光的偏振实验讲义
《光的偏振》 讲义
《光的偏振》讲义一、光的偏振现象在日常生活中，我们可能不太会注意到光的偏振现象，但它其实无处不在。
当我们通过偏振片观察某些光源时，会发现光的强度发生了变化，这就是光的偏振现象在起作用。
想象一下，光是一种电磁波，就像在平静水面上传播的水波一样。
但光的振动方向与传播方向垂直，而且这个振动方向并不是固定不变的。
在普通的自然光中，光的振动方向在各个方向上是均匀分布的。
然而，当光经过某些特殊的处理或在特定的环境中传播时，它的振动方向会变得具有一定的规律，这就是偏振光。
例如，我们在观看 3D 电影时，佩戴的眼镜就是利用了光的偏振原理。
通过让左眼和右眼分别看到不同偏振方向的光，从而产生立体的视觉效果。
二、偏振光的产生那么，偏振光到底是如何产生的呢？主要有以下几种方式：1、反射和折射当光在两种介质的界面上发生反射和折射时，反射光和折射光往往会成为部分偏振光。
而且，在特定的角度下，反射光可以成为完全偏振光。
2、双折射某些晶体具有双折射的特性，当一束光入射到这样的晶体中时，会分裂成两束偏振方向不同的光。
3、偏振片这是一种常见的产生偏振光的器件。
偏振片上有一些特殊的方向，只允许光沿着这些方向的振动通过，从而将自然光转化为偏振光。
三、偏振光的类型偏振光主要有三种类型：线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向始终保持在一个固定的方向上。
如果光的电场矢量端点的轨迹是一个圆，那就是圆偏振光。
而当轨迹是一个椭圆时，就是椭圆偏振光。
四、偏振光的检测要检测光是否是偏振光以及其偏振状态，我们可以使用偏振片来进行检测。
将待检测的光通过一个偏振片，并旋转偏振片。
如果光的强度不发生变化，那么这束光可能是非偏振光；如果光的强度发生变化，且在某个角度光完全消失，那么这束光就是线偏振光。
对于圆偏振光和椭圆偏振光的检测，则需要更复杂的光学系统和分析方法。
五、光的偏振在实际中的应用光的偏振在许多领域都有着广泛的应用。
在通信领域，偏振复用技术可以大大提高光通信的容量和效率。
光的偏振 课件
1.知道光的偏振现象，知道只有横波才有偏振现象。 2.了解偏振光和自然光的区别，知道偏振光的一些应用。 3.通过光的偏振现象证明光是横波。
问题思考1：光的干涉和衍射证明了 光是一种波。那么，光是横波还是 纵波？
问题思考2：横波和纵波中质点的振动方向特点有 什么不同？
横波：振速方向 与波速垂直
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
结论:两偏振片的透振方向相互垂直时,光强为零
现象：光通过第一片偏振片后再转动第二片偏振片, 光的强弱会发生变化。
结论：光有偏振现象，说明光是横波。
三、自然光与偏振光的区别
自然光
Байду номын сангаас起偏器
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
偏振光：在垂直于传播方向的平面上，沿着某 个特定的方向振动的光叫做偏振光。
实验2:让光源的光通过两片偏振片(起振器，检偏器)
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
起偏器 检偏器
偏振光 通过旋转的检偏器，光强发生变化
结论:只有振动方向与透振方向平行的光才能通过狭缝
二、光的偏振现象
自然光通过旋转的起偏器，光强不变
自然光
起偏器
受上面实验的启发，我们可以利用类似 的实验来判断光波是横波还是纵波．
偏振片由特定的材料制成，它上面有一个特殊
的方向（叫做透振方向），只有振动方向与透振方
向平行的光波才能通过偏振片．偏振片对光波的作
《光的偏振》 讲义
《光的偏振》讲义一、光的偏振现象在日常生活中，我们可能不太会留意到光的偏振现象，但它其实无处不在。
当阳光透过云层的缝隙洒下来，或者汽车前挡风玻璃反射的光线，都可能包含着偏振的信息。
光的偏振，简单来说，就是光振动方向的规律性。
普通的自然光，比如太阳光，它的振动方向是随机的，向各个方向都有。
而偏振光则具有特定的振动方向。
为了更直观地理解偏振现象，我们可以做一个简单的实验。
拿两块偏振片，让自然光先通过第一块偏振片，这时我们会发现光的强度减弱了一半。
这是因为只有与偏振片透光轴方向一致的光振动能够通过。
然后，再让通过第一块偏振片的光通过第二块偏振片，如果两块偏振片的透光轴方向平行，光能够顺利通过；如果两者的透光轴方向垂直，就几乎没有光能够通过。
二、偏振光的产生偏振光不是自然存在的，通常需要通过一些特殊的方法来产生。
一种常见的方法是反射和折射。
当自然光以一定的角度从一种介质入射到另一种介质时，反射光和折射光都会成为部分偏振光。
而且，当入射角满足特定条件时，反射光会成为完全偏振光，其振动方向垂直于入射面。
另一种产生偏振光的方法是利用偏振片。
偏振片是一种具有特殊光学性质的材料，它只允许特定方向振动的光通过。
还有双折射现象也能产生偏振光。
比如方解石等晶体，当一束光入射到晶体中时，会分解成两束折射光，这两束光就是偏振方向相互垂直的偏振光。
三、偏振光的类型偏振光主要有三种类型：线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。
线偏振光的振动方向始终保持在一个固定的方向上。
我们通过前面提到的偏振片得到的通常就是线偏振光。
圆偏振光的电场矢量端点在垂直于光传播方向的平面内描绘出一个圆。
当两个相互垂直、振幅相等、相位差为±π/2 的线偏振光叠加时，就会形成圆偏振光。
椭圆偏振光则是电场矢量端点描绘出一个椭圆。
它是两个相互垂直、振幅不相等、相位差不为±π/2 的线偏振光叠加的结果。
四、光的偏振在生活中的应用光的偏振在我们的生活中有许多重要的应用。
光的偏振ppt课件
自然光
....
线偏振光 .
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
....
线偏振光
.
起偏器
检偏器
偏振光通过旋转的检偏器，光强发生变化
自然光
（1） I0 cos2 1 I0
2
32
解得 ＝ 54044
（2） I0 cos2 I0
2
3
解得 ＝ 35016
【例题13-2】光强为 I0 的自然光相继通过偏振片P1、P2、P3 后光强为I0 /8，已知P1 P3，问：P1、P2间夹角为何？
解: 分析
I0
P1
I1
P2
P3
I2
I3=I0/8
e光
线偏振光
3. 晶体的光轴
当光在晶体内沿光轴方向传播时不发生双折射。
光轴是一特殊的方向,凡平行于此 光轴
方向的直线均为光轴。
102o
单轴晶体：只有一个光轴的晶体 双轴晶体: 有两个光轴的晶体
78o 78o 102o
4. 主平面(光的传播方向与晶体光轴构成的平面)
·
光轴
·
o光
光轴
e光
(o光振动垂直o 光主平面)
i0 — 布儒斯特角或起偏角
•
i • n1
•
•
i
b
0
n1 sin i0 n2 sin γ n2 sin(900 i0 ) n2 •
高中物理(人教版)精品讲义—光的偏振、激光
高中物理（人教版）精品讲义—光的偏振、激光课程标准课标解读1.观察振动中的偏振现象,知道只有横波才有偏振现象。
2.知道偏振光和自然光的区别,能运用偏振知识来解释生活中一些常见的光学现象。
3.知道激光与自然光的区别。
1.认识光的偏振现象，知道光是横波.2.知道偏振光和自然光的区别，了解偏振现象在生产与生活中的一些应用，如立体电影、液晶显示屏等．知识点01自然光和偏振光自然光(非偏振光)偏振光光的来源直接从光源发出的光自然光通过起偏器后的光光的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿所有方向，且沿各个方向振动的光强度都相同在垂直于光的传播方向的平面内，光振动沿某一特定方向(与起偏器透振方向一致)【即学即练1】下列关于偏振光的说法中正确的是() A．自然光就是偏振光B．沿着一个特定方向传播的光叫偏振光C．沿着一个特定方向振动的光叫偏振光D．单色光就是偏振光【答案】C【解析】自然光包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿各个方向振动的光波的强度都相同；只有沿着特定方向振动的光才是偏振光，所以选项C正确．知识点02激光的特点及其应用1.激光：激光是一种通过人工方法获得的一种频率相同、相位差恒定、偏振方向一致的光波。
2.激光的特点(1)“纯净”:激光的频率、相位、偏振方向、传播方向都相同，在实际应用中带来很多方便，如可以更好地完成干涉和衍射实验，广泛地应用于科学研究和生产生活中。
(2)平行度:激光的平行度好,能传播相当远的距离,可以用于精确的测距。
(3)亮度:激光的亮度高,可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量,可以用于切割、焊接以及在坚硬材料上打孔等。
(4)激光能像无线电波那样被调制，用来传递信息。
光纤通信就是激光和光导纤维相结合的产物。
【即学即练2】让激光照到VCD机、CD机或计算机的光盘上，就可以读出盘上记录的信息经过处理后还原成声音和图象，这是利用激光的()A．平行度好，可以会聚到很小的一点上B．相干性好，可以很容易形成干涉图样C．亮度高，可以在很短时间内集中很大的能量D．波长短，很容易发生明显的衍射现象【答案】A【解析】激光的特点之一是平行度好，它可以会聚到一个很小的点上，DVD、VCD、CD唱机或电脑上的光驱及刻录设备就利用了激光的这一特点，选项A正确，B、C、D错误．考法01光的偏振1.偏振片：偏振片由特定的材料制成，每个偏振片都有一个特定的方向，只有沿着某个特定方向振动的光波才能顺利通过偏振片，这个方向叫作“透振方向”。
《光的偏振》课件
发展新的光学理论和技术
通过对光的偏振的理论研究，可以发展新的光学理论和技术，推动光学科学的进 步。
光的偏振的未来挑战与机遇
挑战
目前对光的偏振的调控和应用还存在一定的难度，需要进一步研究和探索。同时，随着科技的发展， 对光的偏振特性的要求也越来越高，需要不断提高技术的稳定性和可靠性。
《光的偏振》ppt课件
$number {01}
目录
• 光的偏振简介 • 光的偏振的产生 • 光的偏振的应用 • 光的偏振实验 • 光的偏振的未来发展
01
光的偏振简介
光的偏振定义
光的偏振是指光波的电矢量或磁矢量在 某一特定方向上的振动状态。
光的偏振是光的横波性质的一种表现， 是光波矢量与传播方向垂直的现象。
详细描述
马吕斯定律实验是《光的偏振》课程中的重要实验之一，通过该实验，学生可以观察到 线偏振光通过检偏器后强度发生变化的现象，从而验证马吕斯定律。实验中，学生需要
调整检偏器的透振方向，记录不同角度下的光强数据，并分析实验结果，得出结论。
布儒斯特角实验
总结词
布儒斯特角实验可以用来测定不同介质表面的反射偏振分量和折射偏振分量。
在垂直于传播方向上，光波矢量可以分 解为两个相互垂直的分量，一个分量沿 着入射面内，称为平行偏振；另一个分 量在入射面内与传播方向垂直，称为垂
直偏振。
光的偏振现象
01
自然光通过偏振片后，只允许平行于偏振片透振方向的振动通 过，形成线偏振光。
02
线偏振光通过某些介质后，其振动方向会发生变化，偏离原来
详细描述
布儒斯特角实验是通过测量光线在不同介质表面的反射和折射角，来计算反射偏振分量和折射偏振分量的实验。 在实验中，学生需要调整入射角，观察并记录反射光和折射光的偏振状态，然后根据测量数据计算偏振分量的角 度和幅度。该实验有助于学生深入理解光的偏振状态和偏振光的传播规律。
实验五偏振光实验讲义
实验五偏振光实验一、实验目的了解偏振光的产生方法，掌握椭圆偏振光和圆偏振光的产生方法，验证马吕斯定律。
二、实验原理自然光经偏振片后，通常产生线偏振光。
线偏振光经波片可以产生位相延迟，然后再合成圆偏振光和椭圆偏振光。
在线偏振光后加一个4/λ波片，若偏振光的振动方向和光轴方向夹角为45°则线偏振光变为圆偏振光。
若偏振光的振动方向和4/λ波片的光轴方向夹角为其它角度，则产生偏振光为椭圆偏振光。
自然光经起偏器后产生线偏振光，线偏振光经检偏器出射，出射的光的强度和偏振光的振动方向与检偏器的透光轴方向的夹角有关，满足马吕斯定律：θ20cos I I =。
三、实验器材1. 氦氖激光器（波长650nm ）；2. 偏振片（起偏器）；3. 4/λ波片；4. 检偏器；5. 光电接收器；6. 手动X 轴旋转架（3个）；7. 滑座（4个）；8. 一维导轨 四、实验光路图激光光源白屏偏振片旋转架偏振片旋转架插入波片一维导轨光路图1起偏镜检偏镜光电接收器表头光路图2五、实验步骤1.将实验器件如光路图1示顺序摆放在一维导轨上，靠拢调至共轴，然后拉开一定距离。
旋转第二个偏振片，观察接收白屏上的光强的变化。
2.旋转第二个偏振片，将起偏片和检偏片调成正交。
然后在两个偏振片中间插入4/λ波片，旋转4/λ波片至与起偏片的方向垂直，λ波片，观察接收白屏上光强的变化，旋转4/然后再旋转45°，此时旋转检偏器，看到接收白屏上的光强不变。
3.旋转4/λ波片和起偏器的夹角为45°以外的其它角度，旋转检偏器，则接收白屏上的光强发生明暗变化，但光强不会消失。
4.把实验器件按光路图2按顺序摆放在一维导轨上，靠拢调至共轴，然后拉开一定距离。
（撤掉白屏，替换成光电接收器，接上电源）5.当无光照时，表头读数为零。
若不为零，调节调零旋钮，使指针处于零处。
打开激光光源，转动检偏片，观察表头读数，使得输出最大，调节增益旋钮，使输出值在一个合适的位置。
第30讲-光的偏振PPT课件
光矢量顺时针旋转─右旋光； 光矢量逆时针旋转─左旋光；
右旋圆 偏振光
.
左旋椭圆 偏振光
11
椭圆偏振光和圆偏振光都属于完全偏振光。
.
12
14.2 起偏和检偏
自然光不是偏振的，那么我们如何获得偏振光呢？
这完全类似于曾经遇到过的问题，自然光不是 相干光，如何用人工方法获得相干光？
一、 起偏器
可以看成是自然光和线偏振 光的混合。
如果在垂直于光传播方向的平面内各方向都有 光振动，但是各方向的振幅大小不同，存在一个占 优势的振动方向，我们把这种光称为部分偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
·· ····
平行板面的
垂直板面的
光振动较强
光振动较强
.
9
4.椭圆和圆偏振光
除了以上光的三类基本偏振状态之外，还有一 种完全偏振光叫做椭圆偏振光。
为解决这个问题，阿喇果在1812 年发明了平板堆起偏器。
这种器件在可见光区用玻璃板制
作，在红外区用氯化银板，在紫外区
用石英或者是石英玻璃。用十片左右
的显微镜载玻片，就可以做成一个粗
糙的玻璃片堆。
.
40
• • • • • • i0
• • • •• •• • •
0
i0
•
•
•
• • •• •
n1
n2
•
玻璃片堆 (约15层)
14
2. 二向色性晶体起偏器
二向色性起偏器本身在物理上是各向异性的， 这种各向异性是不对称的根源，使它表现出对一个 电场分量产生强烈的不对称吸收（或选择吸收）， 而对另一个分量却基本透明。这就是广义的二向色 性。
有一些天然材料，由于它们的晶体结构的各向 异性，本身表现出二向色性─沿晶体的不同方向光 学性质不同，并且与波长有关。因而这种晶体看上 去是带色的，垂直于光轴看是绿色的，沿着光轴方 向看差不多是黑色的。（二向色性这个词的来源意 味着两种颜色）
《光的偏振实验》课件
椭圆偏振是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上作椭圆运动。
偏振光通过不同介质的现象
偏振光通过透明介质时，其偏振方向会发生改变 偏振光通过反射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过折射介质时，其偏振方向也会发生改变 偏振光通过散射介质时，其偏振方向也会发生改变
观察干涉条纹：记录干涉 条纹的变化，分析光的偏 振特性
实验总结：总结实验结果， 分析光的偏振特性，得出 结论
实验注意事项
确保实验环境 安全，避免光
线直射眼睛
实验过程中， 注意保护实验 器材，避免损
坏
实验过程中， 注意观察实验 现象，及时记
录数据
实验结束后， 及时清理实验 器材，保持实
验室整洁
光的偏振实验结果分析
光的偏振实验原理
光的波动理论
光的波动性：光具有波动性，可以传播和反射
光的偏振：光在传播过程中，其振动方向与传播方向之间存在一定的关系
光的偏振实验：通过实验观察光的偏振现象，验证光的波动性
光的偏振原理：光的偏振是由于光在传播过程中受到介质的影响，导致其振动方向发生变 化
光的偏振态
光的偏振态是指光在传播过程中，其电矢量在垂直于传播方向的平面上的振动状 态。 光的偏振态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
光的偏振的应用
光学仪器中的偏振现象
偏振片：用于改变光的偏振状态，如偏振显微镜、偏振相机等 偏振棱镜：用于分离不同偏振方向的光，如偏振分光镜、偏振棱镜等 偏振光栅：用于分析光的偏振特性，如偏振光栅、偏振光栅相机等 偏振干涉仪：用于测量光的偏振特性，如偏振干涉仪、偏振干涉显微镜等
摄影技术中的偏振应用
光的偏振专业教育课件
光测弹性干涉图样
37
二、电光 效应
一般物理教案
⒈克尔效应
1875年克尔（J.Kerr）发觉，某些非晶体 或液体在强电场作用下，显示出双折射现象 ，在下图旳装置中，不加电场，光不能透过P2 后，而一加电场， P2处就有光透出。
+
S
_
P1 克尔盒
P2
38
一般物理教案
2A
1
B
C 界面
D 光轴方向
F e
o
e o
18
⑵平行光正入射 晶体表面（光轴 在入射面内且垂 直于界面）
B 光轴方向
⑶平行光正入射 晶体表面（光轴 在入射面内但平 行于界面
B 光轴方向
一般物理教案 A 界面
A 界面
19
一般物理教案
⑷平行光斜入射晶体 表面（光轴垂直入射 面且与界面平行）
三、晶体光学器件
10
§18-3 反射和折射时 光旳偏振现象
一、由反射和折射产生部分偏振光
一般物理教案
当光线在两种介质n1、 n2旳交界面上发生反射和 折射时，反射光和折射光
都将成为部分偏振光，反
射光中垂直振动面旳光矢
量加强，透射光中平行振 动旳光矢量加强。
ii
n1 n2 r
11
二、布儒斯特定律
一般物理教案
当光线以iB入射时， iB 满足：
2
no ne d
Ae1
Ae2
Ao2 α
Ao1
β
// 2k k 1,2,3...相长干涉
// (2k 1) k 1,2,3...相消干涉
31
二、显色偏振
一般物理教案
两束相干偏振光旳相位差是随晶片厚度d变化 旳。用单色自然光垂直入射上述试验装置，当 晶片厚度均匀时，屏上将呈现一片强度分布均 匀旳亮光，没有干涉条纹。旋转系统中旳晶片 ，即变化α角，强度发生变化。若用白光照射 ，某些波长旳光满足相长干涉条件，另某些满 足相消干涉条件，所以屏上出现相应旳色彩。 若旋转晶片或检偏器P2，出射光旳颜色也随之 变化，这种现象称为显色偏振。
光的偏振实验讲义
偏振光学实验教案教学方式及时间安排讲解与实际操作，讲解35-45分钟，操作指导20分钟，学生动手操作120分钟,共200分钟,4个学时。
讲解：光是一种电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。
由于一般光源发光机制的无序性，其光波的电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，称为自然光。
当由于某种原因，使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，我们称这种光线为偏振光。
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）规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等技术部门有广泛的应用。
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、1/4波片的作用；3．掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。
实验仪器半导体激光器、碘钨灯、硅光电池、UT51 数字万用表、偏振片（2 片）、1/2 波片、1/4 波片、反射镜、玻璃堆、平台和光具座等实验原理1．光的偏振性光是一种电磁波，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。
此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。
若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。
如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态。
普通光源发出的光一般是自然光，自然光不能直接显示出偏振想象。
但自然光可以看成是两个振幅相同，振动相互垂直的非相干平面偏振光的叠加。
在自然光与平面偏振光之间有一种部分偏振光，可以看作是一个平面偏振光与一个自然光混合而成的。
其中的平面偏振光的振动方向就是这个部分偏振光的振幅最大方向。
2．偏振片虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光，介质的这种性质称为二向色性。
光的偏振 课件
2、只有横波才有偏振现象 3、纵波不发生偏振现象
(图一) (图二)
图一中是一列横波. 当这列横波穿过两个带有狭缝的木 板时, 狭缝的方向与波的振动方向相 同,这时横波可以穿过. 当我们将后一块木板旋转900以后,我 们发现这时横波就不能再通过了.我们 把这种现象称为横波的偏振现象.
通光方向 P
通
不通
形象说明偏 振片的原理
通光方向
腰横别扁担进不了城 门
二、光源的偏振状态
1、线偏振光
u
u
也叫面偏振光 偏振光 完全偏振光 线偏振光的图示
在纸面内振动 垂直纸面的振动
2、自然光 普通光源发光： 在垂直传播方向的平面内 各个方向的光振动全有 各个振动方向的强度相等
乱
是各个振动 的无规混杂
4、如果两个偏振片的透振方向垂直，那么，偏振光的 振动方向跟第二个偏振片的透振方向垂直，偏振光 不能通过第二个偏振片，透射光的强度为零．
所以，光是一种横波．
光的偏振现象并不罕见．除了从光源（如太阳、 电灯等）直接发出的光以外，我们通常看到的绝大 部分光，都是偏振光．自然光射到两种介质的界面 上，如果光入射的方向合适，使反射光与折射光之 间的夹角恰好是90°，这时，反射光和折射光就都 是偏振的，并且偏振方向互相垂直．
1、一般入射角的情况 反射光 折射光都是部分偏振光
反射光中 垂直入射面振动占优 折射光中 平行入射面振动占优
2、特殊入射角的情况
入射角满足
i0
tg
1
n2 n1
1 ) 两光偏振状态 反射光 -- 完全偏振光 折射光 -- 部分偏振光
2 )反射光线与折射光线垂直
光的偏振及应用实验原理
光的偏振及应用实验原理一、引言在光学中，光的偏振是指光波中的电场振动方向沿着特定方向传播的现象。
通过研究光的偏振现象，可以深入了解光的性质及其在实际应用中的表现。
本文将介绍光的偏振及其应用实验的原理。
二、光的偏振原理1. 光的偏振定义光的偏振是指在特定条件下，光的电场振动只沿着一个方向振动。
具体来说，光的电矢量将仅限于一个平面内的振动。
2. 偏振光的特性•具有方向性：光的偏振在特定平面内，只能沿着一个方向传播。
•具有振动方向：偏振光的电场振动方向与传播方向垂直。
•具有偏振状态：按照电场振动方向可分为线偏振光、圆偏振光和椭偏振光。
3. 光的偏振现象产生原理光的偏振可由于自然光通过偏振片、反射、散射、折射和干涉等现象引起。
其中，利用偏振片将自然光中的振动方向分离，从而得到偏振光。
三、光的偏振实验1. 实验仪器和材料准备•偏振片：用于分离光的偏振方向。
•光源：发出自然光。
•旋光仪：用于测量物质对光的旋光性质，判断光的偏振状态。
•光学台：用于放置实验仪器。
2. 实验步骤•步骤一：将光源放置在光学台上，并将偏振片放在光源前面。
调整偏振片的角度，观察光的强度变化。
•步骤二：使用旋光仪测量物质对光的旋光性质。
将样品放置在旋光仪中，调整角度，观察光的旋光现象及旋转角度。
•步骤三：将偏振片放在旋转角度固定的样品后面，观察光的偏振状态变化。
3. 实验结果分析通过实验观察和测量，可以得出以下结论：•偏振片在透过自然光后，能够将光的振动方向分离，产生偏振光。
•通过旋光仪测量物质的旋光性质，可以判断光的偏振状态。
•在旋转角度固定的样品后面放置偏振片，可以改变光的偏振状态。
四、光的偏振应用实验1. 偏振片的应用偏振片是光学实验中常用的器件之一，在以下实验和应用中得到广泛应用：•光的消光实验：通过逐渐旋转偏振片，使得自然光在特定角度下完全消光，从而实现光的消除。
•波片实验：配合偏振片使用，可以通过旋转偏振片和波片之间的角度关系，改变光的偏振状态。
光的偏振第一讲PPT课件
04
光的偏振分类
线偏振光与椭圆偏振光
线偏振光
光的电矢量只在某一特定方向上振动，该方向垂直于光的传播方向。
椭圆偏振光
光的电矢量在两个相互垂直的方向上振动，且电矢量端点轨迹呈椭圆。
圆偏振光与自然光
圆偏振光
光的电矢量在垂直于传播方向的平面上旋转，且旋转方向随时间变化。
自然光
光的电矢量在各个方向上均匀分布，没有特定的偏振方向。
偏振片是常见的产生偏振光的器件， 它通过特定的涂层使光线在特定方向 上折射，从而产生偏振光。
偏振光的其他性质
01
偏振光在传播过程中，其电场和 磁场分量始终保持相互垂直，这 使得偏振光具有方向性，可以用 来控制光波的传播方向和强度。
02
偏振光的干涉现象是偏振光的一 个重要性质，当两束偏振光干涉 时，会产生明暗相间的干涉条纹 。
02
光的偏振现象
自然光与偏振光
自然光
光线在各个方向上的振动是均匀 分布的，表现为无规则的波动。
偏振光
光线在某一特定方向上的振动占 优势，表现为有规律的波动。
偏振现象的观察
偏振滤光片
通过偏振滤光片观察自然光，可以观 察到光的强度减弱，呈现出特定的色 彩。
液晶显示器
液晶显示器利用偏振光原理，通过调 整偏振片的旋转角度来控制像素的明 暗。
偏振态的描述方法
01
02
03
斯托克斯参量
描述线偏振光、椭圆偏振 光和圆偏振光的三个参量， 包括幅度、方位角和旋转 方向。
琼斯矩阵
描述线性光学系统对偏振 态的影响，通过输入和输 出光的偏振态矩阵运算来 描述。
Stokes矢量
由四个参数构成的矢量， 用于描述光的偏振状态， 包括幅度、方位角、主轴 角和退偏振程度。
物理实验讲义实验06 光的偏振实验
偏振片的应用很广。如汽车夜间行车时为了避免对方汽车灯光晃眼以保证安全行车，可以在所有汽车的车窗玻璃和车灯前装上与水平方向成45°角，而且向同一方向倾斜的偏振片。这样，相向行驶的汽车可以都不必熄灯，各自前方的道路仍然照亮，同时也不会被对方车灯晃眼。
4、在同一组含有相对光强测量的数据中，光电流放大器的增益调节必须是一致的，实验中可以进行相对光强修正（即读数减掉本底电流）。
【思考问题】
1、迎着太阳驾车，路面的反光很耀眼，一种用偏振片做成的太阳镜能减弱甚至消除这种眩光。这种太阳镜较之普通的墨镜有什么优点？应如何设置它的偏振化方向？
2、设计一个方案区别自然光、部分偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和线偏振光。
表6布儒斯特角的测量
（°）
10
20
30
40
48
50
52
54
55
56
57
58
60
62
64
70
I
【注意事项】
1、切勿用眼睛直视激光器的轴向输出光束，以免视网膜受到永久性的伤害。
2、取放光学元件应小心，不许触摸光学表面。
3、因有些偏振片的检偏特性不理想，不能完全消光，只有采取比较的方法，找到一个消光相对来说能达到最暗的位置。
图14布儒斯特角的测定
（2）按图14安装好光学测角台和光学探头，让激光照射立在光学测角台上的黑玻璃镜，转动测角台，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位。转动测角台接收臂（光电探头安装在接收臂上）至10°（反射角），然后转动测角台至反射光束进入光电探头，记录相对光强，同样地，测量反射角在10°~70°之间的相对光强大小，记录于表6，画出相对光强与反射角（即入射角）的关系曲线，定出布儒斯特角，计算黑玻璃镜的折射率。黑玻璃镜的布儒斯特角标准值为56°36′。
大学物理光的偏振课件
旋转检偏器，观察光斑的变化。当检 偏器的晶格方向与偏振片一致时，光 斑消失；当检偏器的晶格方向与偏振 片垂直时，光斑重新出现。
步骤2
打开光源，观察屏幕上是否出现光斑。 若出现光斑，表示偏振光已经产生。
步骤4
重复步骤3，改变检偏器的旋转角度， 观察光斑的变化，以验证光的偏振现 象。
实验结果ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ析
利用偏振光的特性，开发新型光学加密和安全技 术，保障信息安全。
感谢您的观看
THANKS
量子隐形传态
通过偏振光的传输，实现 量子态的远程传输，为未 来量子通信网络奠定基础。
偏振编码
利用偏振光的偏振态进行 信息编码，提高信息传输 的容量和可靠性。
偏振光在生物医学领域的应用
生物分子检测
利用偏振光对生物分子进行检测， 提高检测的灵敏度和特异性。
医学成像
通过偏振光成像技术，获取生物 组织的结构和功能信息，为医学
诊断和治疗提供依据。
光疗与光动力治疗
利用偏振光的能量，对生物组织 进行光疗和光动力治疗，提高治
疗效果。
偏振光在其他领域的应用
光学传感与测量
利用偏振光的特性，开发新型光学传感器和测量 仪器，提高测量精度和可靠性。
光学信息处理
利用偏振光进行光学信息的处理和传输，提高信 息处理的速度和效率。
光学加密与安全
偏振滤镜在摄影中用于控制反光和眩光，提高色彩饱和度和对比度。通过消除非金属表面的反光和眩光，偏振滤镜可 以使照片更加清晰自然。
摄影中偏振滤镜的应用场景
在拍摄水面、玻璃、金属等反光物体时，使用偏振滤镜可以有效地消除反光和眩光，提高照片质量。此外，在拍摄风 景、人像等场景时，偏振滤镜也可以提高色彩饱和度和对比度，使照片更加生动。
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偏振光学实验教案
教学方式及时间安排
讲解与实际操作，讲解35-45分钟，操作指导20分钟，学生动手操作120分钟,共200分钟,4个学时。
讲解：
光是一种电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。
由于一般光源发光机制的无序性，其光波的电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，称为自然光。
当由于某种原因，使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，我们称这种光线为偏振光。
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）规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等技术部门有广泛的应用。
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、1/4波片的作用；
3．掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。
实验仪器
半导体激光器、碘钨灯、硅光电池、UT51 数字万用表、偏振片（2 片）、1/2 波片、1/4 波片、反射镜、玻璃堆、平台和光具座等
实验原理
1．光的偏振性
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。
此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。
若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。
如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态。
普通光源发出的光一般是自然光，自然光不能直接显示出偏振想象。
但自然光可以看成是两个振幅相同，振动相互垂直的非相干平面偏振光的叠加。
在自然光与平面偏振光之间有一种部分偏振光，可以看作是一个平面偏振光与一个自然光混合而成的。
其中的平面偏振光的振动方向就是这个部分偏振光的振幅最大方向。
2．偏振片
虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光，介质的这种性质称为二向色性。
）。
偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。
用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。
实际上，起偏器和检偏器是通用的。
3．马吕斯定律
设两偏振片的透振方向之间的夹角为a，透过起偏器的线偏振光振幅为A0，则透过检偏器
的线偏振光的振幅为A
A = A0cos a
I = A2cos2α= I0cos （1）
式中I0为进入检偏器前（偏振片无吸收时）线偏振光的强度。
（1）式是1809 年马吕斯在实验中发现，所以称马吕斯定律。
显然，以光线传播方向为轴，转
动检偏器时，透射光强度I 将发生周期变化。
若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值不为0。
若光强完全不变化，则入射光是自然光或圆偏振光。
这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。
4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2 波片和1/4 波片的作用
当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴的晶片时，若其振动面与晶片的光轴成a 角，该线偏振光将分为e 光、o 光两部分，它们的传播方向一致，但振动方向平行于光轴的e 光与振动方向垂直于光轴的o 光在晶体中传播速度不同，因而产生的光程差
由于o光和e光的振幅是a 的函数，所以通过1/4 波片后的合成偏振状态也将随角度a变化而不同。
当a = 0°时，出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。
当a = p / 2 时，出射光为振动方向垂直于光轴的平面偏振光。
当a = p / 4 时，出射光为圆偏振光。
当a 为其它值时，出射光为椭圆偏振光。
实验内容
1．验证马吕斯定律
实验装置如图5 所示，光束经过起偏器产生线偏振光，再透过检偏器射到硅光电池上，转动检偏器（360°）观察光强的变化，找到最大电流值（对于硅光电池，其短路电流与光源的光强呈很好的线性关系），确定该位置为相对0°。
实验时，测量精度：5°，测量范围：- 90°— + 90°。
作I～cos2a 的关系曲线，验证马吕斯定律。
2．线偏振光通过1/2 波片时的现象和1/2 波片的作用。
在光具座上按图6 放置各元件，其中P 为起偏器，在未放入1/2 波片时，使A 与P 正交，光屏上呈现消光现象。
插入1/2 波片后，转动1/2 波片观察光屏。
调节波片至呈现消光现象，此时为初始角度。
再将1/2波片从初始位置转10°，破坏消光，然后转动A 至消光位置。
记下A 所转过的角度。
依次类推，每将转动1/2 波片10°，记下达到消光时A 转过的角度。
数据记录表格如下：
1/2 波片转过角度初始 10° 20°…… 80° 90°
检偏器A 转过角度
若检偏片A 固定，将1/2波片转过360°，能观察到几次消光？若1/2 波片固定，将A 转过360°，能观察几次消光？由此分析线偏振光通过1/2波片后，光的偏振状态是怎样的？
3．用1/4 波片产生圆偏振光和椭圆偏振光。
使P 与A 正交消光，用1/4 波片代替1/2 波片，转动1/4波片使光屏上呈现消光。
再将1/4 波片转动15°然后转动A 一周（即360°），观察光屏上光强的变化情况。
依次转过1/4 波片分别为15°，30°，…，90°，则每次对应转动检偏器A 一周，记录观察到的现象（如消光，光强不变等）现象记录如下：
1/4 波片转角度A 的位置（转一周）观察到现象判断由A出射光的偏振性质
15°
30°
…
90°
4．测量出射光强与1/4波片和检偏器光轴之间的关系
（1）保持起偏器光轴与1/4 波片之间的夹角不变，调节检偏器，观察光屏上光强的变化。
测量精度测量精度：5°，测量范围：消光状态—消光状态。
选做：将调节起偏器角度变化40°，1/4 波片状态不变，重复以上测量。
5．观察光的偏振现象
（1）反射引起的偏振
图7 中S 为照明灯，C 为聚光镜，M 为黑色反光镜，A为检偏器，E 为投影屏，i B为入射角。
转动检偏器A i 可观察到屏上光强在最强和最小之间的变化，这表明反射光是部分偏振光。
（选做：仔细调节入射角i，找到最小光强为零，此时i = i B为布儒斯特角，反射光是全偏振光。
）（2）折射引起的偏振
用反射起偏一样的光源，发射的自然光以布儒斯特角入射玻璃堆上（有8 块玻璃叠成），
其透射光经过检偏器且转动，观察光屏上光强的变化，它也是偏振光。
思考题:
1．求下列情况下理想起偏器和理想检偏器两个光轴之间的夹角为多少？
（1）透射光是入射自然光强的1/3。
（2）透射光是最大透射光强度的1/3。
2．如果在互相正交的偏振片P1和P2中间插进一块1/4 波片，使其光轴跟起偏器P1的光轴平行，那么透过检偏器P2的光斑是亮的？还是暗的？为什么？将P2转动90°后，光斑的亮暗是否变化？为什么？
3．在第2 题中用1/2 波片代替1/4波片，情况如何？。