偏振光原理与应用

1、关于偏振光的原理及应用第1页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四光的偏振大 学 物 理 实 验偏振光的研究第2页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四实验目的1. 观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解，验证马吕斯定律。 2. 认识、了解产生和检验偏振光的器件及其作用。3. 掌握产生和检验线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光的原理和方法。 大 学 物 理 实 验第3页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四光的波动性大 学 物 理 实 验一、光的偏振 z(k) 如果设光波沿坐标系的z轴传播，由光波之横波性，光波之电振动矢量必在垂直于z轴的xy平面内，显然

2、电振动矢量可以表示为式中，分别为x, y方向的单位矢量Exy实验原理光的干涉、衍射光波（电磁波 ）是横波光的偏振第4页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验电矢量E随时间改变线偏振光至圆偏振光,自然光部分偏振光实际上，部分偏振光包含线偏振光与自然光。 随时间不变椭圆偏振光为两分量之相位差第5页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验在垂直于光传播方向的任一横截面内，光振动矢量 各向出现概率均等各向 振动的时间平均值相等各振动之间无固定相位关系 由构成自然光源（如日光，各种照明灯等）的大量分子或原子发出的光波的合成，这些分

3、子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等。 二互相垂直方向是任选的。符号表示 自然光第6页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光 .符号表示各向出现概率均等其中某一方向 振动的时间平均值占相对优势各振动之间无固定相位关系 部分偏振光第7页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验 偏振光（平面偏振光、线偏振光、完全偏振光）光振动只沿某一固定方向的光 .光传播方向横截面符号表示第8页，共21页，2022年，5月20日，8点44

4、分，星期四大 学 物 理 实 验椭圆偏振光可由两束同向传播、振动方向相互垂直、振幅不等、具有某种恒定位相关系的线偏振光合成横截面光传播方向光传播方向 椭圆偏振光在垂直于光传播光振动矢量 是一个旋转矢量，矢量端点的运动轨迹是一个椭圆方向的任一横截面内，第9页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验横截面光传播方向光传播方向 圆偏振光在垂直于光传播光振动矢量 是一个旋转矢量，矢量端点的运动轨迹是一个圆方向的任一横截面内，圆偏振光可由两束同向传播、振动方向相互垂直、振幅相等、具有某种恒定位相关系的线偏振光合成线偏振光、圆偏振光都是椭圆偏振光在特殊情况下的表示第10

5、页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验实验原理二、平面偏振光的产生 1. 由反射和折射产生偏振 自然光入射到透明介质(如玻璃)表面，其反射光和折射光一般为部分偏振光。 反射光接近于完全偏振光，其偏振面垂直于入射面，该入射角称为布儒斯特角。 第11页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验2. 由二向色性晶体的选择吸收产生偏振 二向色性 : 某些物质能吸收某一方向的光振动 , 而只让与这个方向垂直的光振动通过, 这种性质称二向色性。 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片，上述特殊方向称为偏振片的偏振化方向。第12页，共

6、21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验第13页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验3. 由晶体双折射产生偏振 某些各向异性透明晶体（如方解石、石英等）沿不同方向其光学特性有所不同。一束单色光入射于这种晶体时会产生两束平面偏振光(o光、e光)，并以不同的速度在晶体内传播，称为双折射现象。 o光：满足折射定律，称为寻常光。 e光：不满足折射定律，称为非常光。 尼科耳（Nicol）棱镜第14页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验实验原理三、马吕斯定律 自然光通过起偏器P1时，成为光强为I

7、0的线偏振光，在通过检偏器P2时，则从P2透出光强I与两偏振片偏振化方向之间的夹角 ，有关，其关系为马吕斯（Malus）定律：它表示改变角 可以改变透过检偏器的光强。 第15页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验四、移相器件-波片和圆偏振光、椭圆偏振光的产生实验原理 波晶体中还存在一个特定的方向，当光从这个方向上进入材料时不会分成两束，符合一般的折射定律，这个特殊的方向就是材料的光轴方向。 在晶片中，o光与e光传播方向相同，由于传播速度不同，经过厚度为d的晶片后，o光与e光之间将产生位相差光轴波片检偏器第16页，共21页，2022年，5月20日，8点44

8、分，星期四大 学 物 理 实 验1/4 波片1/2 波片或半波片线偏振光通过后仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过 角线偏振光通过后可合成椭圆偏振光、圆偏振光、线偏振光 第17页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验实验仪器光学实验导轨、二维可调半导体激光器、激光功率指示计、偏振片、1/4波片、白屏 第18页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验实验内容1. 起偏与检偏观察起偏器与检偏器的偏振化方向变化时光斑强度的变化2. 验证马吕斯定律记录起偏器与检偏器的偏振化方向夹角每变化10 时光斑强度的变化，并作图。3.用1/4波片产生圆偏振光与椭圆偏振光 观察起偏器偏振化方向与1/4波片光轴方向夹角变化时光斑强度的变化，并判断透过1/4波片的光的偏振状态。第19页，共21页，2022年，5月20日，8点44分，星期四大 学 物 理 实 验1/4