polarized light

姓名：     班级        学号：             

实验名称：偏振光的实验

The purpose of the experiment: to master the spectrometer works, familiar with the principles and properties of polarized light. Verify Malus law, and the refractive index of the medium is determined according to Brewster's law.

Experimental principle:
The various analyzes and measurements in order to study the polarization properties of the polarization state of light and the use of light, various polarizing element: generating a polarized light component, and to change the polarization state of the light elements, etc., the following classification introduced.
1..Produce polarized light components
Light generated from the laser before the invention, the natural light in general are non-polarized light, and therefore produce the components of the polarized light must produce polarized. Based on the role of these elements in the experiment were divided into a polarizer and an analyzer. The polarizer is an element which converts natural light into linearly polarized light, the analyzer is a polarization state of the element used to identify light. In the laser resonator can take advantage of the Brewster angle of the output laser beam is a linearly polarized light.
 A lot of natural light becomes polarized, a method using light polarization phenomena in the interface reflection and transmission time. Our ancestors in the very early reflection of the horizontal plane light some research, but quantitative study was first performed in 1815 by Brewster. The reflected light perpendicular to the incident surface of the light vibration (called the s component) than parallel to the incident surface of the light vibration (called p component); while the transmitted light is opposite. Changing the incident angle at the time, there is a special phenomenon, i.e., when the incident angle of a specific value, the reflected light becomes completely linearly polarized light (s-component). Refracted light is partially polarized light, and at this time of the reflected light and refracted light vertical, a phenomenon known as Brewster's law. The method is one of the methods of the linearly polarized light can be obtained. As shown in Figure 1. Because this case, ,,

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物理演示实验报告

院系：土木工程学院 学号： 05110540 姓名：顾红楼

在这个学期的第七周的周六上午，我们在老师的安排下去观看一些具有代表性的演示实验。我们来到了学校的田家炳物理实验楼的演示实验室，将我们的大学物理课程所学习的力学、能量、电磁学、波动学和光学，从演示实验室内得到体现。

辉光球

在演示实验室，首先看到的第一个仪器称为辉光球。辉光球又称为电离子魔幻球。它的外观为直径约15cm的高强度玻璃球壳，球内充有稀薄的惰性气体（如氩气等），玻璃球中央有一个黑色球状电极。球的底部有一块震荡电路板，通过电源变换器，将12V低压直流电转变为高压高频电压加在电极上。

通电后，震荡电路产生高频电压电场，由于球内稀薄气体受到高频电场的电离作用而光芒四射，产生神秘色彩。由于电极上电压很高，故所发生的光是一些辐射状的辉光，绚丽多彩，光芒四射，在黑暗中非常好看。

视觉暂留仪

后面有看到了一个视觉暂留仪。

人眼在观察景物时，光信号传入大脑神经，需经过一段短暂的时间，光的作用结束后，视觉形象并不立即消失，这种残留的视觉称“后像”，视觉的这一现象则被称为“视觉暂留”。其具体应用是电影的拍摄和放映。原因是由视神经的反应速度造成的，其时值是二十四分之一秒。是动画、电影等视觉媒体形成和传播的根据。

视觉实际上是靠眼睛的晶状体成像，感光细胞感光，并且将光信号转换为神经电流，传回大脑引起人体视觉。感光细胞的感光是靠一些感光色素，感光色素的形成是需要一定时间的，这就形成了视觉暂停的机理。

演示仪器利用人眼的视觉惰性即视觉暂留结合频闪灯的特殊作用，演示了电影成像的原理。在未打开频闪灯时，台阶和弯杆的运动随转盘转动，看不出一定的规律。打开频闪灯后，调节频率使频闪灯闪亮的时间间隔与两相邻台阶经过同一位置的时间间隔相同或成整数倍，由于眼睛的视觉暂留，我们感觉台阶已经静止，但弯杆却在不断变换，便形成了弯杆爬台阶的动画场面。

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激光增益的测量

一、           实验目的

1．  掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法。

2．  根据自动测试系统测得的曲线，取适当的数据，编写程序，利用计算机进行计算。

3．  通过对激光器增益等参数的测量，对激光器的工作过程有进一步的了解。

二、           实验原理

在激光器中，小信号增益系数g₀、饱和光强I_s、腔内损耗和最佳输出率T_opt等是决定激光器工作特性的重要参数，它们均可由实验测得，而这些参数的测量均与增益系数的测量有关。由增益系数的定义：                                    （1）

我们可以方便的利用一个激光器和一个与激光器充同样工作物质的放大管直接测出I₁、I₂。由放大管的长度计算出增益系数。但对于本实验所要测量的He-Ne激光管的增益系数，由于探测过程中，荧光光强的贡献不能忽略，造成很大的误差。所以本试验采用的是腔内损耗法测量He-Ne激光器的增益。因而可以消除这一误差因素，其测量装置的原理图如图1所示

图1

在两个全反射镜组成的外腔式He-Ne激光器内，置一透明的平行平板作为反射器，该反射器与腔轴相交成某一角度，在满足振荡条件的情况下，反射器两边有一定功率的激光输出。

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1、首先，光强的计算并不是利用合成矢量来计算的，光强与振幅的平方成正比，振幅即矢量的模；其次，不论是人眼还是探测器，都不可能接收瞬时光强，即光矢量的振幅大小；最重要的一点，矢量的合成是有条件的，这一点物理光学中有很详细的解释，即必须是相干光才能合成，而自然光一般为非相干光。非相干光的光强叠加只是不同光线光强的简单叠加。因而，只要有光线，光强恒大于0。但相干光与此不同，会有等于0的情况。

2、因为其不是偏振光，所以光强I不发生变化。

3、光的偏振实验中，如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片，使其光轴和起偏器的偏振轴平行，则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行，与波片光轴垂直方向没有分量，此时不发生双折射效应，经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，所以消光。

将检偏器旋转90度后，光斑的亮暗有变化，变亮，因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。

这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。

4、用一个偏振片就能分辨。当自然光通过偏振片时，无论偏振片怎么旋转或者是静止（以光的传播方向为轴）光的强度都不会发生变化。

当圆偏振光通过偏振片时，保持偏振片不动，你会发现光的强度呈周期性变化，而且会出现消光。

当圆偏振光与自然光的混合光通过偏振片时，保持偏振片不动，你也会发现光的强度呈周期性变化，但不会出现消光。

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东南大学

实 验 报 告

课程名称：         光电子物理基础           

实验名称：  激光增益测量、He-Ne激光纵横模及线宽测量       

院（系）：电子科学与工程学院专    业：   电子科学与技术       

姓    名：                        学    号：                    

实验室：                   实验时间：                   

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一、实验目的

1．  掌握F-P标准具、F-P扫描干涉仪的原理和使用方法

2．  掌握He-Ne激光器横模模式的观察和测量

3．  掌握多光束干涉法测量激光线宽的原理及方法

4．  掌握用腔内损耗法测量激光参数的原理和方法

5．  根据自动测试系统测得的曲线，取适当的数据，编写程序，利用计算机进行计算

6．  通过对激光器增益等参数的测量，对激光器的工作过程有进一步的了解

二、实验原理

1．激光横模的观察和测量

为了简单起见，我们只讨论基模，即TEM₀₀模，这个基模的光斑形状为图1所示。

图1

这个模的电矢量E的振幅为：

这种光场分布是高斯光束，所以成这样的光束为高斯光束。如果记

则

当ρ=0，z=0时（即束腰的中心），电矢量振幅A得知最大，为

而当ρ₀=w₀

通常将电矢量振幅降到中心值的1/e处时的径向距离称为光斑半径，用w(z)表示，w(z)作为光斑大小的量度，w₀为z=0处的光斑半径，通常称之为激光光束的腰粗。

在实际测量中，都是测量光强，因为光强与电矢量振幅之间的关系为：

所以激光束的横向光强分布为:

当ρ=0时，I(0,z)=I₀(z)可以测出谐振腔轴上（即光斑中心）的光强随着光束不同位置时的值。

当z值固定时，  

这样可以测出，随着径向不同位置ρ时的光强值。光强随ρ而改变的关系由纪录仪直接给出，如图2。

图2

由光强的高斯分布曲线（图2）可以找出光强下降到光斑中心光强的1/e²处位置，这点离光斑中心的距离就为该处的光斑半径w(z)。可以由w(z)与束腰w₀之间的关系式求得w₀，其关系式为

激光光束尽管方向性很好，但也不是理想的平行束，而具有一定的发散角。根据发散角定义：

将(4)式代入(5).，并当z=∞时，可以求出

此为远场发射角的表达式。可以通过求得得w₀来计算。

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实验报告

姓名： *****     班级： *****    学号： *****   实验成绩：

同组姓名：****    实验日期：*****    指导教师：       批阅日期：

偏振光学实验

 

【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（见图１）。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（见图2）。

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。

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