大学物理实验《偏振光的观测与研究》

偏振光的研究实验报告篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告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。

图2 光波按偏振的分类 2．获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。

实验3.8 偏振光的观测与研究偏振光的理论意义和价值是, 证明了光是横波。

同时, 偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。

如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响, 利用电光效应制作电光开关等。

【实验目的】1．经过观察光的偏振现象, 加深对光波传播规律的认识。

2．掌握偏振光的产生和检验方法。

3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。

【实验仪器】光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。

【实验原理】按照光的电磁理论, 光波就是电磁波, 电磁波是横波, 因此光波也是横波。

在大多数情况下, 电磁辐射同物质相互作用时, 起主要作用的是电场, 因此常以电矢量作为光波的振动矢量。

其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振, 光的这种偏振现象是横波的特征。

根据偏振的概念, 如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光, 称为平面偏振光, 亦称线偏振光; 如果电矢量随时间作有规律的变化, 其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆( 或圆) , 这样的光称为椭圆偏振光( 或圆偏振光) ; 若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化, 各方向的取向率相同, 称为自然光, 如图3-26所示; 若电矢量在某一确定的方向上最强, 且各向的电振动无固定相位关系, 则称为偏振光。

1．获得偏振光的方法( 1) 非金属镜面的反射, 当自然光从空气照射在折射率为n 的非金属镜面( 如玻璃、 水等) 上, 反射光与折射光都将成为部分偏振光。

当入射角增大到某一特定值φ0时, 镜面反射光成为完全偏振光, 其振动面垂直于射面, 这时入射角φ称为布儒斯特角, 也称起偏振角, 由布儒斯特定律得:0tan n φ= ( 3-51) 其中, n 为折射率。

( 2) 多层玻璃片的折射, 当自然光以布儒斯特角入射到叠在一起的多层平行玻璃片上时, 经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光, 其振动在入射面内。

偏振光的观测与研究偏振光是指在光传播过程中，光的电矢量沿着一定方向振动的现象。

由于光的电矢量方向的不同，会引起光的各种光学性质的改变，从而对于许多实际应用具有重要的意义。

在科学研究中，偏振光的观测与研究也成为了一个重要的课题。

偏振光的观测方法主要包括偏振镜和偏振片。

偏振镜是一种可吸收特定振动方向的偏振光的光学器件，常用于消除反光、减轻眩光和提高透射率等方面。

由于偏振镜的性质，它可分为线偏振镜、圆偏振镜和半波片等。

偏振片则是一种通过选择折射率不同的晶体制备而成，具有吸收电场中某一方向振动的光线的效果。

偏振片的种类较多，其中以偏振滤光片、偏振镜片、偏振石英片等为比较常见的类型。

在实际的观测过程中，偏振光的应用涉及到了许多领域。

在生物医学中，偏振显微镜已被广泛应用于细胞或组织结构的成像和检测工作中。

由于常规荧光显微镜只能提供横截面图像，而偏振显微镜则可以获得更全面的信息，如细胞内各种有机分子的定量测量、肿瘤细胞的识别和研究等。

此外，在物质科学领域，偏振光的观测也得到了广泛的应用。

例如，我们可以通过测量物质对线偏振光的旋光度对材料的构型、分子的寿命、反应机理等进行研究，同时也可以通过测量偏振光在材料中的传播方向来得到材料中晶格等实际结构性质的信息。

然而，偏振光观测中也需要注意一些限制和局限性。

首先，由于强度比常规光线低得多，因此需要使用相应的观测设备，如高功率光源、高灵敏度探测器等。

其次，由于偏振光传播的方向与光波的传播方向不一致，因此在偏振显微镜的应用中会存在某些角度上不同的视场亮度不一致的问题。

此外，在某些特殊的材料中，如非对称性分子或颗粒，由于其对偏振光的吸收率不同，也会出现深色条纹现象，这种现象在偏振显微镜中被称为偏振棱镜效应。

总的来说，偏振光的观测与研究在不同领域中都有着非常广泛的应用。

随着技术的不断发展和提高，偏振光技术的研究也在不断地完善和深化，相信在不久的将来，它将为更多领域的科学研究和应用提供更为强有力的支持。

偏振光得观测与研究光得干涉与衍射实验证明了光得波动性质。

本实验将进一步说明光就是横波而不就是纵波,即其E与H得振动方向就是垂直于光得传播方向得。

光得偏振性证明了光就是横波,人们通过对光得偏振性质得研究,更深刻地认识了光得传播规律与光与物质得相互作用规律。

目前偏振光得应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。

利用偏振光装置得各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术得检验等,提供了极有价值得方法。

【实验目得】1.观察光得偏振现象,加深偏振得基本概念。

2．了解偏振光得产生与检验方法。

3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4.观测椭圆偏振光与圆偏振光。

【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.偏振光得基本概念按照光得电磁理论,光波就就是电磁波，它得电矢量Ｅ与磁矢量H相互垂直。

两者均垂直于光得传播方向。

从视觉与感光材料得特性上瞧,引起视觉与化学反应得就是光得电矢量,通常用电矢量E代表光得振动方向,并将电矢量E与光得传播方向所构成得平面称为光振动面。

在传播过程中,光得振动方向始终在某一确定方位得光称为平面偏振光或线偏振光,如图２（a)。

光源发射得光就是由大量原子或分子辐射构成得。

由于热运动与辐射得随机性,大量原子或分子发射得光得振动面出现在各个方向得几率就是相同得。

一般说，在１0-6ｓ内各个方向电矢量得时间平均值相等,故出现如图2(b)所示得所谓自然光。

有些光得振动面在某个特定方向出现得几率大于其她方向，即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就就是如图2（c)所示得所谓部分偏振光。

还有一些光,其振动面得取向与电矢量得大小随时间作有规则得变化,其电矢量末端在垂直于传播方向得平面上得移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样得光称为椭圆偏振光（或圆偏振光),如图2(ｃ)所示。

图2 光波按偏振得分类2.获得偏振光得常用方法(1)非金属镜面得反射。

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。

偏振光的观察与研究实验报告一、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. 观测椭圆偏振光和圆偏振光。

二、实验仪器偏振光观察与研究的实验装置包括一下几个部分：光源(可发出多种类型激光)，偏振片，波晶片(λ/２和λ /４波长) ，光屏。

1.光源：双击实验桌上光源小图标弹出光源的调节窗体。

单击调节窗体的光源开关可以切换光源开关状态;可以选择光源发出光的类型,包括自然光、椭圆偏振光、圆偏振光、线偏振光、部分偏振光。

光源默认发出是自然光。

2.偏振片：双击桌面上偏振片小图标,弹出偏振片的调节窗体。

初始化时偏振片的旋转角度是随机的,用户使用时需要手动去校准。

最大旋转范围为 360°，最小刻度为１°。

可以通过点击调节窗体中旋钮来逆时针或顺时针旋转偏振片。

3.波晶片：分为λ /2 和λ /4 波长波片，双击桌面上波晶片小图标,弹出波晶片的调节窗体。

初始化时波晶片的旋转角度是随机的，用户使用时需要手动去校准。

最大旋转范围为360°,最小刻度为 1°。

三、实验原理1. 偏振光的概念和产生:光的偏振是指光的振动方向不变,或光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。

光有五种偏振态：自然光（非偏振光），线偏振光，部分偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光。

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。

2．改变偏振态的方法和器件：①光学棱镜：如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，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，其中的α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。

偏振光的观察与研究研究λ/4波片对偏振光的影响考题内容：研究λ/4波片对偏振光的影响：1、按光路图使偏振片A和B 的偏振轴正交(消光)。

然后插入一片λ/4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。

2、以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360°观察现象。

3、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。

一、仪器使用顺序正常及仪器使用正确1、仪器使用顺序正常及仪器使用正确学生答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确标准答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确二、圆偏光和椭圆偏振光的产生1、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象,将上面几次转动的实验结果记录在表中(请选择相应的答案,偏振片A的透振方向为0°)2、答案选项： A:光强发生变化,但不消光 B:光强发生变化,且消光 C:光强没有发生变化 D:某位置有光,其他位置消光 E:椭圆偏振光 F:圆偏振光 G:线偏振光 H:部分偏振光研究λ/2波片对偏振光的影响总分： 50本题得分：50考题内容：研究λ/2波片对偏振光的影响1：使偏振片A和B的偏振轴正交(消光)，并在A和B之间插入一个λ/2波片C。

2：以光线为轴将λ/2波片转动任意角度，破坏消光现象，再将B转动360°，观察消光现象。

改变C(λ/2波片)的慢（或快）轴与激光振动方向之间的夹角θ，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ′,记录角度θ′，并将记录填入下表：一、仪器使用顺序正常及仪器使用正确1、仪器使用顺序正常及仪器使用正确学生答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确标准答案：仪器使用顺序正常及仪器使用正确二、改变λ/2波片的慢（或快）轴与偏振片A的方向之间的夹角θ，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ′,记录角度θ′，并记录数据。

实验报告PB09214023葛志浩 PB09214047 卢焘 2011-11-22实验题目： 偏振光的观察与研究实验目的 : 1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。

2．了解偏振光的分类以及产生和检验方法，掌握马吕斯定律。

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： 激光器，起偏器，检偏器，硅光电池， 1/4 波片，光电流放大器，分束板。

实验原理： 一，偏振光的基本概念和分类光的偏振是指光的振动方向不变， 或光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。

光有五种偏振态：自然光（非偏振光） ，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光， 椭圆偏振光 二，产生偏振光的方法：1 ，利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。

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 （称为布雷斯特角） 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。

通过测量介质的布雷斯特角可以得到介质的折射率。

2 ，利用光学棱镜，如尼科尔棱镜，格兰棱镜等。

3 ，利用偏振片。

三，改变光的偏振态的元件——波晶片。

平面偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片表面，会产生比较特殊的双折射现象， 这时非常光 e 和寻常光 o 的传播方向是一致的， 但速度不同， 因而从晶片出射时会产生相位 差。

线偏振光垂直入射 1/4 波片，其振动方向与波片光轴成角 ，则出射光的偏振态与 的 关系如下：1， 0或 时，出射光为线偏振光；22，时，出射光为圆偏振光；43， 为其它值时，出射光为椭圆偏振光。

利用偏振片可以由自然光得到线偏振光，利用 1/4 波片可以由线偏振光得到圆偏振光和椭圆偏振光。

实验报告课程名称：大学物理实验（一）实验名称：偏振光的观察与研究振现象在生活和生产中有广泛应用，比如利用偏振眼镜可以观看立体电影，用偏振片可以突出蓝天中的白云，在液晶显示器中可以控制字符显示，在显微镜中可用来检测样品的各向异性和双折射性，检测材料的结构、厚度、折射率和应力分布等。

光的偏振在建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。

起偏器和检偏器根据光学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。

产生偏振光的方式：1.光在界面的反射和透射：根据布儒斯特定律，入射角为一特定值时，反射光为完全线偏振光，折射光为部分偏振光。

2.光学棱镜：利于晶体的双折射原理得到的o光和e光是完全偏振光。

3.偏振片：利于有机分子（如聚乙烯醇）的平行排列，只允许垂直于排列方向的光振动通过，可以产生线偏振光。

该方法因工艺简单且价格便宜得到广泛应用，本实验中采用偏振片作为起偏器和检偏器。

马吕斯定律偏振光的研究从马吕斯定律开始，马吕斯定律也是最基本和最重要的偏振定律。

马吕斯于1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为：其中是检偏器的偏振方向和起偏器偏振方向的夹角。

波晶片波晶片又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。

它是利用不同偏振方向的光在晶体中的传播速度不同来产生相位延迟的，传播速度较大()的振动方向成为快轴，传播速度较小()的振动方向称为慢轴。

设快轴和慢轴对应的折射率分别为，波片的厚度为，则光束通过波片后的光程差为：对应的相位差为•若光程差满足即相位差，我们称之波片。

•若光程差满足即相位差，我们称之2波片。

图5，波片的o轴与偏振方向平行图6，波片旋转图7，波片旋转上图坐标轴表示波晶片，o轴和e轴表示波片的快轴和慢轴方向，o和e轴相互垂直。

红色箭头表示自然光经过检偏器后的电矢量方向，实验中起偏器的设置始终不变。

绿色箭头表示偏振光经过波片后的偏振状态。

偏振光的观察与研究实验报告数据偏振光指的是只在一个平面上振动的光，它的传播方式与普通光有所不同。

由于其具有特殊的偏振状态，因此可以在各个领域中发挥重要作用。

在本次实验中，我们对偏振光的观察与研究进行了探究。

一、实验目的1. 学习偏振光的概念及其传播方式。

2. 观察线偏振器和波片对偏振光的影响。

3. 研究偏振光的干涉现象。

二、实验仪器及材料1. 两个偏光片2. 一块玻璃板3. 一块亚克力板4. 一束激光光源5. 一个手机屏幕三、实验步骤1. 将一块玻璃板和一块亚克力板插入两个偏光片之间，调整偏光片的方向，观察得到的光的强度变化。

2. 将一个偏光片放置在激光器前，记录得到的光的强度值，并将其称为“I”。

然后将另一个偏光片放在激光光路中，并逐渐旋转它的方向。

记录得到的光的强度值，并将其称为“T”。

3. 将一个手机屏幕放置在两个偏光片之间，逐渐旋转其中一个偏光片的方向。

观察手机屏幕的显示情况。

4. 在两个偏光片之间插入一块玻璃板，然后将其中一个偏光片旋转一定的角度，并记录得到光的强度值。

四、实验结果1. 调整偏光片的方向之后，得到的光的强度会发生变化，实验表明，当两个偏光片的方向垂直时，通过的光线最弱，当两个偏光片的方向相同时，通过光线最强。

2. 在实验过程中，我们发现，当两个偏光片的方向偏离90度时，通过的光线几乎消失。

这说明当光的振动方向被偏振后，只有振动方向与偏振方向一致的光才能通过。

3. 在手机屏幕的观察实验中，我们发现当两个偏光片的方向相同时，手机屏幕显示为亮屏，而当两个偏光片的方向垂直时，手机屏幕显示为黑屏。

这说明手机屏幕与偏振光的作用原理是相似的。

4. 在偏振光的干涉实验中，我们发现，在通过玻璃板的偏振光中，存在两个方向的振动状态，这两个方向的振动状态会互相干涉，导致光线强度的变化。

五、实验结论本次实验通过观察偏振光的传播方式，观察了线偏振器和波片对偏振光的影响，以及研究了偏振光的干涉现象。

偏振光的观察与分析实验报告偏振光的观察与分析实验报告引言：偏振光是一种特殊的光，它的光波振动方向在特定平面上进行。

在本次实验中，我们将通过观察和分析偏振光的性质，深入了解它的特点和应用。

实验目的：1. 了解偏振光的基本概念和性质；2. 学习使用偏振片来观察和分析偏振光；3. 探索偏振光在不同材料中的传播和反射规律。

实验材料与装置：1. 偏振片：实验中使用的是线偏振片，它能够通过选择性地吸收光波振动方向，使只有特定方向的光通过；2. 光源：我们选择了一台稳定的白光源，以保证实验的准确性；3. 透明材料：实验中使用了不同材料的透明片，如玻璃、塑料等。

实验步骤：1. 准备工作：将白光源放置在实验台上，并将偏振片放在光源前方；2. 观察现象：逐渐旋转偏振片，观察光的亮度变化；3. 分析结果：记录光的亮度变化情况，并尝试解释其中的原因；4. 材料测试：将透明材料片放置在光源和偏振片之间，观察光的透过情况；5. 分析结果：记录不同材料下的光透过情况，并进行比较和分析。

实验结果与分析：通过观察和分析，我们发现以下几个重要结果：1. 偏振片旋转对光的强度有明显的影响：当偏振片的振动方向与光的振动方向垂直时，光的强度最弱，当二者平行时，光的强度最强；2. 不同材料对光的透过情况不同：玻璃等晶体材料对特定方向的光透过性较好，而塑料等非晶体材料对光的透过性较差；3. 光的偏振性是由光的振动方向决定的：在通过偏振片后，只有与偏振片振动方向平行的光能够透过，垂直方向的光被偏振片吸收。

结论：通过本次实验，我们深入了解了偏振光的观察和分析方法，并得出以下结论：1. 偏振光的强度与偏振片的振动方向有关，旋转偏振片可以改变光的强度；2. 不同材料对偏振光的透过性不同，这种差异与材料的晶体结构有关；3. 偏振片可以选择性地透过特定方向的光，这为光的分析提供了一种有效手段。

实验意义与应用：偏振光的观察与分析在许多领域都有重要的应用价值。

偏振光的观测与研究--实验报告.doc
色散偏振光（Dispersive Polarized Light，DPL）一种可以在微观层面检测和分析物质及特殊结构的微细分析方式，作为测量技术和分析工具，已广泛应用于众多领域，如医学、化学、生物学等。

本实验旨在实验证明色散偏振光要经过两次偏振转换，来实现偏振状态的改变，动态改变色散偏振现象，从而用来检验小尺度物质的结构配置与特定频段的反应能力。

本次实验设备主要包括色散偏振系统、法拉第棱镜、可调谐激光仪和干涉仪等，使用如下操作步骤来验证色散偏振光的特性：
第一步，将准直镜安装在光源出口端，然后将法拉第棱镜放置于准直镜后方，控制量角仪调节棱镜来避免波前偏振发生；
第二步，用可调谐激光仪和光谱仪检测波长，并调节激光光强，使它符合干涉仪的识别分化度要求；
第三步，通过增加可调谐激光仪的功率来控制偏振角度，并将干涉仪的观测器安装在系统的出口处，观察由色散偏振光进行偏振转换后的色散偏振现象；
本次实验成功地证明了色散偏振光的特性，即通过偏振转换，色散偏振光可以实现动态偏振角度改变，从而达到检测特定频段内的物质结构配置的效果。

由此可以看出，色散偏振光技术对检测小尺度物质的微观结构和特定频段的反应能力有着突出的应用价值，非常适用于各种研究。

实验十三 偏振光的观测与研究一、 教学目的1. 观察光的偏振现象，加深理解有关偏振的基本理论2. 学习偏振片与波片的工作原理，研究偏振光的起偏和检测3. 观测布儒斯特角及测定玻璃折射率二、 教学重点由麦克斯韦的电磁理论可知，光是一种电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。

光波的振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。

按光波电矢量的振动状态课把光波偏振态分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

1. 马吕斯定律自然光通过偏振片变成光强为I 0 ，振幅为A 的线偏振光，再垂直入射到另一块偏振片上，出射光强为：I ＝I 0 cos ２θ这就是马吕斯定律。

θ为两偏振片透振方向之间的夹角。

2. 偏振片、波片及其作用偏振片有一个透射轴和一个与之垂直的消光轴，只有电矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。

因此，利用偏振片可以产生偏振光。

由于在应用中起的作用不同而叫法不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫做检偏器。

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θ20cos I I =，式中θ为如社偏振光偏振方向与检偏器振轴之间的夹角。

当以光线传播方向转动检偏器时，透射光强I 发生周期性变化。

当θ＝0°时，透射光强最大；当θ＝90°时，透射光强为极小值（消光状态）；当0°<θ<90°时，透射光强介于最大和最小值之间。

当线偏振光垂直射到厚度为d 的单轴晶片时，o 光和e 光沿同一方向前进，但传播速度不同，这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差ϕ为d n ne o )(2−=λπϕ其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，o n 和e n 分别为晶片对O 光、e 光的折射率，d 为晶片的厚度。

在某一波长的线偏振光垂直入射于晶片的情况下，能使O 光和e 光产生相位差πϕ)12(+=K 的晶片，称为1/2波片（2/λ波片）；能使O 光和e 光产生相位差πϕ)2/12(+=K 的晶片则称为1/4波片（4/λ波片）。

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。

大学物理实验课程教案课后小结：指导学生实验时，既要面面俱到，事无俱细进行引导，同时，又要注意切忌包办代替。

从实验材料的选择、仪器的装配到操作步骤和技巧，既要科学规范，又要密切结合具体实际，在尊重学生主体地位的同时，充分发挥教师的引导作用，以保证现象清晰，结果正确。

学生的动手能力个有不同，应该因材施教，针对不同的学生，适当加深实验的难度。

偏振光的观测与研究引入实验：目前偏振光的应用已遍及工农业、医学、国防等部门．利用偏振光的各种精密仪器，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．因此我们要了解掌握偏振光的特性，学会其应用。

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1（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．一般来说，在10－6s内各个方向电矢量的时间平均值相等，故出现如图1（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1（c）所示的部分偏振光．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1（d）所示．图1 光波按偏振的分类2．获得偏振光的常用方法(1)非金属镜面的反射通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入光．但当入射角增大到某一特定值射面，如图16-4-2所示，这时入射角0ϕ称为布儒斯特角，也称为起偏角．图中“•”、“－”均表示电矢量，反射光是振动面与入射面垂直的完全偏振光，折射光是部分偏振光．由布儒斯特定律得：10tan n n=ϕ 其中n 、1n 分别为两种介质的折射率．如果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时，对于各种不同材料的玻璃，已知其折射率n 的变化范围在1.50到1.77之间，则可得布儒斯特角0ϕ约在560—600之间．此方法可用来测定物质的折射率．(2)多层玻璃片的折射当自然光以布儒斯特角0ϕ入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片堆上时，由于在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光，故经过多次反射后，透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光．(3)利用偏振片的二向色性起偏将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏．某些有机化合物晶体（如硫酸碘奎宁或硫酸奎宁碱）具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光．利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度．(4)利用晶体的双折射起偏自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折射产生的寻常光（o 光）和非寻常光（e 光）均为线偏振光．o 光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e 光光矢量的振动方向在自己的主截面内．方解石是典型的天然双折射晶体，常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光．利用方解石制成的沃拉斯顿棱镜能产生振动面互相垂直的两束线偏振光；用方解石胶合成的尼科耳棱镜能给出一个有固定振动面的线偏振光．3．偏振片、波片及其作用 (1)偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成．它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器；用来检验偏振光的偏振片，叫做检偏器．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： I = I 0 cos 2θ式中θ为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振方向之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴图2 布儒斯特定律示意图转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强最大；当θ=900时，透射光强为极小值（消光状态），当00<θ<900时，透射光强介于最大和最小值之间，如图3所示，自然光通过起偏器与检偏器的变化．图3 光的起偏和检偏根据透射光强度变化的情况，可以区别线偏振光、自然光和部分偏振光．(2)波片波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片．当线偏振光垂直射到厚度为L 、表面平行于自身光轴的单轴晶片时，会产生双折射现象，寻常光（o 光）和非寻常光(e 光)沿同一方向前进，但传播的速度不同．这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差为：L n n e o )(2-=∆λπϕ其中，λ为入射偏振光在真空中的波长，n o 和n e 分别为晶片对o 光和e 光的折射率，L 为晶片的厚度．我们知道，两个互相垂直的、频率相同且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示：⎩⎨⎧+==)cos(cos 0ϕωωt A y tA x e 从两式中消去t ，经三角运算后得到合振动的方程式为ϕϕ22222sin cos 2=-+oe o e A A xy A y A x 由此式可知，a) 当),2,1,0( ==k k πϕ时，x A A y eo±=，为线偏振光． b) 当),2,1,0(2)12( =+=k k πϕ时，12222=+oe A y A x ，为正椭圆偏振光．在o A = e A 时，为圆偏振光．c) 当ϕ为其它值时，为椭圆偏振光．在某一波长的线偏振光垂直入射到晶片的情况下，能使o 光和e 光产生相位差πϕ)12(+=∆k （相当于光程差为2λ的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分之一波片（1/2波片）或2λ波片；与此相似，能使o 光和e 光产生相位差πϕ)212(+=∆k （相当于光程差为4λ的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（1/4波片）或4λ波片．本实验中所用波片是对06328A （e e N H -激光）而言的．如图4所示，当振幅为A 的线偏振光垂直入射到1/4波片上，振动方向与波片光轴成θ角时，由于o 光和e 光的振幅分别为A θsin 和A θcos ，所以通过1/4波片合成的偏振状态也随角度θ的变化而不同．图4 线偏振光经过1/4波片示意图 图5 线偏振光经过1/2波片示意图a) 当θ=00时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e 光）． b) 当θ=π/2时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o 光）． c) 当θ=π/4时，Ae=Ao 获得圆偏振光．d) 当θ为其它值时，经过1/4波片后为椭圆偏振光．所以，可以用1/4波片获得椭圆偏振光和圆偏振光．当线偏振光经过1/2波片后，Ae 与Ao 的位相差位π，如图5两列光波合成后仍然为线偏振光，但振动方向较原方向转动了2θ角度。

实验3.8 偏振光的观测与研究偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。

同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。

如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。

【实验目的】1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。

2．掌握偏振光的产生和检验方法。

3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。

4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。

【实验仪器】光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。

【实验原理】按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。

在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。

其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。

根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）；若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取向率相同，称为自然光，如图3-26所示；若电矢量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，则称为偏振光。

1．获得偏振光的方法（1）非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光。

当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得：0tan n φ= （3-51）其中，n 为折射率。

（2）多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光，其振动在入射面内。

图3-26 自然光（3）晶体双折射产生的寻常光（o 光）和非常光（e 光），均为线偏振光。

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10－6s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。

图2 光波按偏振的分类2．获得偏振光的常用方法(1)非金属镜面的反射。

通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都将成为部分偏振光。