1、關于偏振光的原理及應用第1頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四光的偏振大 學 物 理 實 驗偏振光的研究第2頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四實驗目的1. 觀察光的偏振現象，加深對偏振光的理解，驗證馬呂斯定律。 2. 認識、了解產生和檢驗偏振光的器件及其作用。3. 掌握產生和檢驗線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光的原理和方法。 大 學 物 理 實 驗第3頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四光的波動性大 學 物 理 實 驗一、光的偏振 z(k) 如果設光波沿坐標系的z軸傳播，由光波之橫波性，光波之電振動矢量必在垂直于z軸的xy平面內，顯然

2、電振動矢量可以表示為式中，分別為x, y方向的單位矢量Exy實驗原理光的干涉、衍射光波（電磁波 ）是橫波光的偏振第4頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗電矢量E隨時間改變線偏振光至圓偏振光,自然光部分偏振光實際上，部分偏振光包含線偏振光與自然光。 隨時間不變橢圓偏振光為兩分量之相位差第5頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗在垂直于光傳播方向的任一橫截面內，光振動矢量 各向出現概率均等各向 振動的時間平均值相等各振動之間無固定相位關系 由構成自然光源（如日光，各種照明燈等）的大量分子或原子發出的光波的合成，這些分

3、子或原子的熱運動和輻射是隨機的，它們所發射的光振動，出現在各個方向的幾率相等。 二互相垂直方向是任選的。符號表示 自然光第6頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗 某一方向的光振動比與之垂直方向上的光振動占優勢的光為部分偏振光 .符號表示各向出現概率均等其中某一方向 振動的時間平均值占相對優勢各振動之間無固定相位關系 部分偏振光第7頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗 偏振光（平面偏振光、線偏振光、完全偏振光）光振動只沿某一固定方向的光 .光傳播方向橫截面符號表示第8頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44

4、分，星期四大 學 物 理 實 驗橢圓偏振光可由兩束同向傳播、振動方向相互垂直、振幅不等、具有某種恒定位相關系的線偏振光合成橫截面光傳播方向光傳播方向 橢圓偏振光在垂直于光傳播光振動矢量 是一個旋轉矢量，矢量端點的運動軌跡是一個橢圓方向的任一橫截面內，第9頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗橫截面光傳播方向光傳播方向 圓偏振光在垂直于光傳播光振動矢量 是一個旋轉矢量，矢量端點的運動軌跡是一個圓方向的任一橫截面內，圓偏振光可由兩束同向傳播、振動方向相互垂直、振幅相等、具有某種恒定位相關系的線偏振光合成線偏振光、圓偏振光都是橢圓偏振光在特殊情況下的表示第10

5、頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗實驗原理二、平面偏振光的產生 1. 由反射和折射產生偏振 自然光入射到透明介質(如玻璃)表面，其反射光和折射光一般為部分偏振光。 反射光接近于完全偏振光，其偏振面垂直于入射面，該入射角稱為布儒斯特角。 第11頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗2. 由二向色性晶體的選擇吸收產生偏振 二向色性 : 某些物質能吸收某一方向的光振動 , 而只讓與這個方向垂直的光振動通過, 這種性質稱二向色性。 偏振片 ： 涂有二向色性材料的透明薄片，上述特殊方向稱為偏振片的偏振化方向。第12頁，共

6、21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗第13頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗3. 由晶體雙折射產生偏振 某些各向異性透明晶體（如方解石、石英等）沿不同方向其光學特性有所不同。一束單色光入射于這種晶體時會產生兩束平面偏振光(o光、e光)，并以不同的速度在晶體內傳播，稱為雙折射現象。 o光：滿足折射定律，稱為尋常光。 e光：不滿足折射定律，稱為非常光。 尼科耳（Nicol）棱鏡第14頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗實驗原理三、馬呂斯定律 自然光通過起偏器P1時，成為光強為I

7、0的線偏振光，在通過檢偏器P2時，則從P2透出光強I與兩偏振片偏振化方向之間的夾角 ，有關，其關系為馬呂斯（Malus）定律：它表示改變角 可以改變透過檢偏器的光強。 第15頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗四、移相器件-波片和圓偏振光、橢圓偏振光的產生實驗原理 波晶體中還存在一個特定的方向，當光從這個方向上進入材料時不會分成兩束，符合一般的折射定律，這個特殊的方向就是材料的光軸方向。 在晶片中，o光與e光傳播方向相同，由于傳播速度不同，經過厚度為d的晶片后，o光與e光之間將產生位相差光軸波片檢偏器第16頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44

8、分，星期四大 學 物 理 實 驗1/4 波片1/2 波片或半波片線偏振光通過后仍為線偏振光，但其振動面相對于入射光的振動面轉過 角線偏振光通過后可合成橢圓偏振光、圓偏振光、線偏振光 第17頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗實驗儀器光學實驗導軌、二維可調半導體激光器、激光功率指示計、偏振片、1/4波片、白屏 第18頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗實驗內容1. 起偏與檢偏觀察起偏器與檢偏器的偏振化方向變化時光斑強度的變化2. 驗證馬呂斯定律記錄起偏器與檢偏器的偏振化方向夾角每變化10 時光斑強度的變化，并作圖。3.用1/4波片產生圓偏振光與橢圓偏振光 觀察起偏器偏振化方向與1/4波片光軸方向夾角變化時光斑強度的變化，并判斷透過1/4波片的光的偏振狀態。第19頁，共21頁，2022年，5月20日，8點44分，星期四大 學 物 理 實 驗1/4