个方向建立直角坐标系，可以将部分偏振光分解为光强为IM和Im的两个线偏振光，而且 两者间的相位差是完全随机的。则任意透振方向P的透射光强Ip(θ)等于IM ,Im按马吕斯定 律在θ方向的非相千叠加：
式中θ为透振方向P与X轴之间的夹角，也可改写成以β为参数，有
式中β为透振方向P与Y轴之间的夹角。由式(44-4)可知，部分偏振光也可以看成光强 为2Im(x,y方向的光强均为Im)的自然光和光强为IM一Im的线偏振光之和，如图44-4所示 。 当检偏器旋转一周时，透射光强交替出现极大和极小各两次，彼此相隔π/2，但无“消光 ”现象。图44-3的曲线形式上应当是自然光和线偏振光之和，即图44-1和图44-2两条曲 线的叠加。
光的偏振现象显示了光的横波性。 光波是一种电磁波，在光与物质 相互作用时，起主要作用的是横 向振动着的电矢量或光矢量，而 振动方向对传播方向的不对称性 构成光的各种偏振态。
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(一)光的五种偏振态
光的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光五种。
自然光和部分偏振光二者均由大量取向各异、彼此无相位关联的线偏振光组成，只不过自
实验44 偏振光的研究和检测
班级：应用物理1301 姓名：李鹏飞 学号：131140121
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一、实验目的
1.掌握光的偏振现象，学习产生和鉴别各种偏振光的方法。 2.了解和掌握偏振片、1/4波片的作用及应用。
二、实验仪器
光学防震平台，氦氖激光器及其电源， 激光功率计，偏振片，1/4波片。
三、实验原理
Ip（ θ ）=IoCOS^2 θ 式中，θ为线偏振光的振动方向与检偏器的透振方向P之间的夹角，当检偏器旋转一周时 ，透射光强交替出现极大和消光各两次，彼此相隔π/2。五种偏振光中，只有线偏振光入 射时才会有“消光”现象。
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3.部分偏振光通过检偏器 部分偏振光具有一优势方向即极大值IM方向和一与其正交的极小值Im方向，以这两
然光的光矢量相对于光的传播方向具有对称性，部分偏振光不具备轴对称性，而存在某一
优势方向。线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光均可以等效为振动方向相互垂直、相互关联
的两个线偏振光，这两个线偏振光具有相同的传播方向和频率，两者有确定的相位差。
有
当δ =0, π时，上式描述的是线偏振光；当δ =土π/2 ，Ax=Ay时，为圆偏振光；当δ =土 π/2,Ax不等于Ax时，为正椭圆偏振光；当δ 不等于土π/2 ,Ax不等于Ax时，为各种取向的 斜椭圆偏振光。
1，自然光通过检偏器 由于自然光具有轴对称性，将光强为Io的自然光中每一个光矢量都在x,y两个方向上
分解，因此有Ix=Iy=Io，这说明肉然光可以等效为等幅(Io/2) 、无确定相位关系、阻取向 任意的两个正交的线偏振光。
如图44-1所示,Ip- θ曲线应为一条直线。
2.线偏振光通过检偏器——马吕斯定律 马吕斯定律指出，一束如图44-2所示光强为Io的线偏振光，通过检偏器的透射光为
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4.椭圆偏振光通过检偏器——偏振光的干涉 椭圆偏振光可用两个正交、有固定相位差δ的线偏振光Ex=Axcoswt,Ey=Aycos(wt+
δ) 加以描述。如图44-5所示，Ax、Ay是两个正交振动的振幅，分别为椭圆外切矩形的两边 长之半，θ为透振方向P与x轴之间的夹角。两线偏振光在P方向上的投影同频、同方向， 有确定的相位差，满足相干条件，因此，透射光强等于二者光强的相干叠加：
考虑到Ix=Ax^2，Iy=Ay^2，可得
( 44-6) 利用三角函数进一步化简上式，并且入射椭圆偏振光的总光强Io=Ix+Iy，可得
( 44-7 )
其中 (
44-8)
当δ =土π/2 ，即入射光为正椭圆偏振光时，由式(44-6)可知透射光强为
(
44-9)
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与式(44-3)比较，不难发现椭圆偏振光与部分偏振光相同，检偏器旋转一周，透射光强交
(三)椭圆偏振光的检测
椭圆偏振光可以用一个起偏器和一个1/4波片产生，并利用检偏器旋转后的光强的变化来 加以检测(图44-6)。
1.波片 当一束光人射到双折射晶体表面上，进入它们内部的折射光有两束：
遵守折射定律的叫寻常光(o光)，不遵守折射定律的为非常光(e光)。在晶体中，存在0光、 e光传播速度相同的方向，称该方向为光轴。将晶体制成片状，且光轴与晶体表面平行， 当光进入这样的晶片后，O光和e光沿同一方向传播，因二者传播速度不同，经过厚度为d 的晶体后，O光和e 光之间产生相位差
波片的e-O坐标系会四次与P平行，被称为波片摆正。波片摆正时，人射的线偏振光无法 分解0光和e光，波片不起作用，出射光仍精为品原课来件P方向振动的线偏振光，必与A正交而出 现“消光”现象。
四、实验内容
1.光路的共轴调节 将激光器、起偏器、检偏器和激光功率计的探头调整到同一高度，使激光束垂直入射到
各光学元件，并使各光学元件的光心在一条直线上，检査从检偏器出射的光束是否已全部 进入激光功率计的探头。激光功率计开始计数之前，应先调零并选择合适的功率挡。 2.线偏振光的检验
(4410)
式中从为真空中的波长；No,Ne分别为晶体中0光和e光的折射率。这种能使振动互相 垂直的两束偏振光产生一定相位差的晶片称为波片。当δ=(2k+1）π/2时，相当于0光和e 光的光程差为(2k+1）λ/4，这样的晶片为1/4波片。
2.1/4波片的摆正 在透振方向相互垂直的起偏器P和检偏器A之间(PA正交)，放一波片并旋转一周，
(二.)通过检偏器后的透射光强
人眼仅对光的强弱变化敏感，而无法直接感知光的各种偏振态，必须借助检偏器，研 声透射光强的孪化来判定光的偏振态。检偏器(或起偏器)是二种只允许某一振动方向光通 过的光学器件，当它用来产生线偏振光时称为起偏器，用来检验线偏振光时称为检偏器。 常用的检偏器有两类：一类是利用材料对不同方向的电磁振动具有选择吸收特性的原理制 成的，称为偏振片；另一类是用双折射晶体制成的特殊棱镜,如尼科耳棱镜,格兰棱镜等,这 类棱镜的透光率和偏振度远高于偏振片。在检偏器上能够让电矢量充分透过的方向称为透 振方向，记作P，与P正交的方向上的电矢精量品将课被件强烈吸收而无法透过，称为消光方向。