时称为检偏器。 常用的检偏器有两类：一类是利用材料对不同方向的电磁振动具有选择吸收特性的原理制 成的，称为偏振片；另一类是用双折射晶体制成的特殊棱镜,如尼科耳棱镜,格兰棱镜等,这 类棱镜的透光率和偏振度远高于偏振片。在检偏器上能够让电矢量充分透过的方向称为透 振方向，记作P，与P正交的方向上的电矢量将被强烈吸收而无法透过，称为消光方向。
2.线偏振光的检验 将起偏器的起偏角定在偏振方向为0”的位置，然后旋转检偏器找到光强最大的位置，
记录功率计的读数，而后每隔30”记录一次透射光强的数值，直到旋转一周后出现两次极 大和两次“消光”。画出透射光强随角度变化的曲线与理论曲线相比较，验证马吕斯定律 。
3. 1/4波片的摆正 旋转检偏器使PA正交，在起偏器与检偏器之间放一1/4波片，调节波片使激光束通过
3.椭圆偏振光
角度 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 光强 0.08 0.34 0.99 1.30 1.02 0.42 0.08 0.34 0.95 1.26 0.99 0.34 0.08
椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
(no ne )d (2k 1) / 2 , k 0,1,2 相干相长 (no ne )d k , k 1,2
相干相消
• 偏振片M与N的透振方向相互平行（M//N)
AeN A cos cos
M
N
c
AeN
Ae
AON A sin sin
17-7 人为双折射现象
• 光弹现象
E M
F
现已成为光测弹性学基础。
N
o
• • I
0
I0 2
o' F
透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向 异性，与OO’为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。 实验表明，在一定胁强强范围内：
S为材料 E受力的面积。
k 为胁强光学系数
F (ne no ) k S
d
波长片
任意 1/2波片
任意
00或900
出射光的偏振态
与入射光偏振态相同
与入射光偏振态相同 出射线偏光振动方向与入射光 振动方向对于光轴对称，两者间夹角2 圆偏振光 线偏光 长短轴之比为tan或Ctan 的正椭圆偏光 椭圆偏振光
450
1/4波片 非波片 非半波片 非波片 非半波片 非1/4波片
M
N M
• • I
0
•• 色偏振（互补原理的应用）
取不同厚度的云 母片将它们贴在 玻璃板上，放在 两个用白光照明 的正交偏振片M、 N 之间，其厚度 MN 使其呈现红、绿、 蓝三色。 当M、N平行时，则呈现青、品、黄。
M // N
白光中去掉红为青；白光中去掉绿为品；白中去蓝为黄。
这两个偏振片在由正交向平行方位过渡时， 出射光的颜色，亮度发生变化的现象，称 为色偏振。
7.3圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验(修改版)(课堂PPT)
Ey E O Ex
P
I0
I
圆偏振光
旋转偏振片P一周，出射光强不变化
出射光强为：I
1 2
I0
E2
2）椭圆偏振光通过旋转的检偏器后光强的变化
P
y Ey
E
I0
P I
x O Ex
椭圆偏振光
偏振片处于任意位置时：Em E EM
旋转偏振片一周，没有消光现象。
出射光强为：I m I I M
4．通过波晶片后光束偏振态的变化
§3 圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验
都可看成是相互垂直并有一 定位相关系的两个线偏振光的合 成。
给出了从自然光获得圆偏振 光和椭圆偏振光的一种方法。
1．垂直振动的合成 设两个垂直分振动为
Ex Ax cos(t) Ey Ay cos(t )
求合振动的偏振态？
y x
1） 0或 时
传播速度不同形成的相位差。
2
(ne
no )d
从波晶片出射后形成的总相位差：出＝ 入＋
5）产生圆偏振光的办法 设入射到波晶片上的线偏振光的振幅为A， 振动方向与 e轴夹角为
（1）让： / 4
（2）选取 / 2 波晶片。
则：Ee A cos , Eo A sin , Ee Eo
入 0, , / 2, 出 入 / 2
4）区分左旋或右旋圆偏振光
（1）区分光路如图所示：
圆偏振光 o e
透振方向
K
K P
K为 / 2 的 / 4 波晶片，偏振片P上
的斜线为其透振方向。
（2）区分步骤：
（a）旋转偏振片，边旋转边观察， 出现消光位置时停止旋转，
（b）若偏振片透振方向位于一三象限内， 则入射光为左旋圆偏振光。
12.5 椭圆偏振光和圆偏振光
通常区分圆偏振光和自然光的方法是在检偏器上加上一 块四分之一波片。圆偏振光通过四分之一波片后变成线偏振光， 块四分之一波片。圆偏振光通过四分之一波片后变成线偏振光， 这样再转动检偏器时就可观察到光强有变化， 这样再转动检偏器时就可观察到光强有变化，并出现最大光强 和消光。如果是自然光，通过四分之一波片后仍为自然光， 和消光。如果是自然光，通过四分之一波片后仍为自然光，转 动检偏器时光强没有变化。 动检偏器时光强没有变化。 检验椭圆偏振光时，应使四分之一波片的光轴方向平行 检验椭圆偏振光时， 于椭圆偏振光的长轴或短轴， 于椭圆偏振光的长轴或短轴，这样椭圆偏振光通过四分之一 波片后也变成线偏振光， 波片后也变成线偏振光，而部分偏振光通过四分之一波片后 仍为部分偏振光。 仍为部分偏振光。
d=
λ
2( n o − n e )
5. 椭圆偏振光和圆偏振光的检验
当入射到检偏器上的光是圆偏振光或椭圆偏振光时， 当入射到检偏器上的光是圆偏振光或椭圆偏振光时，随着 检偏器的转动，对于圆偏振光， 检偏器的转动，对于圆偏振光，其透射光强将和自然光的 情况一样，光强不变化；对于椭圆偏振光， 情况一样，光强不变化；对于椭圆偏振光，其透射光强的 变化和检验部分偏振光是的情况一样。因此， 变化和检验部分偏振光是的情况一样。因此，仅用检偏器 观察光强的变化，无法将圆偏振光和自然光区分开来； 观察光强的变化，无法将圆偏振光和自然光区分开来；同 样也无法将椭圆偏振光和部分偏振光分开。 样也无法将椭圆偏振光和部分偏振光分开。 圆偏振光和自然光或者椭圆偏振光和部分偏振光的根本区 别是相位关系的不同。 别是相位关系的不同。圆偏振光和椭圆偏振光是由两个有确 定相位差的互相垂直的光振动合成的， 定相位差的互相垂直的光振动合成的，合成光矢量作有规律 的旋转。 的旋转。而自然光和部分偏振光在不同振动面上的光振动是 彼此独立的， 彼此独立的，因而表示它们的两个互相垂直的光振动之间没 有恒定的相位差。根据这一区别就可以将它们区分开。 有恒定的相位差。根据这一区别就可以将它们区分开。
偏振棱镜 波晶片 圆和椭圆偏振光的产生和检验
入射 0
出射 入射 2
Ae
A
Ao
光轴
Ae
Ao
0o ,45o ,90o
Ao Ae
2
一束线偏光经过四分之
一波片，且 0o ,45o ,90，o 则出射的光为椭圆偏振光
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
3、线偏光通过四分之一波片的偏振态
入射 0
出射 入射 2
Ae
A
Ao
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
自然光
线偏光
线性起偏器
圆偏光
线偏光
线性起偏器
出射光光强 不发生改变
不能用线性 起偏器将自 然光和圆偏 光分辨开
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
2、圆偏振光的检验
圆偏光
线偏光
线偏光
四分之一波片
线性起偏器
旋转线性起偏器一周，会出现消光现象。
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
确定值
一束自然光经过任意波片， 出射后仍为自然光。
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
2、线偏光通过半波片的偏振态
入射 0
Ae
A
Ao
光轴
出射 入射
A
Ae
Ao
Ao
一束线偏光经过半波
片，出射后仍为线偏光，
其振动面转过 2α角度。
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
3、线偏光通过四分之一波片的偏振态
d
2
no ne d (2k 1)
noned(k1 ) 2一、波晶片
3、四分之一玻片 光轴
d
2
no
ne
d
( 2k
1 2
)
no
ne
圆及椭圆偏振光的获得和检验
♀能否采用把两束光矢量相互垂直的光，改造 成振动面相互平行的光？ 分振动面法（分波前法、分振幅法）
一、 干涉装置及各光学元件的作用 p1 的作用是将自然光改造成线偏振光。
波片的作用:1) 分振动面把线偏振光分成振动相互垂直，
振幅不同的o光和e光；2)是产生固定的位相差
p2
c k (no ne )d
都是左旋的
与坐标系的取法无关
快轴就加，慢轴就减！
线偏振光通过1/4波片也可获得圆偏振光
• 如果入射光的电矢量与光轴间的夹角为45o
Ex Ax cos t E y Ay cos(t 0) Ex Ax cos t E y Ay cos(t )
例题：
• 平行自然光相继垂直照射到一透明物P和一个四
分之一波片Q上，无论P和Q怎样绕OO΄旋转，总
可以在Nicol棱镜N后得到一个消光位置。问：
1)入射到Q上的说什么光？ 2) P为何物？
P O Q
N
O΄
§5.7 平行偏振光的干涉
• 产生干涉的三个必要条件 • 线偏振光通过波晶片后可分成o光，e光。它 们是两束光矢量相互垂直、频率相同、位相 差恒定的光 一般合成为椭圆偏振光。 不会产生干涉！
I0 A12 2 c (1 cos n0 ne )d 相同的条件下，两偏振片 平行和正交时，两者总相位差为π。 • 这两种情况的干涉光强互补，即
I I11 A0 C
2
若两偏振片正交，光强最大即
I I M A0
P1
o
e
P2
o
P1
e
P2
显色偏振现象
偏振片P 1 双折射晶体
圆偏振光和椭圆偏振光
Ex
E
y
1
i
E0ei0
考虑到光强 I = E2x + E2y，有时将琼斯矢量的每一个
分量除以 I ， 得到标准的归一化琼斯矢量。
10, 10,
x
y
2 2
11,
cos sin
,
45
2 2
1i ,
左旋
2 1 2 i
右旋
如果两个偏振光满足如下关系，则称此二偏 振光是正交偏振态：
2
Ey E0 y
2
2
Ex E0 x
Ey E0 y
cos
sin
2
式中：=yx 。这个二元二次方程在一般情况下表
示的几何图形是椭圆，如图所示。
y
y
x
b
2E0y
O
x
a
2E0x
椭圆偏振参量
一般而言，相位差 和振幅比 Ey/Ex 的不同，决定了椭圆形
状和空间取向的不同，从而也就决定了光的不同偏态。
Ex
E
y
E0 E0
e i x
x
ei y
y
这个矩阵通常称为琼斯矢量。是确定光波偏振态的一
种简便方法。对于在I、III象限中的线偏振光，有
x = y = 0 。琼斯矢量可表为：
Ex
E
y
E0 x
E0
y
ei0
对于左旋、右旋圆偏振光,
y x = ±/2，E0x = E0y = E0
e 2
i
Ex
“”号对应右旋圆偏振光，“” 左旋圆偏振光。
通常规定逆着光传播的方向看，E顺时针方向旋转时，称 为右旋圆偏振光。反之，称为左旋圆偏振光。
怎么用自然光获得线偏振光部分偏振光椭圆偏振光和圆偏振光
怎么用自然光获得线偏振光部分偏振光椭圆偏振光和圆偏振光线偏振光，椭圆偏振光和圆偏振光都是偏振光的种类。
自然光是一种随机产生的光，可以用来产生偏振光。
这里我们来介绍一下如何用自然光获得不同类型的偏振光。
一、线偏振光获得线偏振光的第一步是准备一个棱镜。
棱镜也叫做偏振棱镜，它的特点是有两个棱两个面，并且当光线过去的时候，它会把光线分开为两种型态。
其中一种通过棱镜被分解变成线偏振光，而另一种则沿着棱镜表面反射出去。
要获得线偏振光，可以将一份自然光从棱镜的波面传播进去，可以看到随着光的传播，光的偏振现象也出现了。
在这个过程中，我们可以看到棱镜表面会变成一枚晶格，随着距离的增加，晶格的正方形就会发送出来的光也一样在表面上会出现线偏振的现象，可以使用摄像机把它拍下来，以此来获得线偏振光。
二、椭圆偏振光要获得椭圆偏振光，需要准备一个旋转偏振滤波片。
它是一个半透明的片子，具有旋转偏振特性，这意味着当从外部把一些光线进行旋转的时候，片内的光线会由垂直向水平偏振。
要获得椭圆偏振光，先将一份自然光照射在旋转偏振滤波片上，接着不断地将这片滤光片旋转，可以看到随着角度的变化，片内会正好出现一些椭圆形的偏振现象，而且椭圆大小和光强度也会随着旋转角度而发生变化。
使用摄像机就可以把它拍下来，从而获得椭圆偏振光。
三、圆偏振光要获得圆偏振光，可以准备一个特殊的圆偏振片，它能够把光分解为圆偏振光。
为了获得圆偏振光，首先要将一份自然光线照射到圆偏振片上，然后旋转圆偏振片，随着旋转角度的增加，可以看到角度不断变化的圆形偏振现象，接着使用摄像机就可以把它拍下来，从而获得圆偏振光。
通过以上几种方法，就可以用自然光获得线偏振光、椭圆。
椭圆偏振光和圆偏振光课件
振动方向的比较
椭圆偏振光的振动方向沿着长轴方向，而圆偏振光的振动方 向是围绕传播方向旋转的。
椭圆偏振光的振动方向有两个分量，而圆偏振光只有一个垂 直于传播方向的振动分量。
传播方向的比较
椭圆偏振光在传播过程中，其电场矢量的端点轨迹为椭圆 ，而圆偏振光在传播过程中，其电场矢量的端点轨迹为圆 。
椭圆偏振光的电场矢量在垂直于传播方向的平面上振动， 而圆偏振光的电场矢量在垂直于传播方向的平面上以恒定 速度旋转。
圆偏振光的产生机制
圆偏振光可以通过两种方式产生：一种是利用二向色性介质和线性电偶 极子辐射的相干叠加；另一种是通过法拉第效应，即通过在透明介质中 旋转透射平面。
在第一种产生机制中，二向色性介质可以使得自然光转化为线偏振光， 而线性电偶极子辐射的相干叠加则可以将线偏振光转化为圆偏振光。
在第二种产生机制中，当自然光通过旋转透射平面时，其偏振态会发生 变化，经过多次反射和透射后，最终形成圆偏振光。
椭圆偏振光和圆偏 振光课件
目 录
• 椭圆偏振光的基本概念 • 圆偏振光的基本概念 • 椭圆偏振光和圆偏振光的特性比较 • 椭圆偏振光和圆偏振光的应用场景 • 椭圆偏振光和圆偏振光的实验研究
01
CATALOGUE
椭圆偏振光的基本概念
什么是椭圆偏振光
椭圆偏振光是一种电磁波，其电 场矢量在垂直于传播方向的平面 上振动，并沿着传播方向呈椭圆
THANKS
感谢观看
圆偏振光的分类
根据电场矢量端点在垂直于传播方向上画出的轨迹形状的不同，圆偏振光可以分 为右旋圆偏振光和左旋圆偏振光两种。
右旋圆偏振光的电场矢量端点在垂直于传播方向上画出的轨迹是一个顺时针的圆 ，而左旋圆偏振光的电场矢量端点在垂直于传播方向上画出的轨迹则是一个逆时 针的圆。
圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？知识交流
圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？首先讨论它们产生的原理。
圆偏振光、椭圆偏振光产生的原理如图10— 2所示图10 — 2当一束自然光经起偏器后，得到线偏振光再入射到波片时，被分成E。
和Ee两个振动分量，由于它们在晶体内的传播速度不同，通过波片后产生一定的位相差，出射后两束光速度相同，合成后一般得到椭圆偏振光，o光相对e光的位相差为=2π/λ ×（no- ne）dd —波片厚度在满足以下两个条件时，出射光是圆片振光：1.起偏器的透光轴与波片的快（慢）轴夹角α= 45°2.两束光在波片中产生位相差=（2m +1）× π/ 2 (m = 0; ±1; ±2; )或Δ= ( no – ne ) d =（m + 1/ 4）λ可见，该波片是λ/4波片，因此线偏振光只有通过λ/4波片才可能产生圆偏振光。
如何检验圆偏振和椭圆偏振光呢？一般采用以下两种方法：1、让圆或椭圆偏振光透过检偏器，通过旋转检偏器观察能量变化，来确定光的偏振态。
2、将圆偏振或椭圆偏振光变换成线偏振光，再通过马吕斯定律进行检验为什么圆偏振光经1/8 波片后成为椭圆偏振光？圆偏振光相位差不是PI/2吗。
+PI/4后怎么就变成了线偏振光。
这个很好解释么，圆偏振光原来的相位差是pi/2，线偏振光的相位差是pi或者是0，除了这个之外，所有的相位差，造成的偏振态形状都是椭圆的。
圆偏振本来pi/2，你经过λ/8波片，相位差加pi/4，那你用你的原来的pi/2+pi/4=3pi/4，相位差既不是0，也不是pi，自然就不是线偏振光，所以自然是个椭圆偏振的，怎么可能变成线偏振的？还有你这个问题太诡异了，题目里面问，为什么变成椭圆光，内容里面却问怎么就变成线偏振光，你到底是要问什么？只有经过λ/4波片的圆偏振，才能变成线偏振，还有通常都没有人用什么λ/8波片，都是λ/4的或者λ/2的波片，不知道楼主从哪里看来的λ/8波片？λ/4波片合成椭圆偏振光的原理是什么原理就是给本来没有相位差或者相位差是pi的线偏振光，附加上了pi/2的相位。
6-02 圆偏振光和椭圆偏振光的获得
e光
找出 长短轴
4
波片
偏振片
作业
p.201: 1, 2, 3
in Eo
2 2
( A x A y e i 2 ) e i t Aein e i e i t
out E e out Eo
2 2
( A x A y e i 2 ) e i 2 e i t Ae i ( 3
2 )
e i t
第六章：晶体偏振光学 § 3 圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验
3.1 垂直振动的合成 3.2 圆偏振光的椭圆偏振光的获得 3.3 圆偏振光的椭圆偏振光通过检偏器后的强度变化 3.4 圆偏振光的椭圆偏振光通过波片后偏振态的改变 3.5 圆偏振光的椭圆偏振光的检验
第六章：晶体偏振光学 § 3 圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验
例
入射光为右旋椭圆偏振光，四分之一波片，光轴与椭 圆长轴夹角0、90、45°时出射光的偏振态。
out i t E A e 0 e x out i i t i t E A e e A e y y o Ay
Ay
e光
o光
Ax
e光 o光
Ax
out i 2 i t E A e e 90 e y out i 2 i t E A e e x o
o光
Ay
右旋椭圆偏振光： e光
Ax
2 Ax A y
in i i t E ( A cos A sin e ) e x y 波片入射： ein i i t E ( A sin A cos e ) e x y o 四分之一波片： 2 out i i t E ( A cos A sin e ) e x y 波片出射： eout i i i t E ( A sin A cos e ) e e x y o
椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动方向垂直于入射面，
垂直光轴；分解成的e光振动方向平行于入射面，平行于光轴。 入射波片的线偏光的振幅 A I 0 / 2
Ae A cos
AO A sin
若C为1/4波片，即=/2，且若=450，则从C出射圆偏振光 若C为1/4波片，且450、 900或00，则出射椭圆偏振光 若C不为波长片也不是半波片，即 k 时，且450、
起偏器
o
椭圆 偏光
线偏光
M
c
Ae
N
AO A sin
Ae A cos
AO
AON
(no ne )d 2 /
o
AeN
AO A sin Ae A cos
AON A sin cos
AeN A cos sin
M
c
Ae
N
2 / (no ne )d
17-8 旋光现象 实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方 向将绕着光的传播方向旋转过某一角度，称为旋光现象。
这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等
F
M
C
N
C 是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片 F 为滤色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片 M与N之间，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器 N 旋 转一个角度，又可得到零视野。
2
若入射光的线偏振方向与外电场方向成450角，且M与N 偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：
2k '1 l (ne no ) klE 2
2
k ' 0,1,2,
偏振光学实验实验报告
一、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波片和1/4波片的作用。
3. 掌握椭圆偏振光和圆偏振光的产生与检测。
二、实验原理光是一种电磁波，具有横波特性。
当光波通过某些介质时，其振动方向会被限制在某一特定方向上，这种现象称为光的偏振。
偏振光可分为线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
马吕斯定律描述了线偏振光通过偏振片时的光强变化。
当线偏振光的振动方向与偏振片的透振方向一致时，光强最大；当两者垂直时，光强为零。
1/2波片和1/4波片是常用的偏振元件。
1/2波片可以将线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光，而1/4波片可以将椭圆偏振光或圆偏振光变为线偏振光。
三、实验仪器1. 自然光源2. 偏振片3. 1/2波片4. 1/4波片5. 硅光电池6. 检偏器7. 光具座8. 透镜9. 光屏10. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将自然光源放置在光具座上，调整光路使其成为平行光。
2. 将偏振片放置在光具座上，使入射光通过偏振片。
3. 将检偏器放置在光具座上，调整其位置，使透过偏振片的光能够照射到检偏器上。
4. 观察检偏器上的光强变化，记录光强最大和最小时的偏振片角度。
5. 将1/2波片放置在光具座上，调整其位置，使透过偏振片的光能够照射到1/2波片上。
6. 观察1/2波片后的光强变化，记录光强最大和最小时的1/2波片角度。
7. 将1/4波片放置在光具座上，调整其位置，使透过1/2波片的光能够照射到1/4波片上。
8. 观察1/4波片后的光强变化，记录光强最大和最小时的1/4波片角度。
9. 利用马吕斯定律，计算偏振片、1/2波片和1/4波片的透振方向与光矢量振动方向的夹角。
五、实验结果与分析1. 观察到当偏振片的透振方向与光矢量振动方向一致时，光强最大；当两者垂直时，光强为零，验证了马吕斯定律。
2. 观察到1/2波片可以将线偏振光变为椭圆偏振光或圆偏振光，1/4波片可以将椭圆偏振光或圆偏振光变为线偏振光。
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2
2
1. 1 2 0 二分振动同相(位)
x y 2 xy A A AA 0 1 2 1 2
x y A A 0 2 1
2
2
2
y
A2
o
A2 y x A1
合振动轨迹为过原点 且在一三象限直线。
4
5
7 6
x
4
5
4
5 6 7
3
2 1
8
x
2. / 2
y
8 7 6 5 5 6
y
7 8
1 2
3
1 2 2 1
6 7 8
4
4
3 3x45x3. / 4
y
8
y
8 7 6 5 5 6 7
1 2
3
1 2
x
4
4 4
5 6 7
3 3
2 1
8
x
两 相 互 垂 直 同 频 率 不 同 相 位 差
2 2
为椭圆轨迹方程。 • 合运动一般是取向任意的椭圆。 • 椭圆的性 质 ( 方位 、长短 轴、左 右旋 ) 在 A1 、 A2确定之后, 主要决定于位相差 = 2– 1。
讨论
x y 2 xy cos( 2 1 ) 2 sin ( 2 1 ) A A A1 A2 1 2
e光 o光
由于传播速度不同
o光的位相比e光的 位相滞后或超前 出射波晶片时，两光经历的光程差为
Lo Le no ne d
d
通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差： 2 ne no d
通常将这个位相差称作波晶片的位相延迟
1 3、 4 波片：
当晶片厚度满足: no ne d 2k 1 时, k 0,1,2,3, 4 2k 1
简 谐 运 动 的 合 成 图
4.4椭园偏振光和园偏振光
一、定义 当晶体中产生双折射时，若 o、e 光沿同一方向传播，此 时它们满足频率相同、振动方向相互垂直的条件，如能使位相 差为定值，则当光连续通过晶体中任一点（该点上相差为恒定 值）时，在垂直于传播方向的平面内，合光矢（针对某一时刻） 的端点的投影将描出个一椭圆。 在晶体内的整个传播过程中，合光矢量将以传播方向为轴， 螺旋式向前传播。故称椭圆偏振光；若合振动矢量大小不变，仅 方向随时间变化，称圆偏振光。
2
y
A2
x
x y A A 0 2 1 A1 o A2 合振动轨迹为过原点 y x A1 且在二四象限直线。
合振动方程为同频率的谐振动
x y 2 xy cos( 2 1 ) 2 sin ( 2 1 ) A A A1 A2 1 2
5、说明： • 波片是对某一波长而言的；
4.3 两相互垂直同频率谐振动的合成
分振动
x A1 cos(t 1 )
y A2 cos(t 2 )
① ② ③ ④
①、②式消 t 。 x A1 (cost cos1 sin t sin 1 )
y A 2 (cos t cos 2 sin t sin 2 )
1 ∴ 该晶片称为 波片或 移相器。 4 2
1 4、 2 波片（半波片）：
2
其厚度 : d
2k 1 4no ne
当晶片厚度满足: no ne d 2k 1 时, k 0,1,2,3, 2 2k 1 2k 1 1 其厚度 : d ∴ 该晶片称为 波片或 移相器。 2 2no ne
2
2
3. 2 1 / 2
x y A A 1 1 2
2 2
y
A2
o x
为顺时针正椭圆(见后)
•当 A1 A2
x y A
2 2 2
A1
为顺时针圆.
一般地，如果
1. 0 2 1
其合振动的轨迹 为顺时针的椭圆 其合振动的轨迹 为逆时针的椭圆
消第1项
x cos 2 y cos 1 A1 A2
得
x cos 2 y cos1 sin t sin( 2 1 ) A1 A2
x A1 (cost cos1 sin t sin 1 ) y A2 (cost cos2 sin t sin 2 )
4.2 波晶片— 相位延迟片
晶片是光轴平行表面的晶体薄片。
平行光正入射
晶片
Ae
x
A
线偏振光 d
Ao
y
光轴 Ae
P
A Ao
椭圆偏振光 光轴
o光垂直主平面振动，e光平行主平面振动,主平面为含光轴 与折射光。 o光振动垂直光轴方向 e光振动沿光轴方向
振幅关系：
Ao A sin ，
Ae A cos
⑤
③ ④
消第2项 得
2
x sin 2 y sin 1 A1 A2
x sin 2 y sin 1 cost sin( 2 1 ) A1 A2
2
⑥
⑤ ⑥
有
合振动的轨迹方程为
x y 2 xy cos( 2 1 ) 2 sin ( 2 1 ) A A A1 A2 1 2
A1
x
x y 2 xy cos( 2 1 ) 2 sin ( 2 1 ) A A A1 A2 1 2
2
2
2.
| 2 1 | 二分振动反相(位) 2 2 x y 2 xy A A AA 0 1 2 1 2
E
E
r
r
2. 2 1 2
两个相互垂直的同频率的谐振动可以合成为一直线谐振动、 匀速圆周运动和椭圆运动。 由此可见，任一直线谐振动、匀速圆周运动和椭圆运动 都可分解为两个相互垂直的同频率的谐振动。
用旋转矢量法确定合振动轨迹和方向 y y 0 1. 1
2
8
2
7 6 3
1
8
3