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实 验 报 告

 

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光的偏振实验

    光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波，光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝实验成功以后不多年，马吕斯（E.L.Malus）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。

【实验目的】

1．验证马吕斯定律；

2．产生和观察光的偏振状态；

3．了解产生与检验偏振光的元件和仪器；

4．掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

【实验仪器】

光源（白炽灯或可见光激光器）、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、l/4波片。

【实验原理】

光波是一种电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。光波的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的传播方向c（图1）。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c所构成的平面称为光振动面。

我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振光。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光（图2a）。光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。单个原子或分子辐射的光是偏振的，由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它们所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^-6秒内各个方向电矢量的时间平均值相等，故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光（图2b）。在发光过程中，有些光的振动面在某个特定方向上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上较强，这样的光称为部分偏振光（图2c）。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律的变化，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光（图3a）。其中线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。

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光 的 偏 振 实 验

实验说明书

北 京 方 式 科 技 有 限 责 任 公 司
光的偏振实验

    光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波，光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。历史上，早在光的电磁理论建立以前，在杨氏双缝实验成功以后不多年，马吕斯（E.L.Malus）于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。

【实验目的】

1．验证马吕斯定律；

2．产生和观察光的偏振状态；

3．了解产生与检验偏振光的元件和仪器；

4．掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

【实验仪器】

光源（白炽灯或可见光激光器）、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、l/4波片。

【实验原理】

光波是一种电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。光波的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的传播方向c（图1）。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c所构成的平面称为光振动面。

我们知道光有五种偏振状态，即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振光。在传播过程中，电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光（图2a）。光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。单个原子或分子辐射的光是偏振的，由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性，它们所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^-6秒内各个方向电矢量的时间平均值相等，故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质，称为自然光（图2b）。在发光过程中，有些光的振动面在某个特定方向上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上较强，这样的光称为部分偏振光（图2c）。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律的变化，电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆，这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光（图3a）。其中线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。

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polarized light

姓名：     班级        学号：             

实验名称：偏振光的实验

The purpose of the experiment: to master the spectrometer works, familiar with the principles and properties of polarized light. Verify Malus law, and the refractive index of the medium is determined according to Brewster's law.

Experimental principle:
The various analyzes and measurements in order to study the polarization properties of the polarization state of light and the use of light, various polarizing element: generating a polarized light component, and to change the polarization state of the light elements, etc., the following classification introduced.
1..Produce polarized light components
Light generated from the laser before the invention, the natural light in general are non-polarized light, and therefore produce the components of the polarized light must produce polarized. Based on the role of these elements in the experiment were divided into a polarizer and an analyzer. The polarizer is an element which converts natural light into linearly polarized light, the analyzer is a polarization state of the element used to identify light. In the laser resonator can take advantage of the Brewster angle of the output laser beam is a linearly polarized light.
 A lot of natural light becomes polarized, a method using light polarization phenomena in the interface reflection and transmission time. Our ancestors in the very early reflection of the horizontal plane light some research, but quantitative study was first performed in 1815 by Brewster. The reflected light perpendicular to the incident surface of the light vibration (called the s component) than parallel to the incident surface of the light vibration (called p component); while the transmitted light is opposite. Changing the incident angle at the time, there is a special phenomenon, i.e., when the incident angle of a specific value, the reflected light becomes completely linearly polarized light (s-component). Refracted light is partially polarized light, and at this time of the reflected light and refracted light vertical, a phenomenon known as Brewster's law. The method is one of the methods of the linearly polarized light can be obtained. As shown in Figure 1. Because this case, ,,

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光的偏振实验

实验目的：

1、理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法；

2、学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。

仪器设备及编号：

SGP-2A型偏振光实验系统、AP-1型光电流放大器

实验原理：

1、光波偏振态的描述：

一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

2、  偏振片和马吕斯定律：

偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光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。因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。

图一、线偏振光的产生和检测

将两个偏振片p1和p2平行放置（如图一），它们的偏振化方向分别用它们上面的虚线表示。当自然光垂直入射p1后产生线偏振光。又由于自然光中光矢量对称均匀，所以将p1绕光的传播方向慢慢转动时，透过p1的光强不随p1的转动而变化，但它只有入射光强的一半。再使透过p1形成的线偏振光入射于偏振片p2，这时如果将p2绕光的传播方向慢慢转动，则因为只有平行于p2透射轴方向的光振动才允许通过，透过p2的光强将随p2的转动而变化。当p2的偏振化方向平行于入射光的光矢量方向，好p1和p2的偏振化方向平行时，透过它的光强最强。当p2的偏振方向垂直于入射光的矢量方向，即p1和p2的偏振化方向垂直时，透过化的光强为零，称为消光。将p2旋转一周时，透射光光强出现两次最强，两次消光。这种情况只有在入射到p2上的光是线偏振光时才发生，因而这也就是成为识别入射光是线偏振光的依据。在这个方案中，我们把产生线偏振光的偏振片p1称为起偏器，用以分析光的偏振片p2称为检偏器。

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1. 自然光通过偏振片后变为线偏振光，光强为入射自然光的一半。

         

2.     马吕斯定律：

  其中：为线偏振光偏振方向与偏振片透振方向的夹角。

3．自然光经两不同介质分界面反射后，反射光与折射光都是部分偏振光。反射光中垂直入射面的偏振多于平行于入射面的偏振；而折射光中平行于入射面的偏振多于垂直于入射面的偏振。

   

4. 布儒斯特定律：当入射光以布儒斯特角

                  

    入射时，反射光成为垂直于入射面的线偏振光, 而折射光仍为部分偏振光，这时反射光与折射光相互垂直，即

1 （第十八章 光的偏振  附加题 自测提高 13）、

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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。

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偏振光学实验教案

教学方式及时间安排

讲解与实际操作，讲解35-45分钟，操作指导20分钟，学生动手操作120分钟,共200分钟,4个学时。

讲解：

光是一种电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。由于一般光源发光机制的无序性，其光波的电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，称为自然光。当由于某种原因，使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，我们称这种光线为偏振光。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）规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质研究和实验应力分析等技术部门有广泛的应用。

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。

实验仪器

半导体激光器、碘钨灯、硅光电池、UT51 数字万用表、偏振片（2 片）、1/2 波片、1/4 波片、

反射镜、玻璃堆、平台和光具座等

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。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。

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