偏振现象的观察和分析

实验七 偏振现象的观测与分析一、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。

二、实验仪器氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜三、实验原理1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称检偏器。

按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。

沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差ΔΦ，当ΔΦ＝k π （k ＝0，±1，…）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当ΔΦ＝（2k ＋1）π/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 ΔΦ≠k π和ΔΦ≠（2k ＋1）π/2 时则为椭圆偏振光。

如图1所示。

（其中点表示垂直于纸面振动的光，直线为平行于纸面振动的光）2 偏振片：对某一方向的光有强烈的吸收，而对与之垂直的光振动则吸收很少，这样的波片称偏振片。

因此偏振片基本上只允许某一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。

3 由晶体双折射产生偏振一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o 光，一束e 光。

O 光遵从折射定律，e 光不遵从折射定律。

光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。

主平面：由光线和光轴组成的平面。

O 光的光振动垂直与主平面，e 光的光振动在主平面内。

4 半波片的原理如图（2）所示，当振幅为A 的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为α，则在晶片表面上o 光和e 光的振动分别为Asin α 和Acos α，它们的相位相同，进入晶片后，o 光和e 光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度，因此，经过厚度为d 的晶片后，o 光和e 光之间将产生相差δ。

而且有：自然光： 部分偏振光： 线偏振光： 图1d n ne o )(2-=λπδ式中λ表示光在真空中的波长，no 和ne 分别为晶体中o 光和e 光的折射率。

偏振光现象的观察和分析偏振光的观察可以通过一些特定的实验装置来实现。

例如，可以使用偏振片和分析器来检测光的偏振状态。

偏振片是一种光学元件，它能够选择性地通过振动方向与特定方向相同的光，而将其他方向的光消除或减弱。

这样，当光通过偏振片时，只有特定方向的光能通过，其他方向的光被过滤掉了。

而分析器是另一种偏振片，在实验中用于检测偏振光。

当通过偏振片的光到达分析器时，如果它们的振动方向相同，那么光将能够通过分析器，我们可以观察到透过分析器的光强度。

如果它们的振动方向不同，那么光将被分析器阻止通过，我们将观察不到通过分析器的光。

通过使用偏振片和分析器的实验装置，可以进行一系列的观察和分析。

首先，我们可以通过调整偏振片和分析器之间的相对角度来观察最大和最小光强的变化。

当振动方向相同时，光强度最大，当振动方向垂直时，光强度最小。

通过这一观察结果，我们可以得出结论，光强度与振动方向之间存在关联。

其次，我们可以观察光的偏振状态的改变。

例如，可以用线性偏振光源辐射出一个固定方向的偏振光，然后通过一系列的偏振片和分析器来调整光的偏振状态。

通过观察光在不同偏振状态下的传播特性，我们可以了解光的偏振性质以及不同偏振状态下光的行为差异。

除了观察外，我们还可以进一步分析偏振光的性质。

例如，通过使用偏振片和分析器，我们可以测量通过透过分析器的光强度，并进一步计算出偏振光的偏振度。

偏振度是一种度量光偏振状态的物理量，它可以用来描述光的偏振程度。

对于完全偏振的光来说，其偏振度为1，而对于完全偏振的光来说，其偏振度为0。

此外，偏振光的观察和分析还可以应用于实际生活中的一些领域。

例如，在电子显示技术中，液晶显示器使用偏振器和光调制器来控制光的偏振状态，从而实现图像的显示和切换。

在光通信中，偏振光也被广泛应用于光纤传输和光信号处理中，以提高传输速率和信号质量。

总之，偏振光现象的观察和分析可以帮助我们更深入地了解光的性质和行为。

通过观察光的光强度变化以及偏振状态的改变，我们可以探索光的偏振性质和对其进行分析。

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。

光的偏振现象的解释与实验光的偏振现象是光学中重要的研究内容之一。

它关注光波在传播过程中振动方向的变化。

具体而言，光的偏振是指光波中电场矢量的方向，在特定的空间位置和时间上发生改变的现象。

在本文中，将详细介绍光的偏振现象的解释以及通过实验来观察和验证这一现象。

一、光的偏振现象的解释光的偏振现象可以通过光的电磁性质来解释。

根据麦克斯韦方程组，光波是由电场和磁场交替变化而形成的。

而在偏振现象中，我们主要关注光波的电场矢量的方向变化。

光波会沿着一定的传播方向传播，而其电场矢量可以振动的方向却不是随意的，在某些情况下会有特定的取向。

这种特定的电场矢量振动方向就是偏振态。

根据光波的振动方向，可以将光分为线偏振光、圆偏振光和无偏振光等。

线偏振光是指电场矢量沿着一条直线方向振动的光。

可以通过特定的装置，例如偏振片，来筛选出线偏振光。

圆偏振光是指电场矢量在传播过程中呈现出旋转的方式。

无偏振光则是电场矢量在各个方向均匀分布的光。

二、实验观察光的偏振现象要观察和验证光的偏振现象，我们可以进行光的偏振实验。

下面介绍两种常见的实验方法。

1. 马吕斯交叉实验马吕斯交叉实验是一种常见的观察光的偏振现象的实验方法。

它利用了两个偏振片的相对方向和角度来筛选线偏振光。

具体实验步骤如下：首先，将两个偏振片（偏振片A和偏振片B）相互垂直放置。

然后，将偏振片A对准光源，使光通过偏振片A后成为线偏振光。

接着，将偏振片B放置在观察屏幕上方。

当两个偏振片的方向相同时，即平行放置，可以观察到明亮的光斑。

当两个偏振片的方向垂直时，即交叉放置，可以观察到暗淡的光斑。

这一实验结果表明，当两个偏振片的方向一致时，光可以通过；当两个偏振片的方向垂直时，光无法通过。

从而验证了光的偏振现象存在。

2. 旋转偏振片实验旋转偏振片实验也是一种常用的方法来观察和验证光的偏振现象。

这种方法通过改变偏振片的旋转角度，来观察光的透过程度的变化。

具体实验步骤如下：首先，准备一个光源和一个偏振片。

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。

实验六偏振光的观测与分析引言：偏振光是一种特殊的光，它的电场在振动方向上只有一个方向。

偏振光的观测与分析在光学实验中十分重要，可以用来研究光的传播和相互作用。

本实验旨在通过观察和分析偏振光的特性，探究光的偏振现象及其在光学中的应用。

实验过程：1. 准备工作：将实验所需仪器和材料准备齐全，包括偏振光源、偏振片、定标尺、平面镜、倾斜角度调节装置等。

2. 实验装置搭建：将偏振光源放置在实验台上，与一组偏振片相连，并通过倾斜角度调节装置将光线投射到平面镜上，再经过第二组偏振片最后观察。

3. 观察光强的变化：在第二组偏振片上，逐渐改变两组偏振片之间的角度差，仔细观察光线通过第二组偏振片后的光强变化情况。

4. 记录实验数据：将观察到的光强变化情况以及角度差记录下来，方便后续的数据分析。

5. 分析光的偏振状态：根据实验数据分析得到的光强变化规律，判断光的偏振状态。

比如，当两组偏振片之间的角度差为90°时，通过观察到的最大的光强变化可以判断光的振动方向。

6. 数据处理：将实验数据进行处理，并绘制出相应的图表，以更直观地表示光的偏振状态和规律。

7. 拓展实验：可以进一步观察不同类型的偏振片对光的偏振状态的影响，以及探究光的偏振与介质的相关性等。

实验原理：1. 光的电场矢量：光的电场在空间中的分布状态可以用电场矢量表示。

如果电场矢量在振动方向上只有一个方向，那么光就是偏振光。

2. 偏振片：偏振片是用来筛选偏振光的光学元件，它具有特殊的结构和材料，可以选择性地传递或者吸收特定方向的偏振光，将其他方向的光过滤掉。

3. 马吕斯定律：马吕斯定律描述了光通过两组偏振片的情况。

根据马吕斯定律，当两组偏振片的振动方向垂直时，透射光最弱；当两组偏振片的振动方向平行时，透射光最强。

4. 相位差和光强的关系：对于偏振光，相位差的变化会直接影响透射光的光强。

当两组偏振片的振动方向相差90°时，透射光的光强变化最为显著。

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。

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。

一、实验目的1. 观察光的偏振现象，了解光偏振的基本规律。

2. 掌握偏振光的产生、检验及其相关光学元件的使用方法。

3. 通过实验验证马吕斯定律，加深对偏振光理论知识的理解。

二、实验原理光是一种电磁波，其电场矢量在不同方向上的振动决定了光的偏振状态。

当光波通过某些光学元件（如偏振片、波片等）时，其振动方向会发生变化，从而产生偏振光。

1. 偏振光的产生：自然光通过偏振片后，由于偏振片的透光方向限制，光波振动方向被限定在一个特定的平面上，从而产生线偏振光。

2. 偏振光的检验：通过偏振片观察线偏振光，可以看到明暗交替的现象，这种现象称为消光现象。

当偏振片的透光方向与线偏振光的振动方向垂直时，光无法通过偏振片，产生消光现象。

3. 马吕斯定律：当线偏振光通过第二个偏振片（检偏器）时，光强与两个偏振片透光方向夹角的余弦平方成正比。

即 I = I₀ cos²θ，其中 I₀为入射光强，θ 为两个偏振片透光方向的夹角。

三、实验仪器与材料1. 自然光源（如太阳光、激光等）2. 偏振片（两片）3. 波片（1/2波片、1/4波片）4. 支架5. 铁夹6. 光具座7. 毫米刻度尺四、实验步骤1. 将自然光源放置在光具座上，调整光源方向，使其垂直于光具座。

2. 将第一片偏振片固定在支架上，使其透光方向与光源方向垂直。

3. 将第二片偏振片固定在支架上，调整其透光方向与第一片偏振片透光方向的夹角。

4. 观察通过第一片偏振片后的光，可以看到明暗交替的现象，即消光现象。

5. 调整第二片偏振片的透光方向，使其与第一片偏振片透光方向重合，观察光强。

6. 改变第二片偏振片的透光方向，记录不同夹角下的光强。

7. 将波片（1/2波片、1/4波片）插入第一片偏振片与第二片偏振片之间，观察光强变化。

8. 重复步骤6和7，记录不同波片插入后的光强变化。

五、实验结果与分析1. 通过第一片偏振片后的光产生消光现象，说明自然光经过偏振片后成为线偏振光。

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。

光的偏振实验观察光的偏振现象和偏振光特性光是一种电磁波，它可以在空间中传播，而光的偏振现象则是光具有特殊的传播性质。

光的偏振实验给我们提供了观察和研究光的偏振现象以及偏振光特性的方法。

光的波动性质使得它可以在垂直于传播方向的平面内振动，而这种振动方式会决定光的偏振性质。

当光的振动方向只在一个平面上，而不能垂直于该平面时，我们称之为偏振光。

在实际的观察中，我们可以通过偏振片来观察光的偏振现象。

偏振片是一种有选择性地吸收振动方向的光的设备。

当光通过偏振片时，只有与其特定振动方向垂直的光被吸收，而与其振动方向平行的光则被透过。

通过适当调整偏振片的方向，我们可以观察到不同的偏振现象。

在光的偏振实验中，我们可以使用两个偏振片。

当两个偏振片的振动方向相互垂直时，光将完全被吸收，无法通过。

这种情况下，我们称之为“交叉偏振”。

当两个偏振片的振动方向平行时，光能够完全透过，这种情况下我们称之为“同向偏振”。

通过旋转第二个偏振片，我们可以观察到从透明到黑暗的过渡，这是因为光的振动方向与第二个偏振片的振动方向之间形成了夹角，导致了部分光被吸收。

在光的偏振实验中，我们还可以观察到偏振光的特性。

偏振光具有明显的方向特性，在特定方向上振动。

通过使用偏振片，我们可以将偏振光的方向进行调整。

此外，偏振光还具有干涉、衍射等光的波动性质，这些现象也可以通过偏振实验进行观察和研究。

光的偏振实验不仅有助于我们理解光的波动性质，还在许多领域中具有重要的应用。

例如，在光学领域中，偏振光的特性能够帮助我们研究材料的结构和性质。

在通信和显示技术中，偏振光可以用于增强和调节光的传输和显示效果。

同时，光的偏振实验还在生物医学和纳米技术等领域有着广泛的应用。

总之，光的偏振实验是一种重要的观察和研究光的偏振现象和偏振光特性的方法。

通过使用偏振片和调整其方向，我们可以观察到交叉偏振和同向偏振现象，并研究偏振光的方向特性以及其他光的波动性质。

这些实验不仅有助于加深对光的波动性质的理解，还在许多领域中具有重要的应用。

实验十一偏振现象的观察与分析光波是电磁波，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．·实验目的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）；·实验仪器光具座，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．·实验原理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、检偏与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为入射光偏振方向与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，若反射线与折射线垂直，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波片与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 光与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，仍都与表面垂直．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波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但与光轴成负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波片与偏振光（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）．π2图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图·实验内容与步骤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与检偏器的透振轴相互垂直．再从θ=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与入射光线重合，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．且与标称值作比较，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．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．≈56°时消光效果最显著．但在近用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP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与自然光相似，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．。

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。