线偏振光的获得与检验教学设计
偏振光的产生和检验-实验报告
姓名学号院系时间地点【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):2）测量记录(1分)量程: 20μ(W) 光电流强度I夹角 θ光电流强度I夹角 θ光电流强度I10 0.24 130 4.68 250 6.8120 0.83 140 3.30 260 7.5530 1.81 150 2.05 270 7.8640 3.03 160 1.00 280 7.6850 4.39 170 0.30 290 7.0560 5.65 180 0.04 300 6.0370 6.72 190 0.26 310 4.7780 7.45 200 0.87 320 3.4090 7.76 210 1.87 330 2.13100 7.58 220 3.13 340 1.03110 6.96 230 4.47 350 0.32120 5.93 240 5.74 360 0.043）贴图(3分): 曲线（直角坐标）夹角/θ︒2. 椭圆偏振光的获得与检验1）器件光路示意图(2分):2）测量记录(1分) 量程200μ(W) :P2夹角 : 波片夹角 : 光电流强度θΦ=15︒Φ=45︒θΦ=15︒Φ=45︒θΦ=15︒Φ=45︒I I I I I I15 3.0 21.5 135 27.2 20.0 255 29.5 23.530 5.7 22.0 150 18.5 19.4 270 35.2 23.245 12.5 22.9 165 10.6 19.4 285 37.3 22.460 22.0 24.7 180 4.6 19.8 300 34.6 21.875 29.9 24.2 195 2.8 20.2 315 28.2 20.790 36.1 23.5 210 5.4 21.2 330 19.8 20.2105 36.4 21.7 225 12.0 22.4 345 11.2 20.5120 33.9 20.6 240 21.2 23.1 360 4.9 20.8 3）贴图(5分): 15°和45°的曲线图（极坐标）作图时, 先讲极角坐标转化为直角坐标, 并将直角坐标系的原点与x轴正向与极坐标系的极点和极轴重合, 并取相同的单位长度, 利用EXCEL作图：光强与检偏器角度的关系（Φ=15︒）光强与检偏器角度的关系（Φ=45︒）3.1/2波片的研究1）器件光路示意图(2分):2）测量3）结论(2分): 关系；将与的散点图绘制出来, 并求出其对应的线性回归方程, 其线性相关系数为0.99644, 可见其有很强的线性相关关系并且基本满足: ＝2。
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。
偏振光实验教学指导书
偏振光实验教学指导书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.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。
一、教学目的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条件和方法，测量透过1/2波片和1/4波片后偏振光的变化。
二、教学要求1、实验三小时完成。
2、用两偏振片验证马吕斯定律。
3、测量两种波片转动90°之间偏振光光强变化。
5、根据波片改变偏振光原理分析实验数据。
三、教学重点和难点1、重点：1/2波片和1/4波片对偏振光偏振态的影响。
2、难点：1/4波片形成的椭圆偏振光极小值对应角度测量。
四、讲授内容（约20分钟）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。
椭圆偏振光可视为两个沿同一方向z传播的振动方向相互垂直的线偏振光（例如—个电矢量为xE ，一个为yE ）的合成：)cos(kz t A E x x -=ω （1）)cos(ϕω+-=kz t A E y y （2）式中A 为振幅，ω为二光波的圆频率，t 表时间，k 为波矢的数值数值，ϕ是两波的相对位相差。
合成矢量E 的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆，椭圆的形状、取向和旋转方向，由xA 、yA 和ϕ决定。
当yx A A =及2πϕ±=时，椭圆偏振光退化为圆偏振光；当πϕ±=,0或x A （或y A ）0=时，椭圆偏振光退化为线偏振光（如下图）。
线偏振光的产生、检验PPT课件
2019/11/26
.
13
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。
2019/11/26
.
14
➢ 渥拉斯顿棱镜的偏振分束角 对于“o-e”光束，偏振角为：
2019/11/26
.
3
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。
2019/11/26
.
1
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。
一 偏振光的产生和检验
实验十一 偏振光的产生和检验光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。
本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E 和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。
光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。
目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。
利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。
一、实验目的1、观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。
2、掌握产生和检验偏振光的原理和方法。
二、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 相互垂直。
E 和H 均垂直于光的传播方向，故光波是横波。
实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E 的方向定为光的振动方向。
自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这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，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。
自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。
如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，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，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。
2、获得线偏振光的方法自然光变成偏振光称作起偏，可以起偏的器件分为透射和反射2种形式。
(1) 反透射式起偏器自然光在两种媒质的界面处反射和折射，当入射角b φ满足12tan /b n n φ=时，反射光成为振动 方向垂直于入射面的线偏振光，这个规律称布儒斯特定律，bφ称为布儒斯特角或起偏角，而折射光为部分偏振光。
如果自然光以入射角b φ投射在多层的玻璃堆上，经过多次反射后，透射出的光也接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。
(2)透射式起偏器晶体起偏器：利用某些晶体的双折射现象可以获得较高质量的线偏振光，如尼科尔棱镜，这类偏光器件价格昂贵。
偏振光的观察与研究教案
偏振光的观察与研究一、实验简介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。
二、实验原理1．偏振光的概念和产生：2．改变偏振态的方法和器件：常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。
如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。
它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的 是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度v o ,v e不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(n e-n o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n e-n o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n e-n o)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。
偏振光原理实验实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 深入理解光的偏振现象，巩固相关理论知识。
2. 掌握直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
3. 学会使用偏振片、波片等实验仪器，进行光的偏振状态分析。
二、实验原理1. 偏振光的产生：自然光经过起偏器后，其振动方向变得有规律，成为偏振光。
2. 偏振光的检验：通过观察光的偏振现象，判断光的偏振状态。
3. 偏振光的分解：利用波片可以将偏振光分解为两个相互垂直的偏振光。
三、实验仪器1. 激光器：提供稳定的单色光。
2. 偏振片：用于产生和检验偏振光。
3. 波片：用于分解偏振光。
4. 光具座：用于固定实验仪器。
5. 光屏：用于观察光斑。
6. 秒表：用于测量时间。
四、实验步骤1. 将激光器发出的光束调整至水平传播。
2. 将偏振片固定在光具座上，使光束通过偏振片。
3. 观察光屏上的光斑，记录光斑形状和亮度。
4. 将波片固定在光具座上，使光束通过波片。
5. 调整波片的角度，观察光屏上的光斑变化，记录光斑形状和亮度。
6. 重复步骤4和5，分别使用两个偏振片和两个波片进行实验。
五、实验数据及处理1. 观察到，当光束通过偏振片后，光屏上的光斑形状变为明暗相间的条纹，说明光束被分解为两个相互垂直的偏振光。
2. 调整波片角度，当波片的光轴与偏振片的光轴平行时，光屏上的光斑最亮；当波片的光轴与偏振片的光轴垂直时，光屏上的光斑最暗。
3. 通过实验，验证了直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
六、实验结果与分析1. 通过实验，我们深入理解了光的偏振现象，掌握了直线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的产生方法。
2. 实验过程中，我们发现波片的光轴与偏振片的光轴平行时，光屏上的光斑最亮；当波片的光轴与偏振片的光轴垂直时，光屏上的光斑最暗。
这验证了偏振光的分解原理。
3. 实验过程中，我们使用偏振片和波片等实验仪器，成功进行了光的偏振状态分析。
七、实验总结本次实验通过观察光的偏振现象，加深了对光的偏振理论知识的理解。
偏振光的产生和检验-实验报告
偏振光的产生和检验-实验报告本实验旨在通过不同的方法产生偏振光，并使用偏振片检验其偏振状态。
一、实验原理1.产生偏振光的方法：（1）偏振器：利用吸收性偏振片将某一方向的振动分量全部吸收而形成偏振光。
（2）双折射晶体：利用具有双折射现象的晶体使得线性偏振光沿着不同的路径出现不同的相位差而形成偏振光。
（1）偏振片：将待检验光线通过偏振片时，如果偏振片的方向与光线偏振方向相同，则通过后光强减弱；否则完全吸收。
（2）法拉第效应：利用法拉第效应板将待测光线通过，通过效应板中的电磁场修正光线的相位，从而形成偏振光。
二、实验步骤（1）使用偏振片产生偏振光：将自然光通过偏振片后获得线性偏振光。
将偏振片旋转一定角度，并将另一块偏振片置于其后，通过转动后一块偏振片观察是否可以完全消光。
（2）使用双折射晶体产生偏振光：将一块具有双折射现象的石英晶体置于两块偏振片之间，通过调整两块偏振片的相对位置观察透过石英晶体的光线是否偏振。
（1）使用偏振片检验偏振光：将偏振片分别转动不同的角度，在光强计上观察光强的变化情况。
（2）使用法拉第效应板检验偏振光：将一块法拉第效应板夹于两块偏振片之间，通过观察效应板的显示情况得到偏振光方向信息。
三、实验结果（1）使用偏振片产生偏振光：将一块偏振片置于自然光线前方，转动另一块偏振片观察光线的变化情况，当两块偏振片的方向相同时可以完全透过，当两块偏振片的方向垂直时完全消光。
将待测偏振光通过偏振片，观察在不同的偏振角度下保留的光线强度，发现光线强度与偏振片的方向有关，当待测偏振光与偏振片的方向相同时透过的光线强度最大，当两者的方向垂直时完全消光。
（4）使用法拉第效应板检验偏振光：四、误差分析在实验中可能存在的误差来源于偏振片的制作技术、偏振方向的预调控、效应板的校准等，这些误差都会使实验结果出现一定的偏差。
除此之外，由于实验设备本身以及实验操作人员的经验水平等因素，也可能对实验结果造成一定的影响。
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
7
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。
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
偏振光现象的观察与检验
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。
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
让光打转：偏振光教案
让光打转：偏振光教案第一章：偏振光的简介1.1 教学目标了解偏振光的概念和特性掌握偏振光与自然光、非偏振光的关系理解偏振光在日常生活和科技领域的应用1.2 教学内容偏振光的定义和特点偏振光的产生和检测方法偏振光的应用实例：防紫外线眼镜、液晶显示器等1.3 教学活动引入话题：光的特性讲解偏振光的概念和特点演示实验：偏振光的产生和检测小组讨论：偏振光在日常生活中的应用第二章：偏振光的基础理论2.1 教学目标理解偏振光的数学描述：偏振态和偏振向量掌握偏振光的叠加原理和干涉现象了解偏振光的偏振效率和相位差的概念2.2 教学内容偏振态的表示方法：偏振向量和斯托克斯参数偏振光的叠加原理和干涉现象偏振效率和相位差的概念及计算方法2.3 教学活动讲解偏振光的数学描述和方法演示实验：偏振光的叠加和干涉现象练习题：计算偏振效率和相位差第三章：偏振光的应用3.1 教学目标掌握偏振光在科学技术领域的应用了解偏振光在自然界中的应用理解偏振光在现代光学技术中的重要性3.2 教学内容偏振光在科学技术领域的应用：光纤通信、激光技术等偏振光在自然界中的应用：蝴蝶翅膀的颜色、偏振滤镜等偏振光在现代光学技术中的重要性：全息图、防伪技术等3.3 教学活动讲解偏振光在科学技术领域的应用实例展示图片和实物：偏振光在自然界中的应用小组讨论：偏振光在现代光学技术中的重要性第四章：偏振光的实验探究4.1 教学目标学会使用偏振片和偏振显微镜进行实验操作观察和分析偏振光的实验现象培养学生的实验观察能力和科学思维4.2 教学内容偏振片的原理和操作方法偏振显微镜的使用技巧偏振光的实验现象观察和分析4.3 教学活动讲解偏振片的原理和操作方法演示实验：使用偏振片和偏振显微镜观察偏振光学生实验操作：观察和分析偏振光的实验现象第五章：偏振光的前沿应用5.1 教学目标了解偏振光在前沿科技领域的应用掌握偏振光在生物医学、光学显示等领域的最新进展培养学生的创新意识和科技素养5.2 教学内容偏振光在生物医学领域的应用：荧光显微镜、偏振激光治疗等偏振光在光学显示领域的应用：3D电影、虚拟现实等偏振光在其他前沿领域的应用：量子计算、光子芯片等5.3 教学活动讲解偏振光在生物医学领域的应用实例展示图片和视频：偏振光在光学显示等领域的应用小组讨论：偏振光在其他前沿领域的应用前景第六章：偏振光的测量技术6.1 教学目标理解偏振光测量的重要性学习偏振角的测量方法掌握偏振光强度的测量技术6.2 教学内容偏振光测量的重要性及其在各个领域的应用偏振角的测量方法：起偏器、检偏器和偏振计偏振光强度的测量技术：马吕斯定律和消光比6.3 教学活动讲解偏振光测量的意义和应用演示实验：使用偏振计测量偏振角和偏振光强度练习题：计算给定偏振角的偏振光强度第七章：偏振光的数值仿真7.1 教学目标理解偏振光数值仿真的基本原理学习使用偏振光仿真软件掌握偏振光传播和变换的仿真方法7.2 教学内容偏振光数值仿真的基本原理和流程偏振光仿真软件的使用方法：Ansys HFSS、Lumerical FDTD Solutions等偏振光传播和变换的仿真案例分析7.3 教学活动讲解偏振光数值仿真的基本原理和方法软件操作演示：使用偏振光仿真软件进行仿真实验学生实践：自主进行偏振光传播和变换的仿真实验第八章：偏振光的实验设计与创新8.1 教学目标培养学生的实验设计能力鼓励学生进行偏振光实验的创新提升学生的实验操作技能和科学素养8.2 教学内容偏振光实验设计的基本原则和方法偏振光实验的创新思路和案例分享偏振光实验操作的技巧和注意事项8.3 教学活动讲解偏振光实验设计的原则和方法分享偏振光实验的创新案例学生实验设计：自主设计并实施偏振光实验第九章：偏振光在环境监测中的应用9.1 教学目标了解偏振光在环境监测领域的作用掌握偏振光在大气、水体监测中的应用技术理解偏振光在遥感技术中的重要性9.2 教学内容偏振光在环境监测领域的应用背景和意义偏振光在大气监测中的应用：云雾消除、气溶胶监测等偏振光在水体监测中的应用：悬浮物监测、水质分析等9.3 教学活动讲解偏振光在环境监测领域的应用背景演示实验：使用偏振光技术进行环境监测小组讨论：偏振光在环境监测中的未来发展趋势第十章：偏振光的未来发展趋势10.1 教学目标了解偏振光技术的发展动态掌握偏振光在新兴领域的应用前景培养学生的创新思维和科技预见性10.2 教学内容偏振光技术的发展趋势和热点问题偏振光在新兴领域的应用：光子计算、量子通信等偏振光技术的未来挑战和机遇10.3 教学活动讲解偏振光技术的发展趋势和热点问题展示偏振光在新兴领域的应用案例小组讨论：偏振光技术的未来挑战和机遇重点和难点解析重点环节1：偏振光的定义和特点重点环节2：偏振光的基础理论重点环节3：偏振光的应用重点环节4：偏振光的实验探究重点环节5：偏振光的测量技术重点环节6：偏振光的数值仿真重点环节7：偏振光的实验设计与创新重点环节8：偏振光在环境监测中的应用重点环节9：偏振光的未来发展趋势本文详细解析了“让光打转：偏振光教案”的十个章节，重点关注了偏振光的定义和特点、基础理论、应用、实验探究、测量技术、数值仿真、实验设计与创新、环境监测中的应用以及未来发展趋势。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
学生通过复习巩固新知识，梳理本节主要内容。
理清脉络总结知识点
学情分析
本节课的授课对象是应用物理学专业本科生。
1、学生已具备的前置认知基础：包括电磁学中电磁波的相关知识，光学中光的干涉、衍射相关知识以及机械波中横波与纵波的区别等。通过光的干涉、衍射的学习，学生已对光的波动性有了较深的认识。
2、学生已具备的前置技能基础：学生通过前面的学习，对物理基本思想和科学探究过程已经有了一定的认识。学生具备了基本的观察、分析和归纳能力，但通过实验现象寻找规律的能力还比较薄弱。因此，教学中应注重学习方法的引导。
6、偏振光我们虽然比较陌生，但是在我们的生活中却经常用到，我们就看看偏振光和偏振片有哪些应用。通过图片为学生展示偏振光的应用，如“立体电影”等，加深学生对偏振应用的理解。
学生思考与偏振光有关的具体实例，引起学生学习的兴趣。
培养学生利用新知解决实际问题的能力
3、归纳小结
一、偏振片
起偏器：从自然光中获得偏振光的器件；检偏器：用于鉴别光的偏振状态的器件
教学过程
教学过程
教师活动
学生活动
设计意图
1、新课引入
1、复习回顾：上一节我们学习了光波是电磁波，而电磁波是横波。横波和纵波的区别就是横波的振动方向和传播方向垂直，也就是振动矢量相对于传播方向具有不对称性，这种不对称性称为偏振特性。我们为大家介绍了自然光、线偏振光和部分偏振光。
学生回顾自然光、线偏振光和部分偏振光的定义和性质。
“线偏振光的获得与检验”教学设计
课题名称
线偏振光的获得与检验
所属课程
光学
所属学科、专业
理学应用物理学
适用对象
应用物理学专业本科生
主讲人
梁敏
所属单位
山东科技大学理学院
教学目标(知识与技能、过程与方法、情感与价值)
1、了解偏振片的特性和工作原理；掌握马吕斯定律，并能灵活应用马吕斯定律解决相应的偏振光强度问题
学生通过动画形象直观的感受到入射光经过偏振片后光强的变化，并能自行总结出其中的规律。
5、指出在研究入射偏振片的线偏振光光强和出射线偏振光光强的关系中，马吕斯最早总结出规律。
提问：光强和振幅的关系如何？怎样计算通过偏振片的光强？
总结学生的回答，简单讲解推导过程，指出马吕斯定律的内容。
学生回答光强和光矢量振幅平方成正比，透过光强应是振幅在偏振化方向上的分量姚启钧版《光学教程》第五章第二节。光的偏振现象在我们的生活中应用性较强，但是由于光本身的特殊性，使得学生对于光的偏振现象的认识仅限于感性层面。本节内容继续学习光的偏振特性，研究线偏振光是如何通过偏振片获得的，以及利用偏振片如何检验偏振状态。通过一些日常生活中能见到的例子说明偏振光和偏振片的应用，激发学生探索自然、理解自然的兴趣与热情。
2.掌握马吕斯定律
教学难点
1.掌握线偏振光的起偏与检偏方法
2.掌握马吕斯定律，熟练应用马吕斯定律解决相应的光强问题
教学方法
采用启发式讲课，结合案例式、互动式
教学准备
《光学教程》教材，PPT课件，flash动画课件
教学手段
多媒体课件讲解，重点、难点部分辅以示意图分析，并结合flash动画等多媒体加深学生理解，通过课堂提问和布置思考题增加互动和巩固知识。
导入新课
2、引出新课：今天我们就详细给大家介绍其中的线偏振光它是如何获得以及检验的。
2、新课教学
1、指出获得线偏振光的最简单方法之一即通过偏振片获得，讲解偏振片的特点——二向色性，以及利用该特性制成的晶体波片的特点。
激发学生兴趣，引出新内容
2、举例说明偏振片的二向色性。通过两张照片对比，形象说明液晶显示器发出的偏振光经过偏振片后，随着偏振片的偏振化方向不同，透射的光强不同。
2、了解光的偏振现象在生活和科学技术中的重要应用
3、通过光的偏振现象的研究，培养学生善于动手动脑、敢于猜想、喜欢探究的学习习惯和科学的思维方法
4、通过了解光的偏振现象的应用，深切体会科学知识的实用价值和掌握科学知识的人生价值，激发学生对科学的好奇心和求知欲
教学重点
1.掌握利用偏振片获得线偏振光的方法及检验偏振状态的方法
学生通过两张图片的形象对比，直观感受到偏振片二向色性的透光特性。
3、进一步说明偏振片的作用——起偏和检偏，以及如何作为起偏器和检偏器使用。
提高学生归纳总结能力
4、通过课件中flash动画的放映，将自然光通过一片偏振片和两片偏振片后光强的情况和偏振片旋转后光强的变化情况形象的表示出来，引导学生思考其规律。总结观察到的实验现象和入射光线的偏振状态的关系，指明偏振片既有起偏的作用，又有检偏的作用。