偏振现象的观察与分析 2

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偏振现象的观察与分析

实验目的
1.观察光的偏振现象,巩固理论知识. 2.掌握产生与检验偏振光的原理和方法.
仪器及用具
分光计、纳光灯、偏振片、1/4波片、半波片和平面镜等.
原理
光是一种电磁波,它的电矢量E和磁矢量H相互垂直,且均垂直于光的传播方向.通常用电矢量E代表光的振动方向,并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为该偏振光的振动面.在传播过程中,电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光.若振动只是在某一确定的方向上占有相对优势,则称为部分偏振光.还有一些光,它的振动面和电矢量随时间作有规律的变化,而电矢量末端在垂直与传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆,这样的光称为椭圆偏振光或圆偏振光.
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)中所述现象.
偏振光的鉴别
(3)椭圆偏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.
3.波片与圆偏振光和椭圆偏振光
波片由正晶体或负晶体制成,常用来改变光的偏振状态. 当一束振幅为A的线偏振光垂直入射到表面平行于光轴的晶
片上，且光的振动面与晶片光轴夹角为时，则在晶片表面上，偏振光O光与e光的振幅分别为Asin与Acos.二光传播
的方向相同,但这两束振动面互相垂直的光由于在晶体中传播速度不同，因而会产一位相差.设晶片厚度为l,晶体对O光的折射率为n0,对e光的折射率为ne,于是经晶片射出后O光、 e光的位相差为
实验内容
鉴别自然光和偏振光反射起偏

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。

实验要求-偏振现象的观测和分析-2011-9

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。

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

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：1)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。

2)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)。

3)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。

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，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。

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。

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)反射和折射产生的偏振根据布儒斯特定律，当自然光以i b=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，i b称为布儒斯特角。

光的偏振现象解析

光的偏振现象解析光的偏振现象是指光波在传播过程中的振动方向与传播方向有关，可以被分为线偏振、圆偏振和无偏振三种类型。

这些现象在光学、电磁学等领域具有重要的应用价值。

本文将对光的偏振现象进行深入分析，并介绍相关的实验方法和应用。

一、偏振光的特性偏振光是指在某一特定方向上振动的光波，其振动方向与波的传播方向垂直。

线偏振光的振动方向呈直线，圆偏振光的振动方向绕着传播方向旋转，而无偏振光则是在所有方向上都振动。

1.1 偏振片的原理偏振片是实现偏振光分析和利用的重要器件。

其工作原理是利用介质的吸收和透射特性来选择特定方向的光波。

通过交叉叠加两个偏振片，可以实现对光的完全消光或透振。

1.2 偏振光的产生方式偏振光可以通过自然光的偏振过滤、偏振器和波片等器件产生。

自然光在经过一系列反射、折射、散射等过程后，会出现特定方向的振动。

利用偏振片、偏振器和波片可以实现对光的偏振控制，从而产生偏振光。

二、偏振现象的实验方法为了观察和研究光的偏振现象，科学家们发展了多种实验方法和技术手段。

以下列举几种常见的实验方法：2.1 通过偏振片观察现象将偏振片与光源或光波进行组合，通过观察透过偏振片的光强变化来判断光的偏振状态。

这种方法简单易行，适合初学者体验和理解偏振现象。

2.2 干涉法利用光的干涉现象可以对光波的偏振进行测量和分析。

通过干涉条纹的变化来判断光的偏振状态和振动方向。

2.3 偏振分析仪偏振分析仪是一种专门用于观测和测量偏振现象的仪器。

通过精密的光学设计和测量手段，可以确定光的偏振状态和振动方向。

三、偏振现象的应用光的偏振现象在科学研究、光学仪器以及生产制造等领域有广泛的应用。

3.1 偏振滤光器偏振滤光器可以用于减少自然光的强度，过滤掉特定偏振方向上的光波，从而实现光的选择传输。

3.2 光通信偏振光在光通信中起到重要的作用，由于其振动方向稳定，可以提高光信号的传输质量和可靠性。

3.3 光学显微镜光学显微镜利用偏振现象来增强样品的对比度和显示细节。

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及分析光波是电磁波，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．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）；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．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、检偏及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为入射光偏振方向及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，若反射线及折射线垂直，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波片及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 光及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，仍都及表面垂直．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波片及偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向及晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但及光轴成负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波片及偏振光（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）．图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图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及检偏器的透振轴相互垂直．再从 =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及入射光线重合，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．且及标称值作比较，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．1.马吕斯定律的验证2.布儒斯特角度的测定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．用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP≈56°时消光效果最显著．但在近掠入射时，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及自然光相似，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．。

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。

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。

偏振光现象的观察与分析

偏振光现象的观察与分析光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象.光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865~1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象.按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。

部分偏振光可以看作自然光和线偏振光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。

圆偏振光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。

起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件. 利用光的偏振现象在物理学方面可测量材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。

利用偏振光的干涉现象在力学上检测材料压力分布，应用于建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

1.主窗口：打开偏振光观察与研究的仿真实验，从实验仪器栏中点击拖拽仪器至实验台上，如下图所示：2.正式开始实验：（1）光源调节双击桌面上光源小图标，弹出光源的调节窗体，可以单击光源的开关按钮，切换光源的开关状态；同时可以点击“选择发出光”按钮来选择光源发出光类型，光源默认发出的是“自然光”。

（2）偏振片调节双击桌面上偏振片小图标，弹出偏振片的调节窗体。

初始化时偏振片的旋转角度是随机的，用户使用时需要手动去校准。

最大旋转范围为360°，最小刻度为1°。

可以通过点击调节窗体中旋钮来逆时针或顺时针旋转偏振片旋转的最小刻度单位为1°。

当鼠标按住选择不放，则偏振片则会不停的旋转，直到鼠标松开。

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。

偏振光现象的观察与分析

偏振光现象的观察与分析物理系，刘呈豪一、引言一八零九年，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，使人们对光的传播的规律有了新的认识。

二、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：（1）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。

（2）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)。

（3）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。

（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，且电矢量端点描出一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。

（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。

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）反射和折射产生的偏振根据布儒斯特定律，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。

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。

偏振现象的观察与分析

实验偏振现象的观察与分析实验人：学号：实验时间：实验概述【实验目的及要求】1．观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解．2．掌握产生和检验偏振光的原理和方法．3．观察光的旋光现象，学习用旋光仪测定糖溶液的浓度。

【仪器及用具】氦氖激光器，偏振片(或尼科耳棱镜)，半波片，1／4波片，硅光电池，灵敏电流计，减光板，玻璃片．【实验原理】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．实际上，能产生偏振光的器件，同样可用作检偏器．1．平面偏振光的产生(1)由反射和折射产生偏振自然光在透明介质(如玻璃)上反射或折射时，其反射光和折射光为部分偏振光．当入射角为布儒斯特角(即：入射角满足，为透明介质折射率)时反射光接近于完全偏振光，其偏振面垂直于入射面．(2)由二向色性晶体的选择吸收产生偏振有些晶体(如电气右、人造偏振片)对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，称为二向色性．当自然光通过二向色性晶体时，其中一部分的振动几乎被完全吸收，而另一部分的振动几乎没有损失，因此，透射光就成为平面偏振光．利用偏振片可以获得截面较宽的偏振光束，而且造价低廉，使用方便．但偏振片的缺点是有颜色，光透过率稍低．(3)由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光(o光、e光)，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束，剩余的一束就是平面偏振光．尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一．它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成．偏振面平行于晶体的主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反射而被除掉．2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图1所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的位相相同．在晶片中，o光与e光传播方向相同，由于传播速度不同，经过厚度为d的晶片后，o光与e光之间将产生位相差：其中表示光在真空中的波长，和分别为晶体中o光与e光的折射率．图1(1)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的晶片称为1／4波片．平面偏振光通过1／4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光．换言之，1／4波片可将平面偏振光变成椭圆或圆偏振光，也可将椭圆与圆偏振光变成平面偏振光．(2)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的晶片称为半波片．若入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的夹角为，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对入射光的振动面转过角．3．平面偏振光通过检偏器后光强的变化强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为其中为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，上述关系称为马吕斯(Malus)定律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强．当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量最大时，称它们为平行(此时)．当两者的取向使得系统射出的光量最小时，称它们为正交(此时)．4．单色平面偏振光的干涉如图2(a)所示，一束自然光经起偏器(尼科耳棱镜或偏振片)N1后，变成振幅为A的平面偏振光，再通过晶片K射到检偏器N2上．图2(b)表示透过N2迎着光线观察到的振动情况，其中、及分别表示起偏器的主截面、检偏器的主截面和晶片的光轴在同一平面上的投影，和分别为N1、N2的主截面与晶片的光轴的夹角．从晶片透过的两平面偏振光的振幅分别为：它们的位相差为．穿过N2后，只存在振动平面平行于N2主截面的分量和，其大小为可见这两束光是同频率、不等振幅、振动平面在同一平面内的相干光．因此，透射光的光强(按双光束干涉的光强计算方法)为式中，它是从起偏器N1透射的平面偏振光的光强，从上式可以看出：(1) 当(或)或时，即透射光强只与N1、N2两主截面的交角的余弦平方成正比，和没有晶片时一样．(2) 当N1、N2正交时，，则如果晶片是半波片，则，当等于的奇数倍时，，即有光透过N2，发生相长干涉；当等于的偶数倍时，，无光透过，发生相消干涉．由此可见，当半波片旋转一周时，视场内将出现四次消光现象．(3) 当N1与N2平行时，，于是有可以看出，这时透过的光强恰与N1、N2正交时互补．实验内容【实验方案设计】（测量及调节方法）1．偏振片主截面的确定将一背面涂黑的玻璃片G立在铅直面内，激光器L射出的一细光束沿水平方向入射到玻璃片上，G的反射光为偏振面垂直于入射面的平面偏振光，使G的反射光垂直射人偏振片N，以反射光的方向为轴旋转偏振片N，从透过光强度的变化和反射光的偏振面，可以确定偏振片的主截面，即透过光强极大时偏振片的主截面和反射光的偏振面一致．并在偏振片上标记其主截面的方向．2．验证马吕斯定律使激光器L射出的光束，穿过起偏器N1和检偏器N2射到硅光电池Pc上，使N1、N2正交，记录灵敏电流计上的示值．将偏振器每转一角度(～)记录一次，直至转动为止．重复以上过程几次．3．考察半波片对偏振光的影响(1)调N1、N2为正交，在N1、N2间和N1平行放置半波片，以光线方向为轴将波片转，记录出现消光的次数和相对应于N2的位置(角度)．(2)使N1和N2正交，半波片的光轴和N1的主截面成(～)角，转N2使之再消光，记录N2位置．改变角，每次增加～，同上测量直至等于．4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检验实验装置同上，将半波片换成1／4波片．(1)使N1、N2正交，以光线方向为轴将波片转，记录观察到的现象．(2)使用起偏器N1和1／4波片产生椭圆偏振光，旋转检偏器N2观察光强的变化．记录波片光轴相对N1主截面的夹角，以及转动N2光强极大、极小时主截面与波片光轴的夹角．取不同值重复观测．(3)使用N1和1／4波片产生圆偏振光(应怎样安置1／4波片?)，旋转N2，进行观测并记录．(4)为了区分椭圆偏振光和部分偏振光、圆偏振光和自然光，要在检偏器前再加一个1／4波片去观测，注意1／4波片的放置．(5)设计一实验方案(原理和步骤)，说明如何应用一个1／4波片和一个检偏器，去判断椭圆偏振光的旋转方向．5．注意事项(1)应用光电池记录光强时，灵敏电流计应选用低内阻型．读数时，应注意扣除环境。