线偏振光的产生和检验

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线偏振光的产生和检验

第六章第5讲pWave Optics631线偏振光的产生和检验6.3.1 线偏振光的产生和检验d③二向色性起偏器,人造偏振片一、晶体起偏器件1、晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，例如电气石对光有强烈吸收对光这叫晶体的二向色性（dichroism）。

例如，电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收很弱，用它就可以产生线偏振光。

e 光····光轴电气石光轴线栅起偏器入射光含有各种偏振态平行于线方向的偏振光能够激发电子沿线移动，这导致光的发射从而抵消了入射光。

对于垂直于线的偏振光不会发生这种现象。

这种起偏器在红外波段工作最好。

二向色性偏振片采用同样的思路，但是使用长聚合物。

可见光波段的线栅起偏器应用半导体制备技术, 用于可见光波段的线栅起偏器已被开发出来。

间距小于1微米。

n )arcsin(12n c =θ使入射光束在入口处分成两束。

垂直偏振光经过从高折射率(1.66)到低折射光束往下倾斜，异常光折射率接近寻常光，也可能发生全反射。

<GKH=14º时，异常光全反射格兰(Glan)棱镜()偏振棱镜可由自然光获得高质量的线偏振光，它又可分为偏光棱镜和偏光分束棱镜。

z 偏光棱镜：可由自然光获得原方向的线偏振光吸收涂层格兰—汤姆孙棱镜光轴的取向使e光对应············•光轴方解石o e i的恰是n e 。

•光轴方解石加拿大树胶(n =1.55)n o （1.6584）＞n （1.55）＞n e （1.4864）i 临界角光全反射了光可通过i > 临界角，o 光全反射了，e 光可通过。

B .格兰(Glan)棱镜●xZ=0⊙●yO光e光主平面是与此上图垂直的平面晶体线偏振器•格兰(Glan)棱镜渥拉斯顿(Wollaston)棱镜(a)和罗雄(Rochon)棱镜(b)晶体线偏振器可由自然光获得分开的两束线偏振光光进入到第1块方解石后，o光和e光在方向上没有分开渥拉斯顿(Wollaston)棱镜o光和e光在方向上没有分开。

实验十五光偏振现象的观察和检验

实验十五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。

偏振光的获得和检测

§17-10偏振光的获得和检测一、偏振光的获得1. 布儒斯特定律如果让自然光从折射率为n 1的介质射向折射率为n 2的介质而被界面反射，反射光中垂直于入射面的光振动成分将大于处于入射面内的光振动成分，当入射角等于某一特定角i 0时，反射光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，并且i 0满足, (17-69)这个规律称为布儒斯特定律，i 0称为布儒斯特角或起偏角。

当入射角为i 0时，折射角为r 0，根据折射定律，应有. (17-70)将这个关系代入式(17-69)，得,即,这表示，当入射角为起偏角时，反射光与折射光互相垂直，如图17-40所示。

如果自然光从空气射到折射率为1.50的玻璃片上，根据布儒斯特定律，可以求得起偏角为56.3︒，此时的折射角为33.7︒。

当自然光以起偏角从一种介质入射到第二种介质的表面上，反射光成为线偏振光，而如果第二种介质没有特殊的吸收作用，那么折射光将成为部分偏振光，并且在入射面内的光振动成分将大于垂直于入射面的光振动成分。

假如让这样的部分偏振光连续几次作同样的反射和折射, 最后获得的折射光也必定是线偏振光。

2. 晶体的双折射现象在§8-7中讨论固体的一般性质时，曾涉及过晶体具有的一种普遍性质，即各向异性。

这里我们所要说的各向异性，是在某些透明晶体中光沿不同的方向具有不同的传播速率，具有这种性质的晶体，称为双折射晶体。

我们设想在各向同性的均匀介质中有一点光源s ，在任意瞬间光波的波面总是球面。

而在均匀的双折射晶体中，点光源s 发出的光波波面却有两组，一组是球面，另一组是旋转椭球面，如图13-41所示。

这两组波面在某一方向上彼此相切，如图中qq '的方向，这个方向称为晶体的光轴。

图 17-41在一般情况下，当平行自然光垂直入射到晶体的表面时，根据惠更斯原理，被照射的晶体表面上各点都是发射子波的波源，而子波的波面有球面和椭球面两种，所以子波波面的包络面也应有两种，即球面的包络面和椭球面的包络面。

大学物理第六章波动光学(3)

178第6章波动光学（Ⅲ）——光的偏振一．基本要求1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用；3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象；5．了解偏振光的应用。

二．内容提要和学习指导（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

（二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得：①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。

偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。

②利用反射和折射偏振。

布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。

当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射（或/2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。

③利用晶体的双折射。

一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。

其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。

另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。

o 光和e 光均是线偏振光。

o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。

光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。

在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。

利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。

2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α20cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。

②利用反射和折射偏振。

③利用偏振棱镜。

（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。

偏振光实验报告

实验报告学生：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，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 22．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。

线偏振光的产生、检验PPT课件

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c. 渥拉斯顿(Wollaston)棱镜
➢ 渥拉斯顿棱镜由两块光轴互相正交的直角三棱柱晶体光胶而成，其工作原理是利用光轴取向不同，使光波经过界面后，振动方向发生改变，从而使不同振动方向的光波在空间分离。
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➢ 渥拉斯顿棱镜的偏振分束角对于“o-e”光束，偏振角为：
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② 消光比
消光比定义为：ρ=Tx/Ty ，对于理想起偏器，有：ρ =0 ③ 光谱范围
指起偏器能适用的光波光谱范围，主要取决于工件的工
作原理和材料性质。
④ 色散
当白光通过起偏器后，透射光的传播方向甚至振动方向
都可能因波长而异。
⑤ 稳定度
反应元件是否容易因光照、湿度、温度不当和机械冲击
本节授课内容
线偏器的定义、质量指标
质量指标包括：偏振度、偏振透过率、消光比、光谱范围、色散和稳定度等。
各种起偏器
常见起偏器包括：基于布儒斯特角入射的反射和折射式起
偏器、基于天然双折射的晶体起偏器和基于人工双折射的
人造偏振片等。
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1.线偏器的定义
只让具有一定振动方向的光波通过的光学元件称为“线偏器”。这个振动方向称为该元件的主方向或透射方向。
θco=62.7o, θce=82.6o ，格兰-空气棱镜θco=37.1o, θce=42.3o ）即：
s in 1n gn o s in 1n gn e
o光将在分界面处发生全反射，而e光将部分透过界面。
➢ 格兰棱镜的优点：偏振度高、制作简单、稳定性好（格兰-空气棱镜不使用胶合剂避免了强光照射时胶合剂变质问题）；缺点：光能利用率低、光谱范围窄。

光偏振实验报告实验记载

一、实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对光波横波性的认识。

2. 理解并验证马吕斯定律，掌握偏振光的产生和检验方法。

3. 掌握起偏器和检偏器的使用，熟悉不同偏振态光的产生与转换。

二、实验原理1. 光的偏振现象：光波是一种电磁波，其振动方向垂直于传播方向。

当光波通过某些特定介质或器件时，其振动方向发生改变，形成偏振光。

2. 马吕斯定律：当一束完全线偏振光通过一个偏振器时，透射光的光强与入射光的光强成正比，且透射光的光强与偏振器的偏振方向和入射光的光矢量振动方向的夹角有关。

3. 偏振光的产生和检验：利用起偏器和检偏器可以产生和检验偏振光。

起偏器可以使自然光变为线偏振光，检偏器可以检验光是否为偏振光。

三、实验仪器与用具1. 光具座2. 半导体激光器3. 偏振片4. 1/4波片5. 激光功率计6. 光屏四、实验步骤1. 将半导体激光器放置在光具座上，调整激光器的光束方向，使其垂直照射到偏振片上。

2. 将偏振片放置在光具座上，调整其偏振方向，观察光屏上的光强变化。

3. 在偏振片后放置1/4波片，调整1/4波片的光轴方向，观察光屏上的光强变化。

4. 将检偏器放置在1/4波片后，调整检偏器的偏振方向，观察光屏上的光强变化。

5. 改变偏振片和1/4波片的相对位置，观察光屏上的光强变化，验证马吕斯定律。

6. 利用偏振片和1/4波片产生椭圆偏振光和圆偏振光，观察光屏上的现象。

五、实验结果与分析1. 在实验过程中，当偏振片的偏振方向与入射光的光矢量振动方向平行时，光屏上的光强达到最大；当偏振片的偏振方向与入射光的光矢量振动方向垂直时，光屏上的光强达到最小。

2. 当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向平行时，光屏上的光强达到最大；当1/4波片的光轴方向与偏振片的偏振方向垂直时，光屏上的光强达到最小。

3. 在实验过程中，改变偏振片和1/4波片的相对位置，验证了马吕斯定律。

4. 通过实验观察，产生了椭圆偏振光和圆偏振光，并观察到了相应的现象。

偏振光的产生与检验.

偏振光的产生与检验摘要一直以来我们都知道光是一种波,波有纵波横波之分，但是一度时期对光波是纵波还是横波的定性找不到有力的证据。

自从马吕斯发现了光的偏振现象以后，人们可以直观的发现光的振动方向与光的传播方向成90度角，即光波是横波。

这也是符合光的电磁理论的。

本文通过分类、图像和实验的方法分析验证光的偏振现象。

以便加深对光的理解与认识，为日后对光的应用的研究做准备。

关键词波片；偏振片；线偏振光；椭圆偏振光；圆偏振光目录0引言 .................................................................................................................................... 2 1. 波片 . (2)1.1 41波片的作用 (4)2. 偏振光的种类 (5)2.1 线偏振光 (8)2.1.1线偏振光的产生 ............................................................................................ 8 2.1.2线偏振光的检验 ............................................................................................ 9 2.2 椭圆偏振光 (9)2.2.1椭圆偏振光的产生 ........................................................................................ 9 2.2.2椭圆偏振光的检验 ...................................................................................... 11 2.3圆偏振光 (12)2.3.1圆偏振光的产生 .......................................................................................... 12 2.3.2圆偏振光的检验 (12)参考文献 ............................................................................................................................. 14 致谢 . (14)0引言自马吕斯发现了光的偏振现象，推翻了当时人们对传播光波的媒介的假设，解除了很多人所受原有思想的限制。

13-10偏振光的获得和检测

出射偏振方向在ACNM平面内的偏振光. 平面内二向色性晶体二向色性晶体也具有各向异性,双折射的特点, 二向色性晶体也具有各向异性,双折射的特点,同时有选择吸收的性能.例如, 时有选择吸收的性能.例如,电气石对o 光的吸收能力特别强,结果就只剩下e 光穿出晶体. 能力特别强,结果就只剩下光穿出晶体. 4. 波片波晶片或相位延迟片波片(波晶片或相位延迟片波晶片或相位延迟片)
马吕斯定律将一束强度为i的线偏振光射到偏振片上如果振动方向与偏振片的透振方向的夹角为则透射光强为椭圆偏振光和圆偏振光的检测无法用偏振片鉴别只能利用14波片根据消光现象辨认
§13-10 偏振光的获得和检测
一,偏振光的获得 1. 布儒斯特定律的介质, 光从折射率为 n1 的介质射向折射率为 n2 的介质, 满足: 当入射角 i 等于某一定值 i0 满足: tani = n2 = n
tani0 =
n 1
∴ n = tan i0 = tan58.0 = 1.60
在水中的布儒斯特角为
1.60 ′ i0 = arctan = 50.3 1.33
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光强为I 例2:光强为 0的自然光连续通过两个偏振片后,光强光强为的自然光连续通过两个偏振片后, 变为I 变为 0 / 4,求这两个偏振片的透振方向之间的夹角. ,求这两个偏振片的透振方向之间的夹角. 根据马吕斯定律, 解: 根据马吕斯定律,有
1 2 I = I0 cos θ 2 代入上式, 将I = I0 / 4,代入上式,得
1 1 I 0 = I 0 cos 2 θ , 4 2
2 cos θ = ± , 2
1 I0 2
θ
1 I0 4
∴ = ±45 θ
或±135
8

12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律

12.2线偏振光的获得与检验马吕斯定律1-线偏振光的获得与检验「利用选择吸收获得线偏振光Y利用反射获得线偏振光、利用晶体的双折射获得线偏振光某些物质能强烈地吸收某个方向的光振动，当自然光照射上时，只允许某个特定方向的光振动通过，形成偏振光。

勢二向色性：某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过，这种性质称二向色性.(1)偏振片涂有二向色性材料的透明薄片。

如：聚乙烯醇浸碘后拉成薄膜，夹在两玻璃片间制成偏振片。

偏振化方向：当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向・(2)起偏偏振片用来产生偏振光时叫起偏器。

将自然光转变成偏振光的过程称为起偏。

偏振化方向I人眼是不能直接区分自然光与偏振光的，而利用偏振片能够检验一束光是否是偏振光，此时偏振片就叫做检偏器・(3)检偏偏振片用来检验光的偏振状态时叫检偏器。

当P\〃 P、2时，0 = 07 F 当尸1丄尸2时，^ = 2透射光为0。

(消光)自林检测偏振光的过程称为检偏。

透射光最强2■马吕斯定律马吕斯(Etienne Louis Malus 1775-1812 )•法国物理学家及军事工程师.1808年起在巴黎工艺学院工作.1810年被选为巴黎科学院院士.曾获得过伦敦皇家学会奖章.马吕斯从事光学方面的研究。

1808年发现反射时光的偏振，确定了偏振光强度变化的规律(现称为马吕斯定律)。

他研究了光在晶体中的双折射现象.1811年，他与J.毕奥各自独立地发现折射时光的偏振”提出了确定晶体光轴的方法, 研制成一系列偏振仪器.4 P将通过p、的光矢量振幅八1, 分解为平行于巴的分量八2和垂直于巴的分量九o垂直分量心不能通过& ,平行分量心可通过/。

A,两偏振片偏振化方向夹角为0。

o \由于光强与光振幅平方成正比,I OC 厶OC 普=cos20马吕斯定律I2 = I] cos2& = £ 厶cos" & 讨论：1•当& = 0或0 =兀时，=厶2•当& =管或& =琴时，/ 02 2 「人的眼睛对光的偏振状态是不能分辨的，但某些昆虫的眼睛对偏振却很敏感。

偏振光的产生和检测

偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。

与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。

偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。

此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。

一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。

由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。

2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。

偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。

当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。

当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。

椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。

二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。

当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。

通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。

2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。

当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。

通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。

（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。

偏振光学实验报告

偏振光的产生和检验一．实验目的1、掌握偏振光的产生原理和检验方法,观察线偏振光2. 验证马吕斯定律，测量布儒斯特角；二．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）线偏振光光矢量只沿一个固定的方向振动时，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。

光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面，如图（a）所示。

线偏振光的振动面是固定不动的，图（b）所示是线偏振光的表示方法，图中短竖线表示光振动在纸面内，点表示光振动垂直于纸面。

偏振光实验

点变形，变成了椭圆。其次，在检偏器偏转过程中，电矢量的变化不完全规律，有畸变，出
射光的偏振状态发生变化。
整理得到消光点偏转角度2 与半波片偏转角度1 的关系如下表 1：
表1
半波片偏转角度1 /度 15
30
45
60
消光点偏转角度2 /度 33
63.5
94
125.5
用 origin8 作出1 -2 曲线，如下图 15：
75 156.5
90 187.5
图 15.半波片偏转角度1 与检偏器偏转角度2 关系曲线拟合得到曲线方程为：2 2.062861 1.7 ，相关系数 R2 0.99997，线性程度很高。由
图 23.1/4 波片偏转 90º后图形
加入 1/4 波片后，出射光为：
Is I0 sin（2 2）， I p I0 (2 sin2 2 )
4
4
因此，当 1/4 波片偏转 45º时，出射光为圆偏振光；当 1/4 波片偏转 90º时，出射光为
线偏振光，与波片光轴平行；其他角度时，出射光为椭圆偏振光。
线偏振光
图 1.
圆偏振光
椭圆偏振光
2.布儒斯特角
当光从折射率为 n1 的介质入射到折射率为 n2 的介质交界面，而入射角满足：
B arctan n2 n1
时，反射光即为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，B 为布儒斯特角。
入射光
反射光
θ B
n1 n2
图图2.3-1
3.马吕斯定律如果光源中的任一波列（用振动平面 E 表示）投射在起偏器 P 上（如下图），只有相当
于它的成份之一的 Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份 Ex（=E cosθ）则被吸收。与此类似，若投射在检偏器 A 上的线偏振光的振幅为 E0，则透过 A 的振幅为 E0 cosθ

线偏振光的产生、检验

的入射角也必定是布儒斯特角。（简单几何关系证明）
光束每经过一次反射，将有10%左右的s分量被“反射损
耗”掉。经计算，由10块n2=1.5的玻璃平板组成的玻璃堆在空气中使用时，偏振度才达到0.635.
与反射式起偏器相比，玻璃堆的优点：光能利用率高、
出射光束与入射光束平行；缺点：偏振度偏低、光谱范围受到玻璃性能限制、体积偏大。
过优化设计光栅参数实现偏振分束功能。
介质光栅偏振分束的物理机制：
导模共振效应
26
193nm偏振分束光栅
严格矢量计算
C 0 753 C 1 300
TM 0 89 . 53 % TE 1 80 . 08 %
27
4.线偏振光检验
① 马吕斯(Malus)定律线偏振光射向线偏器时，透射光强度与入射光振动方向
① 反射式起偏器按照菲涅耳反射公式：
rs rp sin i t sin i t tan i t tan i t
1
当入射光以布儒斯特角 B tan
nt
n i 射向界面时，反射光
束中只含有s分量，透射光中同时含有s和p分量。
TE Al TE
TM
DUV light
TM光激发的表面等离子体波，阻碍了入射光向TM导模的耦合，从而形成反转偏振透射。
24
193nm反转偏振片偏振透射测试
电镜扫描图
偏振透射谱
C
TE TM
45
25
c. 介质偏振分束光栅通过在普通介质材料上制作亚波长光栅，使光栅具有较
大的双折射（Δn_grating=0.318>>Δn_quartz=0.013），通

偏振光的产生与检测

【实验目的】（1）通过观看光的偏振现象，加深对光波传播规律的熟悉；（2）把握偏振光的产生和查验方式；（3）观测圆偏振光和椭圆偏振光.【实验装置】光具座、激光器、白光源、光功率计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、带小孔光屏【实验原理】1.偏振光的概念光的波动的形式在空间传播属于电磁波，它的电矢量E与磁矢量H彼此垂直,且E和H均垂直于光的传播方向，如图3-12-1所示，故光波是横波.实验证明光效应要紧由电场引发，因此电矢量E的方向定为光的振动方向.图3-12-1光传播与振动示用意自然光源（如日光，各类照明灯等）发射的光是由组成那个光源的大量分子或原子发出的光波的合成.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，出此刻各个方向的概率相等，如此的光叫做自然光.但是自然光通过媒质的反射、折射或吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部份偏振光.若是光振动始终被限制在某一确信的平面内，那么称为平面偏振光，也称为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，是一椭圆的那么称为椭圆偏振光.2.取得线偏振光的方式（1）反射式起偏器（或透射式起偏器）当自然光在两种介质的界面上反射或折射时，反射光和折射光都将成为部份偏振光.慢慢增大入射角，当达到某一特定值时，反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，如图3-12-2起偏角(亦称布儒斯持角).图3-12-2反射起偏光路图由布儒斯特定律可得120tan n n i = （3-12-1）例如当光由空气射向n 的玻璃平面时，0057i =.假设入射光以起偏角0i 射到玻璃面上，那么反射光为全偏振光，面折射光不是全偏振光，但这时它的偏振化程度最高.如使自然光以起偏角0i 入射并透过量层玻璃(称玻璃片堆)．那么透射出来的光也将接近于全偏振光，它的振动面与入射面平行.（2）晶体起偏器利用某些晶体的双折射现象，也可取得全偏振光，如尼科尔棱镜等. （3）偏振片（分子型薄膜偏振片）聚乙烯醇胶膜内部含有刷状结构的链状分子，在胶膜被拉伸时，这些链状分子被拉直并平行排列在拉伸方向上.由于吸收作用，拉伸过的薄膜只许诺振动取向平行于分子排列方向(此方向称为偏振片的偏振轴)的光通过.利用它可取得线偏振光.偏振片是一种经常使用的“起偏”元件，用它可取得截面积较大的偏振光束．而且出射偏振光的偏振化程度可达98％.辨别光的偏振状态的进程称为检偏，它所用的装置称为检偏器.事实上，起偏器和检偏器是通用的，用于起偏的偏振片称为起偏器，把它用于检偏，就成为检偏器了.依照马吕斯定律，强度为0I 的线偏振光，通过检偏器后．透射光的强度为：θ20cos I I = （3-12-2）式中θ为入射光偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角.显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度将会发生周期性转变.当θ＝0°时，透射光强度最大（如图3-12-3（a ）所示）；当θ＝90°时，透射光强度为极小(消光状态（如图3-12-3（b ）所示)，接近于全暗；当0°＜θ＜90°时，透射光强度介于最大和最小之间.因此，依照透射光强度转变情形，能够区别线偏振光、自然光和部份偏振光.图3-12-3表示自然光通过起偏器和检偏器的转变情形.图3-12-3自然光通过起偏器和偏振器的情形本实验是利用偏振片（起偏器和检偏器）观看偏振光的偏振情形. 3.波片的偏光作用波片也称相位延迟片，是由晶体制成的厚度均匀的薄片，其光轴与薄片表面平行，它能使晶片内的o 光和e 光通过晶片后产生附加相位差.依照薄片的厚度不同，能够分为1/2波长片，1/4波长片等，所用的1/二、1/4波长片皆是对钠光而言的.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，那么寻常光（o 光）和超级光（e 光）沿同一方眼前进，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ϕ为：()o e 2πn n L ϕλ=-（3-12-3）其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，0n 和e n 别离为晶片对o 光e 光的折射率，L 为晶片的厚度.咱们明白，两个相互垂直的，同频率且有固定相位差的简谐振动，可用以下方程表示（通过晶片后o 光和e 光的振动）：()e o sin sin X A tY A t ωωϕ=⎧⎪⎨=+⎪⎩从两式中消去t ，经三角运算后取得全振动的方程式为：222222cos sin e o e oX Y XY A A A A ϕϕ++= （3-12-4）由式（3-12-4）可知：①当πϕk =（k =0，1，2，……）时，为线偏振光； ②当()π212K ϕ=+（k =0，1，2，……）时，为正椭圆偏振光，在A o = A e 时，为圆偏振光；③当ϕ为其他值时，为椭圆偏振光.在某一波长的线偏振光垂直入射于晶片的情形下，能使o 光和e 光产生相位差πϕ)12(+=K （相当于光程差为λ/2的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分之一波片（λ/2波片），与此相似，能使o 光和e 光产生相位()π212K ϕ=+（相当于光程差为λ/4的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（λ/4波片）.本实验中所用波片（λ/4）是对6328A （H e -N e 激光）而言的.如图3-12-4所示，当振幅为A 的线偏振光垂直入射到λ/4波片上，其振动方向与波片光轴成θ角时，由于o 光和e 光（通过波晶片后）的振幅别离为A sin θ和A cos θ，因此通过λ/4波片后合成的偏振状态也随角度θ的转变而不同.① 当θ=0°时，取得振动方向平行于光轴的线偏振光； ② 当2/πθ=时，取得振动方向垂直于光轴的线偏振光； ② 当4/πθ=时，同时A e = A o 取得圆偏振光； ③ 当θ为其他值时，通过λ/4波片后为椭圆偏振光.图3-12-43．椭圆偏振光的测量椭圆偏振光的测量包括长、短轴之比及长、短轴方位的测定.如图3-29所示，当检偏器方位与椭圆长轴的夹角为ϕ时，那么透射光强为：222212cos sin I A A ϕϕ=+ （3-12-5）图3-12-5当ϕ=πK 时21max A I I == （3-12-6）当()π212K ϕ=+时 22min A I I == （3-12-7）那么椭圆长短轴之比为minmax21I I A A = （3-12-8）椭圆长轴的方位即为max I 的方位. 【实验内容和步骤】1．起偏与检偏辨别自然光与偏振光（1）如图3-12-6所示，在光源至光屏的光路上插入起偏器P 1，旋转P 1，观看光屏上光斑强度的转变情形；图3-12-6（2）在起偏器P 1后面再插入检偏器P 2，固定P 1方位，旋转P 2，旋转360°，观看光屏上光斑强度的转变情形，并将光屏上最强和最弱时的对应旋转角度记录到表3-12-1中；（3）以光功率计代替光屏接收P 2出射的光束，旋转P 2，每转过10°记录一次相应的光功率值，共转180°，将相应的实验数据记录到表3-12-2中，且利用实验数据在座标纸上作出I ～cos 2θ关系曲线，看其是不是与马吕斯定律相一致.2. 观测椭圆偏振光和圆偏振光参照图3-12-3（b ）所示,先使起偏器P 1和检偏器P 2偏振轴垂直（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λ/4波片（如图3-12-6），转动波片使P 2后的光屏上仍处于消光状态（使λ/4波片光轴与起偏器P 1透光轴方向平行）.用光功率计取代光屏.（2）将起偏器P 1转过20°，调剂光功率计的位置尽可能使得P 2透射出的偏振光全数进入光功率计的同意范围.转动检偏器P 2找出功率最大的位置，并记下相应光功率值.重复测量3次，求平均值.（3）转动P 1，使P 1的光轴与λ/4波片的光轴的夹角依次为30°、45°、60°、75°、90°值，在取上述每一个角度时，都将检偏器P 2转动一周，观看从P 2透出光的强度转变. 【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置好；（2）不要让激光束直接照射或反射到人眼内. 【实验数据和结果处置】表3-12-1此依照表3-12-2所得数据即可用来验证马吕斯定律θ20cos I I =.【试探与讨论题】（1）如何应用光的偏振现象说明光的横波特性？如何区别自然光和偏振光？（2）玻璃平板在布儒斯特角的位置上时，反射光束是什么偏振光？它的振动是在平行于入射面内仍是在垂直于入射面内？（3）/4λ波片与P 1的夹角为何值时产生圆偏振光？什么缘故？（4）两片偏振片用支架安置于光具座上，正交后消光，一片不动，另一片的2个表面旋转180°，会有什么现象？如有出射光，是什么缘故？（5）2片正交偏振片中间再插入一偏振片会有什么现象？如何说明？（6）波片的厚度与光源的波长什么关系？【附录】光学实验中经常使用光源—电光源.常见的有热辐射光源和气体放电光源及激光光源3类. 1．热辐射光源经常使用的热辐射光源是白炽灯.一般灯泡确实是白炽灯，可作白色光源，应按仪器要求和灯泡上指定的电压利用，如光具座、分光计、读数显微镜等.2．气体放电光源实验室经常使用的钠灯和汞灯（又称水银灯）可作为单色光源，它们的工作原理都是以金属Na 或Hg 蒸汽在强电场中发生的游离放电现象为基础的弧光放电灯.在220V额定电压下，低压钠灯发出波长为589.0nm和589.6nm的两种单色黄光最强，可达85%，而其他几种波长为818.0nm和819.1nm等的光仅有15%.因此，在一样应历时取589.0nm和589.6nm的平均值589.3nm作为钠光灯的波长值.汞灯可按其气压的高低，分为低压汞灯、高压汞灯和超高压汞灯.低压汞灯最为经常使用，其电源电压与管端工作电压别离为220V和20V，正常点燃时发出青紫色光，其中要紧包括7种可见的单色光，它们的波长别离是612.35nm（红）、7nm（绿）、491.60nm（蓝绿）、435.84nm（蓝紫）、404.66nm（紫）.利用钠灯和汞灯时，灯管必需与必然规格的镇流器（限流器）串联后才能接到电源上去，以稳固工作电流.钠灯和汞灯点燃后一样要预热3～4分钟才能正常工作，熄灭后也需冷却3～4分钟后，方可从头开启.3．激光光源激光是20世纪60年代诞生的新光源.激光（Laser）是“受激辐射光放大”的简称.它具有发光强度大、方向性好、单色性强和相干性好等优势.激光器是产生激光的装置，它的种类很多，如氦氖激光器、氩离子激光器、二氧化碳激光器、红宝石激光器等.实验室中经常使用的激光器是氦氖（H e-N e）激光器.它由激光工作的氦氖混合气体、鼓励装置和光学谐振腔3部份组成.氦氖激光器发出的光波波长为632.8nm，输出功率在几毫瓦到十几毫瓦之间，多数氦氖激光管的管长为200～300mm，两头所加高压是由倍压整流或开关电源产生，电压高达1500～8000V，操作时应严防触摸，以避免造成触电事故.由于激光束输出的能量集中，强度较高，利历时应注意切勿迎着激光束直接用眼睛观看.目前，气体放电灯的供电电源普遍采纳电子整流器，这种整流器内部由开关电源电路组成，具有耗电小、利用方便等优势.光学实验中，常把光束扩大或产生点光源以知足具体的实验要求，图3-31和图3-32表示两种扩束的方式，它们别离提供球面光波和平面光波.图3-12-7 图3-12-8。

光的偏振研究实验报告

竭诚为您提供优质文档/双击可除光的偏振研究实验报告篇一：实验报告_偏振光的产生和检验【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)：3）贴图(3分)：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°的曲线图（极坐标）光强与检偏器角度的关系（?=15?）光强与检偏器角度的关系（?=45?）3.1/2波片的研究1）器件光路示意图(2分)：3）结论(2分)：关系：根据数据可得，在误差允许的范围内，△?=2△?。

4．玻璃起偏与brewster角的测定1）器件光路示意图(2分)：2）brewster角ip的测量记录(1分)3）玻璃的折射率(3分)。

n?n0tanip?1.000277*tan51.8?玻璃折射率为n?1.271125【结论与讨论】1.由实验一可得，在振动方向与透视轴夹角从90°减少至0°过程中，透视光强度逐渐由零增至最大值，与马吕斯定律I=Iocos?相符合。

2.由实验二可得，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I~?曲线图即可知透过1/4玻片得到的是圆偏振光。

3.由实验三可得，线偏振光经过1/2玻片后仍为线偏振光，振动方向旋转了2?（?为入射光的偏振方向与玻片慢轴方向的夹角）。

4.实验四产生较大误差，误差原因为由于光线变化较小，且很难做到消光。

物理光学线偏振光的获取与检验

I
1 2
I0
1.获得偏振光的方法 ❖ 由反射与折射产生偏振光。
rs rp
tgB
n2 n1
布儒斯特角（起偏角）线偏振光（s分量）
B
rB
B rB 90
2.偏振光的检验
❖ 起偏与检偏
起偏
起偏器透光轴 PA
自然光
线偏振光
Is
1 I0= 2 Is
检偏
检偏器 PB
线偏振光
线偏振光
I0
I ?
由自由光获得线偏振光。
获取偏振光的方法；在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃东方企业文化, 2013(7). 在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃
4. 案例分析
❖ 案例三：外腔式气体激光器的布儒斯特窗
5. 讨论探究
❖ 如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？
6. 知识扩展
❖ 液晶显示屏发出的是偏振光
6. 知识扩展
检验偏振光的状态。
3.马吕斯定律
E0
E
I0
I =？
❖ 马吕斯定律 I I0 cos2
E0
E
E
E E E0 cos
3.马吕斯定律
0
I I0 cos2
I I0
透
光
轴
I0
最大
I0
全通过
90
I 0
4. 案例分析
❖ 案例一：偏光镜分析
东方企业文化, 2013(7). 一些生物能利用太阳光偏振态变化进行导航知识点节段：利用反射和折射产生线偏振光由自由光获得线偏振光。在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃由自由光获得线偏振光。如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？偏振光检测研究[C]// 全国高等学校物理实验教学研讨会. 光电工程, 2005, 32(9):27-30. 如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？周翊, 宋兴亮, 李慧,等. 一种布儒斯特窗片的设计方法: CN, CN 102522680 A[P]. 偏振光检验方法的进一步探讨[C]// 中国物理学会2012年秋季学术会议. 案例三：外腔式气体激光器的布儒斯特窗查阅文献，调研偏振照明技术发展前景，撰写2000字以上调研报告。偏振光检验方法的进一步探讨[C]// 中国物理学会2012年秋季学术会议. 知识点节段：利用反射和折射产生线偏振光如何设计车灯罩和窗玻璃，能防止对面车灯照射带来的炫光？也可获得透射的完全偏振光通过二向色性晶体获取线偏振光物理通报, 2010(11):93-94. 在来回反射的光路中恰当插入两片玻璃

偏振光的产生检测和旋光现象

25
二、晶体中的旋光现象
1、旋光现象
当线偏振平面波在石英中沿光轴方向传播时，偏振方向随着光波的传播而旋转，即虽然在任何地点的振动方向不随时间改变，但在传播途中的不同地点却有不同的振动方向，如图所示，这种现象称为旋光。
旋光现象最早是在1811年由阿喇果(Arago)在石英晶片中观察到的。稍后，比奥(Biot)在一些液态物质中也观察到同样的现象。
对某个波长而言，当o、e光在晶片中的光程差为的某个特定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。
波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行。
y
Ae
λ
线偏振光
d
Ax
Ao
光轴
当一束线偏振光垂直入射到由单轴晶体制成的波片时，在波片中分解成沿原方向传播但振动方向互相垂直的o光和e光，相应的折射率no 、ne。
对波长为的光没有影响（相位延迟2）。但是对别的波长的光来说是有影响的。
17
(2)、半波片
(2m 1) d (2m 1)
no ne 2
半波片产生π奇数倍的相位延迟，线偏振光通过半波片后仍然是
线偏振光。
作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。
若入射点处线偏振光分解的o、e光同相；则出射点处仍是线偏振光，只是o、e光反相
9
吸收涂层
28o
光•轴方解石 i
······
方解石
o
加拿大·树·胶·光e·轴• ··
当入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱镜时，棱镜的全偏振将受到限制。允许的角度约为±14º
当上偏角大于某一值时，o光在胶层上的入射角小于临界角，不发生全反射而部分地透过棱镜；
当下偏角大于某一值时，e光折射率增大与o光同时发生全反射，没有光从棱镜射出。

线偏振光的产生和检验