偏 振 光 的 研 究

班级：物理实验班21

学号：***

姓名：***

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，

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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：20**-3-3

指导老师：助教10

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。

3.马吕斯定律

　　设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=，强度　I=　，I==　　　　　　　　　　= 式中为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。

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物  理  实  验  报  告

班级  石工1406  姓名  党志刚   学号 201404010617    实验日期  2015.6.9   

                         偏振光的研究    

一、实验目的

1.         观察光的偏振现象，巩固理论知识

2.         了解产生与检验偏振光的元件与仪器

3.         掌握产生与检验偏振光的条件和方法

二、仪器及用具（名称、型号及主要参数）

中央调节平台和两臂调节机构、半导体激光器和电源、格兰棱镜、光电倍增管探头及电源、各种调节机构以及光电流放大器

三、原理及方法简述（用简洁的文字及图示方式说明）

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.

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实验数据 0° 1 69.5 2 69.0 3 68.0 4 70.0 30° 1 64.0° 2 63.5° 3 63.0°

30° 19.0 20.0 18.5 19.5

45° 94.5° 95.0° 95.0° 45° 2.5 1.0 3.0 1.5

90° 4.5° 5.5° 2.0° 60° 3.0 2.5 4.0 2.5 90° 52.0 52.0 51.0 53.0 120° 84.0 82.0 83.0 85.0 135° 89.0 88.0 90.0 90.0 150° 88.0 86.0 87.0 86.5 180° 64.0 66.0 66.0 65.0

思考题

1. 研究光的偏振特性有何意义？有哪些实际应用？

研究光的偏振性质可以把它用于各个领域,例如利用偏振光读出光盘记录的信息;利用偏 振光放立体电影和做糖度计;利用偏振光分析物质内部产生的应力的光弹性学;利用偏振光的反射研究表面状态等.由于偏振光具有包括偏振方向在内的更多的信息,偏振光可作为高效 信息的传输和测试手段,而用计算机进行控制处理,又能将复杂的偏振光通过计算机界面直观地显示出来

2. 如果在相互正交的偏振片P1.P2之间插入一块λ/2玻片，使其光轴和起偏器的偏振轴平

行，那么透过检偏器P2的光是亮的还是暗的？为什么？将检偏器P2转90°后，光是亮的还是暗的？为什么？

a 暗的，没有设变振的方向 b 暗的，相当于 180 度夹角，振动方向还是一样。

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福 建 工 程 学 院

实 验 报 告

 

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偏振光的观测与研究

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。

【实验目的】

1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。 2．了解偏振光的产生和检验方法。 3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。

【实验仪器】

光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置

图1 实验仪器实物图

【实验原理】

1．偏振光的基本概念

按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，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光振动面。 在传播过程中，光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原

－

子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光），如图2（c）所示。

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实验题目：偏振光的研究        实验者：PB08210426 李亚韬

实验目的：掌握分光计的工作原理，熟悉偏振光的原理和性质。验证马吕斯定律，并根据布儒斯特定律测定介质的折射率。

实验原理：

为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。

1        产生偏振光的元件

在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。

    将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时   ，， ，若n₁=1（为空气的折射率），则

                 （1）

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