篇一：偏振光特性的研究
光学设计性实验论文
偏振光特性的研究 摘要： 实验目的：
（一）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律。 （二）研究1/4波片的光学特性
（三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度） （四）研究物质的旋光特性
（五）观察石英晶体的旋光特性和测量旋光度 （六）观察旋光色散，并解释现象 实验要求：
（一）掌握各种偏振光的特性。 （二）学会辨别各种偏振光。 （三）了解偏振光干涉和双折射现象
关键词：
偏振、马吕斯定律、1/4波片、偏振特性、偏振度、旋光特性、旋光色散。 引言：
光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性质，而光的偏振现象进一步验证了光波是横波。我们研究偏振现象不仅可以认识光的电磁波性质，而且可以对光的传播规律有许多新的认识。
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，且又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：如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，则称为自然光；如果有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，则称为部分偏振光；如果光
矢量的大小和方向随时间作周期性的变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光．
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)反射和折射产生偏振
根据布儒斯特定律，当自然光以ib?arctann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，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部分偏振光，ib称为布儒斯特角．
如果自然光以ib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．玻璃片的数目越多，透射光的偏振度越高．(2)偏振片
它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光．(3)双折射产生偏振
当自然光入射到某些双折射晶体(如方解石、石英等)时，经晶体的双折射所产生的寻常光(o光)和非常光(e光)都是线偏振光． 3．波晶片
波晶片简称波片，它通常是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e光和与光轴方向垂直的o光两部分(如图1所示)．这两种光在晶体内的传播方向虽然一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同(为么?)．于
是，e光和o光通过波晶片后就产生固定的相位差?
，
即
?
?
2?
?
(ne?no)l
式中?为入射光的波长，l为晶片的厚度，ne和，no分别为e和o光的主折射率。
对于某种单色光，能产生相位差
??(2k?1)
?
2的波晶片，称为此单色光的1／4波片；能产
生??(2k?1)?的晶片，称为1／2波片；能产生??2k?波晶片，称为全波片．通常波片用云母片剥离成适当厚度或用石英晶体研磨成薄片．由于石英晶体是正晶体，其o光比e光的速度快，沿光轴方向振动的光(e光)传播速度慢，故光轴称为慢轴，与之垂直的方向称为快轴．对于负晶体制成的波片，光轴就是快轴．
4．平面偏振光通过各种波片后偏振态的改变
由图1可知一束振动方向与光轴成?角的平面偏振光垂直入射到波片上后，会产生振动方向相互垂直的e和o光，其E矢量大小分别为Ee?Ecos?、Eo?Esin?，通过波片后，二者产生一附加相位差．离开波片时合成波的偏振性质，决定于相位差?和?．如果入射线偏振光的振动方向与波片的光轴的夹角为0和?/2，则任何波片对它都不起作用，即从波片出射的光仍为原来的线偏振光．而如果?不为0或?/2，线偏振光通过1／2波片后，出来的也仍为线偏振光，但它振动方向将旋转2?，即出射光和入射光的电矢量对称于光轴．线偏振光通过1／4波片后，则可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光，这取决于入射线偏振光振动方向与光轴夹角?. 5．偏振光的鉴别
鉴别人射光的偏振态须借助于检偏器和1／4波片．使入射光通过检偏器后，检测其透
射光强并转动检偏器：若出现透射光强为零(称“消光”)的现象，则入射光必为线偏振光；若透射光的强度没有变化，则可能为自然光或圆偏振光(或两者的混合)；若转动检偏器，透射光强虽有变化但不出现消光现象，则入射光可能是椭圆偏振光或部分偏振光．要进一步作出鉴别，则须在入射光与检偏器之间插入一块1／4波片．若入射光是圆偏振光，则通过1/4波片后将转变成线偏振光(为什么?)，转动检偏器时就会看到消光现象；否则，就是自然光．若入射光是椭圆偏振光，当1／4波片的慢轴(或快轴)与被检的椭圆偏振光的长轴或短轴平行时，透射光也为线偏振光(为什么?)，于是转动检偏器也会出现消光现象；否则，就是部分偏振光．
实验过程：
(一)观察光的偏振现象、起偏和检偏 实验步骤：
1、调整偏振光实验仪。
2、在光源和接收器之间放置起偏器、检偏器，旋转检偏器观察到光强发生变化，由偏振片转盘刻度可知，当起偏器、检偏器的偏振方向平行时，光最强，偏振方向垂直时，光最暗。
3、将检偏器旋转一周，光强变化四次，两明两暗。 实验结论：
光通过起偏器后成为偏振光。
（二）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律 实验步骤：
1、 将激光器、起偏器、检偏器、功率指示计光探头依次排列。 2、 将激光器、功率指示计探头分别与功率指示计相连。
3、 打开功率指示计电源，激光输出。调整激光指向和各架子的高度，使激光从两个偏振片的中心通过，进入功率指示计探头。
4、 旋转检偏器，记录下角度与功率的关系曲线，以验证马吕斯定律。
实验数据处理：
实验分析：
在误差允许范围内，I0的分布曲线满足余弦曲线，即马吕斯定律得证。
篇二：大学物理实验报告系列之偏振光的分析
大学物理实验报告
如果使检偏器的透振方向与暗方向平行，1/4波片与检偏器透振方向垂直或平行。 现象：两次亮光，两次消光 结论：椭圆偏振光
【小结与讨论】
1. 实验测的了632.8nm时玻璃对空气的折射率为1.5399。
2. 单色自然光经过起偏器和检偏器，旋转检偏器一周，发现光电流相应出现两次消
光现象，是分析其原因。
答：当检偏器的偏振化的方向和检偏器的偏振化的方向为
2
??
和时，根据马吕斯定23
律I?I0cos?可知，出现两次光强为零的情况，即光电流出现了2次消光现象。 3.自己设计实验进行了几种偏振光的检验的工作，搞清了几种偏振光的区别，以及怎样得到他们。
篇三：宋柯佳 2011210566 光偏振实验报告
光偏振实验报告
宋柯佳
（北京邮电大学，2011211119班，2011210566）
摘 要：概括地陈述论文研究的目的、方法、结果、结论。论文介绍了光的偏振现象，并且给出了常用的起偏振和检偏振方法。通过实验数据给出了圆偏振和椭圆偏振的实验现象和产生方法。实验通过光功率计的示数显示光通过偏振片后的强度，验证了马吕斯定律。通过改变两个偏振片的角度和四分之一玻片，产生了椭圆偏振光和圆偏振光。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。
关键词：光偏振；马吕斯定律；起偏振；检偏振 中图分类号：（作者本人填写）文献标识码：A
Optical polarization test report
Song Kejia
( Beijing University of Posts and Telecommunications)
Abstract： This paper introduces the phenomenon of polarization of the light, and gives thecommonly used methods polarizer and an
analyzer. Through experimental
data showscircular
polarization and elliptical
polarization experimental phenomena and methods of production. Through the power meter shows the number of experiments show the strength of the light through a polarizer after verified Malus law. By changing the angle of the polarizer and a quarter two slides, produce elliptical polarized light and circularly polarized light. Polarization of the light wave alone proved, people
through the
polarizationproperties
of light, a
deeper
understanding of
light propagation and light-matterinteraction law
Keywords: Optical polarization；Malus law；Polarizing；An analyzer
引言
光是电磁波，可用两个相互垂直的振动矢量—
正文 1实验原理
1．1 光的偏振态
光波有5种偏振态，分别是：线偏振，圆
偏振，椭圆偏振，自然光和部分偏振光。 1．2布儒斯特角
当光线以角度θB = arctan (n1/n2)
n1入射时，P光的反射率为0，这样反射光为线偏振光。当光线以θB入射到波片堆上，经过多次反射透射后，得到的光是部分偏振光。
1．3 偏振片
当光的电矢量与晶体的光轴平行时，光被晶体吸收的较少，而电矢量与光轴垂直时，
—电矢量E和磁矢量H表征。因物质与电矢量的作用大于对磁矢量的作用，习惯上称E矢量为光矢量，代表光振动。
光在传播过程中遇到介质发生反射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起变化，发生各种偏振现象。若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部分偏振光。再者，如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。 实验日期：2013-05-19
作者简介：宋柯佳(1993), 女，学生，本科，skjlike3@hotmail.com
光被吸收的较多。
当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与φ相关：
1．4 波晶片
φ= 0°时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。 单轴晶体内部，光被分成偏振方向不同的两
φ= 90°时：出射光为振动方向垂直1/4波片光轴束，他们的折射率不同。这样，若光沿垂直
的平面偏振光。
光轴并且同时刚好垂直晶体表面方向入射时，
φ= 45° 时：出射光为圆偏振光。
两束光的方向都不变，但是他们的相位却出
φ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。
现了不同。波晶片常用的有λ/2和λ/4两种。分别指两个偏振方向的光的光程差
2 观察半导体激光光强随检偏器转过角度的变化
最大光强：2.82 检偏器角度：277° 最小光强：0.05 检偏器角度：187°
3 验证马吕斯定律
按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：I = I0 cos2 θ θ为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角，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=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 θ< <90 时，透射光强介于最大和最小值之间。
Θ（°）
90 80 70 60 50 40 30 20 10 光强I
0.1
0.3
0.60.91.21.51.71.3
2
3
7
5
6
87
由图可以看出，光强和角度的关系满足马吕斯定律。光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系
4 用极坐标做出不同偏振装填偏振光的相对光强分布图
波片的角度φ 0° 20° 45°
检偏器角度φ
功率计读数I（） 0° 0.00 0.24 0.64 10° 0.06 0.17 0.64 20° 0.20 0.15 0.63 30° 0.38 0.19 0.62 40° 0.57 0.27 0.61 50° 0.78 0.38 0.61 60° 0.94 0.52 0.60 70° 1.07 0.66 0.59 80° 1.15 0.79 0.58 90° 1.16 0.92 0.57 100° 1.15 1.02 0.56 110° 1.07 1.03 0.56 120° 0.96 1.00 0.58 130° 0.79 0.91 0.58 140° 0.58 0.78 0.60 150° 0.38 0.64 0.62 160° 0.20 0.50 0.63 170°
0.06
0.36
0.64
波片的角度φ 0°
20°
45°
检偏器角度φ
功率计读数I（） 180° 0.00 0.25 0.64 190° 0.06 0.19 0.64 200° 0.19 0.16 0.63 210° 0.36 0.20 0.62 220° 0.54 0.27 0.61 230° 0.73 0.39 0.61 240° 0.94 0.54 0.60 250° 1.05 0.67 0.59 260° 1.15 0.81 0.57 270°
1.16 0.92 0.56 280° 1.15 1.01 0.56 290° 1.09 1.04 0.57 300° 0.98 1.00 0.58 310° 0.78 0.91 0.60 320° 0.58 0.79 0.61 330°
0.39 0.64 0.64 340° 0.20 0.50 0.62 350°
0.06
0.35
0.63
对照极坐标图，可以得出同样结论。
将1/4波片转20度与转40度时的图像进行比较：可知45度时光电流强度的最大值较小，最小值较大，最大值与最小值之差减小了。而且45度与20度时产生极值的角度值发生了变化。这些都是由于1/4波片角度发生了改变，使合成的偏振状态也发生了改变。
5 实验误差分析
1〃实验中获得的数据与理想情况还是有一定的误差。因为在实验室中，许多组实验在同时进行，光是很敏感的，自己的仪器受其他实验产生的光的影响还是很大的。我们在实验尽量挡住其他方向来的光，这样使实验结果趋于理想
2〃关于实验中零点的取值：我们在实验中发现有连续的好几个数据点的值都是0，这样就不好选取0点，所以就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统计数据时发现有时这个0点的选取还是有偏差的
3〃读取多组数据时候会有读数疲惫造成的人为误差以及仪器误差。
6 课后思考题
（1） 若置于两个偏振片之间的不是1/4玻片，试
分析线偏振光经过玻片后的偏振状态
答：当线
（2） 实验中观测线偏振光，椭圆偏振光，圆偏振
光时，检偏器P2转过的角度与式中φ有何关系？ 答：P2与1/4玻片之间的夹角为φ。
（3） 如何用两个偏振片和一个1/4玻片正确区
分自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光？ 答：如本实验过程中一样放置偏振片和玻片。 用1/4波晶片和检偏器（转动） ：
对于非偏光（自然光）各方向光强不变。
对于圆偏光出现消光现象。
对于部分偏光仍出现极大和极小现象。 对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象。
7 实验结论
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。光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。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。 光偏振的应用：
1. 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 2. 摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗 3. 使用偏振镜看立体电影
4. 汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼
8 实验心得
光偏振的应用在我们的生活中应用及其广泛。只有掌握好光偏振的各种特点和性质才能更好的解释我们生活中的物理现象和物理应用。 虽然本实验在操作过程中比较简单，但后期处理比较繁杂。应用到了Ｍatlab数学应用软件绘制一元线性回归图并处理相应数据，并且绘制出圆偏振光与角度的关系图，简洁，形象，让人一目了然。我们应该用各种软件帮助我们处理和分析物理实验以得到最好的结果。
实验结果与理论值有一定程度的误差。这就是为什么我们应该分析实验误差。从而使下一次的实验尽可能排除其他影响因素，以得到更接近理论值的数据。这也是实验与理论的不同之一。
同时，通过本地实验更加了解了光偏振现象，直观地认识了光的五种偏振态。为以后的学习打好了基础。
参考文献
1.《大学物理实验》第二册，谢行恕 康世秀 霍剑青主编，高等教育出版社
2.《中国大百科全书》I,II 中国大百科全书出版社 3.《光学教程》姚启钧 高等教育出版社
4.《光学》赵凯华，北京大学出版社 [发表或更新日期/引用日