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𝐼1=𝐼0(cos𝛼)2 ，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。

波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度𝑣0，𝑣𝑒不同，所以造成 o 光和 e 光

通过波晶片的光程也不同。当两光束通过波晶片后 o 光的位相相对于 e 光多延迟了Δ =2π (𝑛0−𝑛𝑒)d/λ ，若满足 (𝑛𝑒−𝑛0)d=±λ /4，即Δ =±π /2 我们称之为λ /4 片，若满足(𝑛𝑒−𝑛0)d=±λ /2，即Δ =±π ，我们称之为λ /2 片，若满足(𝑛𝑒−𝑛0)d=±λ ，即 Δ =2π 我们称之为全波片。 3．借助检偏器和 1/4 波晶片检验光的 5 种偏振态： ①只用检偏器（转动）：

对于线偏光可以出现极大和消光现象。

对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。 对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。 ②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（原因）。 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（原因）。

4：实验内容 5：实验总结