线偏振光进入波片后
物理小论文--偏振光的产生与应用
偏振光的产生与应用班学号：张壮壮摘要：本文通过介绍几种产生偏振光的方法和技术及其原理的分析、偏振光的应用，让读者们对偏振光的产生和应用有个初步的了解。
关键词：偏振光、产生、原理、应用、尼科尔棱镜、双折射、布儒斯特定律、折射起偏、二向色性、波片、偏振片、光弹性学、光学活性物质、旋光度。
引言：近些年来，光学的应用范围急剧扩大，其中偏振光，首先在物理学领域，其次在化学与工程学领域中，作为主要的测量手段起到了重要的作用。
长期以来以结构的应力分析为中心的光弹性学一直应用于实际。
生活中偏振光的应用也不胜枚举，如可有效避免交通事故的装有偏振片的汽车车灯和前窗玻璃、液晶显示器、测定糖度的糖度计甚至我们观看的3D电影都和偏振光的应用密切相关。
正文：一、偏振光的产生：1.直线偏振光的产生A．利用晶体的双折射--尼科尔棱镜原理：一束入射光进入各向异性的媒质后，分裂成沿不同方向折射的两束光，称为双折射。
其中一束遵守折射定律，成为寻常光，简称o光，另一束不遵守折射定律，成为非寻常光，简称e光。
o光和e光都是线偏振光。
尼科尔棱镜结构如下图(1),其中AN垂直于AC,AN段为折射率介于方解石的n o和n e的透明加拿大树胶，自然光沿平行于棱边AM方向入射到第一块棱镜端面上，这时入射角为22度，进入棱镜后分为寻常光o光和非常光e光，o光以76度入射到加拿大树胶上，因入射角超过临界角度，所以发生全反射，而e光射到树胶上不发生全反射，从棱镜的另一端射出。
图(1)B．利用反射的布儒斯特定律—玻璃片堆获取线偏振光自然光射到两种媒质的分界面上，要发生反射和折射，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直于入射面的光振动比较强，在折射光中，平行于入射面的光振动比较强。
如图(2)，当入射角i B满足tani B=n2/n1时，反射光中，平行于入射面的光振动消失，反射光成为振动方向垂直于入射面的线偏振光，而折射光仍为部分偏振光，此即为布儒斯特定律。
偏振光经过1_4波片后偏振态的变化
椭圆偏振光入射
分析同上 ，若入射光是右旋或左旋椭圆偏振光 ，出射光是光矢量与 x 轴成 ± θ 角的线偏振光 ． 1 ± i π 1 ( 3 ) 波片快轴和 x 轴方向成 ± ，波片的琼斯矩阵 Pλ / 4 = ． 4 樤2 ± i 1 珟 珟 ' ' E E cos θ x x 若入射光是右旋椭圆偏振光，即 珟 经 过 波 片 的 出 射 光 为 = ， 1 / 4 : = 珟 ' － isin θ Ey E'y 珟 E cos θ cos θ± isin θ x 1 ，是椭圆偏振光 ． 若入射光是左旋椭圆偏振光 ， 即 珟 = ， 经过 1 / 4 波片的 樤 2 ± icos θ － sin θ isin θ Ey 珟 ' E cos θisin θ x 1 出射光为 珟 = ，是椭圆偏振光 ． ' 樤 2 ± icos θ + sin θ Ey 综上 ，椭圆偏振光通过 1 / 4 波片 ， 椭圆主轴与波片快 ( 慢 ) 轴一致时 ， 出射光为线偏振光 ; 椭圆主轴与波 片快 ( 慢 ) 轴成任意角时 ，出射光为椭圆偏振光 ． 2． 2． 3 圆偏振光 1 0 ( 1 ) 波片快轴沿 y 方向，波片的琼斯矩阵 Pλ / 4 = － ． 0 －i 珟 珟 ' E E 1 1 x x 1 1 若入射光是右旋圆偏振光 ，即 珟 = ，是光矢 ，经过 1 / 4 波片的出射光为 : 珟 = ' 樤2 －i 樤2 －1 Ey Ey 珟 E 1 x 1 量与 x 轴成 － π / 4 的线偏振光 ． 若入射光是左旋圆偏振光 ，即 珟 = ，经过 1 / 4 波片的出射光为 : 樤2 i Ey 珟 ' E 1 x 1 = ，是光矢量与 x 轴成 π / 4 的线偏振光 ． 珟 ' 樤2 1 Ey
物理光学期末试题
1.波动方程，光程、光程差、相位差2.杨氏干涉、薄膜干涉(等倾、等厚) （重点）3.单缝衍射、圆孔衍射（半波带、分辨本领）、光栅4.马吕斯定律、布儒斯特定律、偏振光之间转换1．)](ex p[0kz t i E E --=ω与)](ex p[0kz t i E E +-=ω描述的是 传播的光波。
A ．沿正方向B ．沿负方向C ．分别沿正和负方向D ．分别沿负和正方向2．牛奶在自然光照射时呈白色，由此可以肯定牛奶对光的散射主要是A ．瑞利散射B ．分子散射C ．Mie 散射D ．拉曼散射3．在白炽光入射的牛顿环中，同级圆环中相应于颜色蓝到红的空间位置是A ．由外到里B ．由里到外C ．不变D ．随机变化5． F-P 腔两内腔面距离h 增加时，其自由光谱范围λ∆A ．恒定不变B ．增加C ．下降D ．=06．光波的能流密度正比于A ． E 或HB ．2E 或2HC ．2E ，与H 无关D ． 2H ，与E 无关7．光在介质中传播时，将分为o 光和e 光的介质属A ．单轴晶体B ．双轴晶体C ．各向同性晶体D ．均匀媒质8.两相干光的光强度分别为I 1和I 2，当他们的光强都增加一倍时，干涉条纹的可见度A .增加一倍B . 减小一半C .不变D . 增加1/2 倍9.线偏振光可以看成是振动方向互相垂直的两个偏振光的叠加，这两个偏振光是A .振幅相等，没有固定相位关系B .振幅相等，有固定相位关系C .振幅可以不相等，但相位差等于0度或180度D .振幅可以不相等，但相位差等于90度或270度10．等倾干涉图样中心圆环 。
（区分迈克尔孙和牛顿环）A ．级次最高，色散最弱B ．级次最高，色散最强C ．级次最低 色散最弱D ．级次最低，色散最强11．在单缝夫琅和费衍射实验中，波长为λ的单色光垂直入射在宽度为λ4=a 的单缝上，对应于衍射角为30º的方向，单缝处波阵面可分成的半波带数目为A ．2 个B ．4 个C ．6 个D ．8 个14．闪耀光栅中，使刻槽面与光栅面成角，目的是使A．干涉零级与衍射零级在空间分开B．干涉零级与衍射零级在空间重合。
(最新整理)反射光的偏振特性
(完整)反射光的偏振特性编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（(完整)反射光的偏振特性）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
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反射光的偏振特性—布儒斯特角的测量1808年马吕斯（1775-1812）发现了光的偏振现象。
通过深入研究，证明了光波是横波，使人们进一步认识了光的本质。
随着科学技术的发展，偏振光技术在各个领域都得到了广泛应用，特别是在光学计量、实验应力分析、晶体性质研究和激光等方面更为突出.在我们日常生活和工作中，太阳光、照明用光一般多为自然光。
而自然光经过一些材料的反射和透射后可能变成部分偏振光.自然光经过一些特殊材料，如偏振片或双折射晶体材料制作的棱镜后,就会变成线偏振光.线偏振光经过波片后就可能成为椭圆偏振光。
【目的与要求】1.用最小偏向角法测量棱镜材料的折射率。
2.测量通过起偏器、1/4波片后的光的偏振特性，了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点.3。
通过观察从棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。
4.用测量值验证布儒斯特角公式的正确性。
【实验原理】一、棱镜材料的折射率的测量当一束光斜入射于棱镜表面时，其光路如图1所示。
n 为材料的折射率.同理出射角γ/ 为sinγ/= sini//n （–1）根据几何关系可以证明入射光与出射光之间的夹角为：δ=i＋γ/－A,而且δ有一个极小值δmin ，可以证明：当光束偏转角为δmin时，有i=γ/γ= i/,此时δ=2i－A 即i=（δ＋A）/2而A=γ＋i/=2γγ=A/2由（–1）式可得：n=sin[（A+δmin）/2］/sin（A/2）（–2）因此，只要我们测量出δmin，用（–2）就可得到材料相对于该测量光的折射率n。
偏振光现象的观察和分析
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 1E x2 A x2+ E y2A y2−2 E x2 E y2A x2A y2cos∆φ=sin2∆φ（4）注意对于线偏振光通过波片的情况∆φ取决于o光和e光入射时的相位差和由波晶片引起的相位差δ之和；而 E X为线偏振光振幅E在o轴的分量， E y为e轴的分量。
从上面垂直振动合成的一般情况出发可以得出以下结论：（1）线偏振光的振动方向与波片的光轴夹角为θ或π/2，或者通过1/2波片仍为线偏振光。
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。
偏振光的研究实验报告
偏振光的研究班级：物理实验班21学号：2120909006姓名：黄忠政光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。
光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。
一．实验目的：1.了解产生和检验偏振光的原理和方法；2.了解各种偏振片和波片的作用。
二．实验装置；计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接系统，激光器。
三．实验原理：1.偏振光的概念和基本规律（1）偏振光的种类光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。
通常人们用电矢量E代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。
普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。
电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。
若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。
各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。
（2）偏振光、波片和偏振光的产生通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线偏振光的器件称为起偏器。
线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。
椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。
当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e光，二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。
偏振光实验报告
实验1. 验证马吕斯定律实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o 光，通过e 光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。
具有二向色性的晶体叫做偏振片。
偏振片可作为起偏器。
自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。
如图1、图2所示：图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器，设经过1P 后线偏振光振幅为0A （图2所示），光强为I 0。
2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后的线偏振光振幅为θcos 0A A =，光强为θθ20220cos cos I A I ==,此式为马吕斯定律。
实验数据及图形：P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2A 0 A 0cos θ θ 图2从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。
实验2.半波片，1/4波片作用实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o 光）和非常光（e 光）。
它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。
分振动面的干涉装置如图3所示，M 和N 是两个偏振片，C 是波片，单色自然光通过M 变成线偏振光，线偏振光在波片C 中分解为o 光和e 光，最后投影在N 上，形成干涉。
考虑特殊情况，当M ⊥N 时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：)cos 1)(2(sin 420δθ-=⊥I I ；当M ∥N 时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射光强为：M N图3 分振动面干涉装置I 0 波片 偏振片 偏振片单色自然光)cos cos sin 2cos sin 21(222220//δθθθθ+-=I I 。
其中θ为波片光轴与M 透振方向的夹角，δ为o 光和e 光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。
偏振测量实验
偏振测量实验实 验者：杨亿斌(06325107) 合作者：吴聪(06325096)（中山大学物理系，光信息科学与技术06级3班 B19）2009年5月19日一、实验目的1. 了解和掌握光在各向异性介质中的传输和偏振光的基本概念。
2. 验证马吕斯定律。
3. 掌握偏振片、半波片、1/4波片的特性和作用，并通过实验验证。
二、实验用具He-Ne 激光器、偏振器（格兰-泰勒棱镜）2块、半波片（632.8nm,石英晶体）1片、1/4波片（632.8nm,石英晶体）1片、光具座1套、电动旋转架3套、光电探测器1套、计算机操作软件等。
三、实验原理1. 偏振光的产生光是电磁波，可用两个相互垂直的振动矢量---电矢量E 和磁矢量H 表征。
习惯上称E 矢量为光矢量，代表光振动。
若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部分偏振光。
如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面内的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。
2. 布儒斯特角当光从折射率为n 1的介质入射到折射率为n 2的介质分界面，例如由空气入射到玻璃，且入射角满足)/arctan(12n n B =θ （1）时，反射光为完全偏振光，振动面垂直于入射面。
这是由于根据反射定律和折射定律由（1）式可得此时反射角和入射角之和为90°，再由菲涅耳公式可知此时反射光的平行分量为0，只有垂直分量。
B θ称为布儒斯特角，（1）式即为布儒斯特定律。
图13. 马吕斯定律如果光源中任一波列（用振动平面E 表示）投射在起偏器P 上，只有相当于它的成分之一的y E (平行于光轴方向的矢量)能够通过，另一成分θcos E E x =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0E ,则透过A 的振幅为θcos 0E ,这里θ是P 与A 偏振方向之间的夹角。
[优质文档]大学物理实验讲义实验06 光的偏振实验
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实验07 光的偏振实验光波是特定频率范围内的电磁波。
在自由空间中传播的电磁波是一种横波，光波的偏振特性清楚地显示了光的横波性，是光的电磁理论的一个有力证明。
本实验研究光的一些基本的偏振特性，通过实验深入学习有关光的偏振理论。
【实验目的】1、 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法；2、 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。
【仪器用具】SGP-2A 型偏振光实验系统【实验原理】1、 光波偏振态的描述一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。
按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
这里重点讨论偏振光的描述。
一个单色偏振光可分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即⎩⎨⎧+==)cos(cos 21δωωt a E ta E y x （1） 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，1a 、2a 分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。
对于单色光，参数1a 、2a 、δ就完全确定了光波的偏振状态。
以下讨论中，取021>a a 、，πδπ≤<-。
当πδ，0=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角)c o s a rc t a n (12δαa a=称为线偏振光的方位角（如图1所示）。
图 1 线偏振光 图 2 圆偏振光当2/2/ππδ-=，且21a a =时，式（1）描述的是一个圆偏振光，其特点是光矢量为角速度ω旋转，光矢量的端点的轨迹为一圆。
δ的正负决定了光矢量的旋向，2/πδ=时为右旋圆偏振光，2/πδ-=时为左旋圆偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。
除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光（如图3所示）。
偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。
2、 偏振片和马吕斯定律偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。
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
偏振光学实验
偏振光学实验【实验目的】1． 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法； 2． 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法 【实验原理】1．光波偏振态的描述一个单色偏振光可以分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即12cos cos()x E a tE a t ωωδ=⎧⎨=+⎩ ① 式中δ为x 方向偏振分量相对于y 方向偏振分量的位相延迟量，12a a 、分别是两偏振分量的振幅，ω为光波的圆频率。
对于单色光，参数12a a 、、ω就完全确定了光波的偏振状态。
以下讨论中取120a a δπ≤、，02。
当0,δπ=时，式（1）描述的是一个线偏振光，偏振方向与x 轴的夹角12arctan(cos )a a αδ=称为线偏振光的方位角（如图1所示）。
当/2,/2δππ=-且12a a =时，式（1）描述的是一个圆偏振光，其特点是电矢量以角速度ω旋转，电矢量的端点的轨迹为一圆。
δ的正负决定了电矢量的旋向，/2δπ=时为右旋偏振光，/2δπ=-时为左旋偏振光（迎着光的方向观察，如图2所示）。
除了上述特殊情况，式（1）表示的是椭圆偏振光。
（如图3）偏振的一个重要应用是研究光波通过某个光学系统后偏振状态的变化来了解此系统的一些性质。
2．偏振片偏振片主要有主透射率和消光比两个主要性能指标。
记沿透射轴方向振动的光波的光强透射率和沿消光轴方向振动的光波的光强透射率分别为1,2T T ，二者之比为消光比e 。
21/e T T = ②振动方向和透射轴方向成θ角的线偏振光经过偏振片后透射率为2122()cos T T T T θθ=-+ ③（即马吕斯定律）实验中利用两个主透射率相同的偏振片来测量消光比e 。
min 12222max 1222()/21I T TT ee I T T T e ⊥===≈++ 实验中所用偏振片的消光比e 在451010--量级。
因此光波通过偏振片后仍可近似看成是偏振光。
通常把产生线偏振光的偏振片叫起偏器，用以分析光的偏振器叫检偏器。
高中物理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。
大学物理实验光的偏振
实验27 光的偏振一、实验目的1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。
2、了解偏振光的产生及其检验方法。
3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。
4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。
5、了解1/2波片和1/4波片的用途。
二、实验原理 1、光的偏振状态光是电磁波，它是横波。
通常用电矢量E 表示光波的振动矢量。
(1)自然光 其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l 所示。
(2)平面偏振光 电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。
如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。
(3)部分偏振光 电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。
部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。
(4)椭圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。
椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。
(5)圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。
圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。
图27-4 椭圆偏振光2、布儒斯特定律反射光的偏振与布儒斯特定律如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。
当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。
此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。
由折射定律很容易导出此时的入射角α满足关系12tan n n =α (27-1)(27-1)式称为布儒斯特定律，入射角α称为布儒斯特角，或称为起偏角。
线偏振光进入波片后
解:(１)两尼科耳棱镜Ｎ1、Ｎ2的透振方向和波片光轴的 相对方位表示在计算题 3 解图中．自然光经过尼科耳棱 镜，成为线偏振光，强度为 I0/2 ．线偏振光的振动方向 与光轴夹角为 300 ，进入晶体后分解为 o 光和 e 光，由于 /4波片Ｃ使o光和e光产生/2的相位差，所以过Ｃ后成 为长轴延波片光轴的正右旋椭圆偏振光．
I min (1 / 4) I 0 (1 cos 2 )
屏幕上干涉条纹的可见度为
I max I min V cos 2 I max I min
偏振光特性的研究实验报告
偏振光特性的研究实验报告篇一：偏振光特性的研究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ib?arctann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，ib称为布儒斯特角．如果自然光以ib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?，即??2??(ne?no)l式中?为入射光的波长，l为晶片的厚度，ne和，no分别为e和o光的主折射率。
光学试卷及答案
〈光学〉期终试卷（一）班级学号姓名成绩一.选择题（每小题2。
5分,共25分每小题只有一个正确答案）1.下列说法正确的是A。
薄的凸透镜对入射光线一定是会聚的；B。
薄的凹透镜对入射光线一定是发散的C。
入射光的发散或会聚程度对厚凸、凹透镜的光焦度有影响D.厚凸、凹透镜对入射光线可能是会聚的,也可能是发散的2.光从一种介质进入另一种介质时，不发生变化的是A。
频率；B。
波长 C.速度; D。
传播方向3.在菲涅尔双面镜干涉实验中，减少条纹间距的方法有A。
增大入射光的波长；B。
增大接收屏与镜的距离C。
增大两平面镜的夹角； D.减小光源与双面镜交线的距离4.白光正入射到空气中的一个厚度为3800埃的肥皂水膜上,水膜正面呈现什么颜色(肥皂水的折射率为1.337）A。
红色B。
紫红色C。
绿色D。
青色5.光栅光谱谱线的半角宽度Δθ与下列哪项无关?A。
谱线的衍射角 B.光谱的级次C。
光栅常数D。
光栅的总缝数6.光是由量子组成的,如光电效应所显示的那样，已发现光电流依赖一于A。
入射光的颜色 B.入射光的频率C。
仅仅入射光的强度D，入射光的强度与颜色7.球面波自由传播时,整个波面上各次波源在空间某P点的合振动之振幅等于第一个半波带在P点产生的振动之振幅的A.1/2倍B。
1倍C。
2倍 D.4倍8.天文望远镜物镜的直径很大，其目的不是为了A.提高入射光的光强B。
提高分辨本领C。
能看到更大的像 D.能看到更清晰的像9.使用检偏器观察一束光时,强度有一最大但无消光位置，在检偏器前置一1/4波片，使其光轴与上述强度最大的位置平行，通过检偏器观察时有一消光位置,这束光是: A。
平面偏振光 B.椭圆偏振光C.部分偏振光D。
圆偏振光和平面偏振光的混合10。
关于单轴晶体，下列哪种描述是正确的?A。
负晶体，V〉V e，n〈n eB.正晶体,V〉V e, n。
〉n eC.负晶体，V〈V e n。
〉n eD。
正晶体，V〈V e, n〉n e二。
填空(每小题2分，共20分）1.从一狭缝射出的单色光经过两个平行狭缝而照射到120cm远的幕上，若此两狭缝相距为0.2mm，幕上所产生的干涉条纹中两相邻亮纹间距离为3.60mm ,则此单色光的波长为①mm2.在迈克尔逊干涉仪的一条光路中，放入折射率为n。
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（4）偏振光的光强
①自然光通过偏振片后，I1＝（1/2)I0 ;
②线偏振光通过偏振片后， I1＝I0 cos2(此称为马 吕斯定律）； ③自然光通过双折射晶体后，I0＝ Ie ＝（1/2)I0 ； ④线偏振光通过双折射晶体后，
Ie＝I cos2，
Io＝I sin2
（5）偏振光的检验
各种偏振光通过偏振片后偏振状态的变化
3. 晶体偏光器件
（1）偏光棱镜；（2）偏光分束棱镜；（3）波 晶片（全波片，半波片，四分之一波片等）； （4）位相延迟片（补偿器）等。
4. 偏振光的干涉
Ae A1 cos
Ao A1 sin
P1
Ao A02 A1 Ae Ae2 c
Ae 2 A1 cos cos
P2
I x Iy
③线偏振光：振动面取一定方位的线偏振光，可以 看作是频率相同，振动方向相互垂直位相相同或反 相，振幅比一定的两个线偏振光的合成。
E ( Ax i Ay j ) cos( t kz)
Ax=Acos Ay=Asin
4. 圆偏振光:可以看作是振动方向相互垂直、频率相同、 振幅相等、位相差±/2的两个线偏振光的合成。
（5）因为线偏振光在30的方向上，故入射椭圆 的长短轴之比 Ay/Ax=tan60。且可画出椭圆的外 接矩形。
（6）石英是正晶体，经/4片后，e 光的位相落后于 o 光 /2 ，即 2 ＝－ /2 。因此，入射到 /4 片的光所具 有的初始位相为 1 ＝ － 2 ＝ 3/2 （或－ /2 ）。此为一个左旋的椭 圆偏振光。 （7）综合以上结果有：在未放/4 片时的入射光偏振态为：一个左 旋椭圆偏振光，长短轴之比为 Ay/Ax=tan60，长轴方向在N1主截 面方向。如图所示。
（2）产生圆偏振光的方法
线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴成45° 的角通过四分之一波片后，为圆偏振光
（3）产生椭圆偏振光的方法
①线偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴的 夹角为（0°、±45°、/2 、± 等值）时， 通过四分之一波片后，为正椭圆偏振光。 ②线偏振光的振动方向与波片的光轴的夹角为 （0°、 /2 、 ± 等值）时，通过一般波片 后，为斜椭圆偏振光。
第五章 光的偏振
习 题 课
主讲人 杜泉/谌晓洪
理化学院
本章主要内容
1. 光波的五种偏振态
自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光与 椭圆偏振光 ①自然光：包含有一切可能的振动方向，可以分 解为频率相同，振动方向相互垂直振幅相等，二 者之间无确定位相关系的两个线偏振光。
Ix=Iy=(1/2)I0
②部分偏振光: 包含有一切可能的振动方向，可以分 解为频率相同，振动方向相互垂直振幅不相等，二 者之间无确定位相关系的两个线偏振光。
E Ex i E y j
Ex A cos( t kz) E y A cos( t kz 2)
当＝ y－ x＝ /2时， 为右旋圆偏振光 当＝ y－ x＝－ /2时， 为左旋圆偏振光
椭圆偏振光：可以看作是振动方向相互垂直、频率相同、 振幅不等、位相差固定的两个线偏振光的合成。
入射光的 偏振态 自然光
通过偏振片 后的偏振态
线偏振光
偏振片绕光的传播方向转动 一周光强的变化 光强不变化
部分偏振光 线偏振光
线偏振光 圆偏振光 线偏振光 线偏振光
线偏振光
光强有变化，但无消光位置（两 次最大，两次最小） 光强有变化，且有消光位置， （两次最大，两次消光） 光强不变化 光强有变化，但无消光位置（两 次最大，两次最小）
＝ y－ x
＝0， 时为线偏振光； ＝/2时为正椭圆偏振光； 为其它值为斜椭圆偏振光。 0 ＜ ＜ 时为右旋椭圆偏振光； - ＜ ＜0 时为左旋椭圆偏振光。
2. 偏振光的产生与检验
（1）产生线偏振光的方法
①反射法（ ib tan
1 n2 n1
）；
②吸收法；（二向色性晶体，偏振片） ③棱镜法。（尼科耳棱镜，格兰系列棱镜等）
合成轨迹为
2
E Exz x ) E y Ay cos( t kz y )
Ex E y Ex E y 2 A A 2 A A cos sin x y x y
解：（ 1 ）加入 /4 片后可全暗，说明入射光为椭圆 偏振光。 （2）尼科耳转至光强最大处，则主截面方向即为入射光 的长轴方向。N1为长轴方向。
（3）/4片光轴与N1主截面平行，故长轴上的振 动为e光，短轴为o光。
（4）N2与N1顺差60时全暗，说明经/4片后的线偏 振光的振动面在逆时针转 30 的位置上（二、四象 限）。说明e光的位相落后于o光（或－）。即＝ （或－）。
椭圆偏振光
各种偏振光通过四分之一片后偏振状态的变化
入射光 自然光 部分偏振光 线偏振光 四分之一波片光轴的方位 光轴任意方位 光轴任意方位 与振动方向平行或垂直 与振动方向成45°或135° 其它方位 圆偏振光 椭圆偏振光 任何方位 与椭圆的长轴或短轴平行 其它方位 出射光 自然光 部分偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 线偏振光 线偏振光 椭圆偏振光
Ao 2 A1 sin sin
I 2 A A 2 Ae 2 Ao 2 cos
2 e2 2 o2
2
(no ne )d 0(或）
习 题 选 讲
1. 一束入射光通过旋转尼科耳棱镜观察，发现其光 强随之变化，但不到全暗。当尼科耳转至光强最大 时，在它前面垂直插入一块石英 /4片，其光轴与尼 科耳主截面平行。顺时针转动尼科耳至60时，光全 暗。试详细分析入射光的偏振态。
N1
30
60
N2
2. 一束自然光和线偏振光的混合光垂直通过偏振片。 以入射光为轴转动偏振片时，测得透射光强最大值 是最小值的5倍。求自然光与线偏振光强度之比。 解：设自然光的光强为： I 0 A02 ，则通过偏振片 2 后的强度为： I 1 1 ； A 0 2