偏振光檢測及其研究論文

1、分類號 密級 U D C 編號 本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))題目題目 偏振光檢測及其研究偏振光檢測及其研究 系 別 繼續(xù)教育學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院 專 業(yè) 名稱 光機(jī)電一體化工程光機(jī)電一體化工程 年 級 20072007 級級 姓名 喻磊喻磊 學(xué) 號 017607203658017607203658 指導(dǎo)教師姓 名 劉祥彪劉祥彪 二二 0 一一 0 年十一月年十一月II摘 要電磁波理論，光是橫波，它的振動(dòng)方向和光的傳播方向垂直。光矢量在垂直于波線的平面作二維振動(dòng)，光矢量的振動(dòng)方式，叫做光波的偏振態(tài)。光矢量在一條直線上作簡諧振動(dòng)，叫線偏振光。如果光矢量的矢頭的軌跡是橢圓（或圓） ，這種光叫橢圓偏振光。其次熟悉

2、偏振光的物理特性及偏振光在各向異向性介質(zhì)中有很多特殊的性質(zhì)，比如常見的包括：雙折射，眩光效應(yīng)，場致雙折射效應(yīng)等。通過用數(shù)學(xué)表達(dá)式和矩陣對偏振光進(jìn)行了詳細(xì)的理論描述。在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了幾種產(chǎn)生完全偏振光（線偏振光.橢圓偏振光.圓偏振光）的方案，說明了設(shè)計(jì)原理并行方案選擇。最簡單的分析工具就是偏振片，通過兩個(gè)偏振片，一個(gè)用來起偏，一個(gè)用來檢偏和一個(gè)測量偏振面旋轉(zhuǎn)方向和方向的功率計(jì)。提出了測定偏振態(tài)的一些方法，重點(diǎn)是用瓊斯矢量表示的偏振態(tài)的參數(shù)測定方法，偏振光和橢圓偏振光的測量。最后利用偏振光實(shí)驗(yàn)裝置，完成了偏振光的綜合實(shí)驗(yàn)。根據(jù)方案設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)光路，在實(shí)驗(yàn)中得到了波形和數(shù)據(jù)，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)方法的正確性。關(guān)鍵

3、詞：偏振片；波片，位相位移；雙折射；波晶片IIIAbstractThe electromagnetic wave theories, only secondary wave, the dissemination direction perpendicularity of its vibration direction and lights.The light vector makes the two vibration in the flat surface of a line at the perpendicularity, the vibration method of the wide

4、vector, be called the light wave to be partial to flap the 態(tài) .The light vector cares a straight line up make JIAN3 XIE2 vibration, call line be partial to flap the light.If the track of the head of the light vector is oval( or circle), this kind of light call oval be partial to flap the light.Acquai

5、nt with to be partial to the physics characteristic of flap the light and be partial to flap the light the next in order to have a lot of special property s to include for example and familiarly in eachly to difference toward sex lie quality:The double refract, the dizzled light effect, field with t

6、he result that the double refracts effect etc.Pass to use mathematics expression type and matrix to flap the light to carry on the detailed theories description towards being partial to.Designed several creations to be partial to flap the light completely on this foundation( the line is partial to f

7、lap the light.Oval be partial to flap the light.The circle be partial to flap the light) of project, explained that the design principle proceeds together the project choice.The most in brief analytical tool is to be partial to flap the slice, pass two be partial to flap the slice,1 uses to come to

8、rise to be partial to, a power that uses to check to be partial to is partial to flap to face to revolve the direction and direction with a diagraph account.Putting forward the measurement is partial to some methods of flap , point is mean with the vector of be partial to and flap he parameter measu

9、rement method, be partial to flap the light and oval be partial to the diagraph of flap the light.The end makes use of to be partial to flap the light experiment device, completing to be partial to comprehensive experiment of flap the light.Experiment the light road according to the project design,

10、got a form and datas in the experiment, verify the design accuracy of method.Keywords: polarizer； compensator；Phase displacement；double booklet；Wave chipIV目目 錄錄摘要摘要.I IIABSTRACTABSTRACTIIIII I引言引言.1偏振光的原理及基本定義偏振光的原理及基本定義.2 2偏振光的測量方案偏振光的測量方案. 2.1 斯托克斯參數(shù)的測量. 2.2 相位延遲的測定方法. 2.3 偏振態(tài)參數(shù)瓊斯矢量的測定.3 3生產(chǎn)偏振光的方法

11、和實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)偏振光的方法和實(shí)驗(yàn). 3.1 線偏振光產(chǎn)生的方法. 3.2 橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生方法. 3.3 產(chǎn)生偏振光的綜合實(shí)驗(yàn). 3.3.1 實(shí)驗(yàn)概述. 3.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置. 3.3.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù). 3.3.4 實(shí)驗(yàn)過程.4 4偏振光的應(yīng)用實(shí)例偏振光的應(yīng)用實(shí)例.5.5.總結(jié)總結(jié).參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).1引言引言隨著偏振光技術(shù)的發(fā)展，為了進(jìn)一步研究光束和物資的偏振特性，人們對偏振光器件也提出了越來越高的要求，并逐步提出和建立了各種各樣的測量方案和系統(tǒng)，用于斯托克斯參量，瓊斯矢量,瓊斯矩陣，密勒矩陣以及波片的相位延遲等偏振參量的測量。目前的偏振參量測量系統(tǒng)的功能還比較單一，且多位單點(diǎn)測量，在均

12、勻性方面存在明顯不足，且光學(xué)器件在加工和內(nèi)部方面的缺陷，以及應(yīng)力和其他方面的影響，使得偏振器件的特性在整個(gè)通光面上是不均勻的。人們曾通過移動(dòng)樣品的位置來測量樣品上若干點(diǎn)的偏振量,但繁瑣費(fèi)時(shí)，而且不能形成等精度測量。從偏振光在各個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用中，我們可以看出本課題研究：光的偏振特性與檢測方法研究的重要意義。但目前偏振測量系統(tǒng)還存在一些局限。為了進(jìn)一步地研究偏振光的特性，使偏振光的應(yīng)用更加方便，我們要在深入研究偏振特性的基礎(chǔ)上，找出并優(yōu)先一組產(chǎn)生完全偏振光的方案。1 1偏振光的原理及基本定義偏振光的原理及基本定義 自然光：光振動(dòng)的振幅在垂直于光波的傳播方向上，既有時(shí)間分布的均勻性，又有空間分布的

13、均勻性，具有這種特性的光就叫自然光。偏振光：如果光波的光矢量的方向始終不變，只沿一個(gè)固定方向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為線偏振光或完全偏振光。因線偏振光中沿傳播方向各處的光矢量都在同一振動(dòng)面內(nèi)，故線偏振光也稱平面偏振光，簡稱偏振光。偏振片：它是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長鏈形結(jié)構(gòu)分子，這些分子平行排列在同一方向上，此時(shí)膠膜只允許垂直于排列方向的光振動(dòng)通過，因而產(chǎn)生線偏振光。分子型偏振片的有效起偏范圍幾乎可達(dá)到 180 度，用它可得到較寬的偏振光束，是常用的起偏元件。波晶片：又稱位相延遲片，是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，由于波晶片內(nèi)的速度，不同，所以造成 o 光和 e 光通過波晶片的光程也不

14、同。當(dāng)兩光束ovev通過波晶片后 o 光的位相相對于 e 光多延遲了，若滿足dnn)(210，即 =/2 我們稱之為 /4 片，若滿足，即4)(dnnoe2)(dnnoe=，我們稱之為 /2 片，若滿足 ，即 =2 我們稱之為全波片。dnnoe)(橢圓偏振光：如果光矢量旋轉(zhuǎn)時(shí)，其大小不斷改變，光矢量的矢端軌跡是個(gè)橢2圓，則稱作橢圓偏振光。這種光的偏振方向也是在規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的，但是它的光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中強(qiáng)度也在變化。也就是光矢量是沿著一個(gè)橢圓旋轉(zhuǎn)的。橢圓偏振光在觀察時(shí)間段里平均后的結(jié)果與部分偏振光相似。但是與部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定規(guī)律變化的。圓偏振光：在垂直于光的傳

15、播方向的平面內(nèi)，光矢量按一定的角速度旋轉(zhuǎn)( 左旋或右旋)，光矢量大小不變，光矢量的矢端軌跡是個(gè)圓，這樣的光稱作圓偏振光。這種光的偏振方向也是在規(guī)律的旋轉(zhuǎn)著的，但是它的光矢量在旋轉(zhuǎn)過程中強(qiáng)度也在變化。也就是光矢量是沿著一個(gè)橢圓旋轉(zhuǎn)的。橢圓偏振光在觀察時(shí)間段里平均后的結(jié)果與部分偏振光相似。但是與部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定規(guī)律變化的。2 2偏振光的測量方案偏振光的測量方案我們以面陣 CCD 作為二為光強(qiáng)探測器，可測出光束的斯托克斯參數(shù)，偏振度，瓊斯矢量，也可測量器件的瓊斯矩陣和密勒矩陣，波片的相位延遲等等。根據(jù)上面章節(jié)中選取的設(shè)計(jì)方案，我將簡要介紹一下斯托克斯參數(shù)和相位延遲

16、的常規(guī)測定方法，較詳細(xì)的介紹用瓊斯矢量表示的偏振態(tài)的參數(shù)測定法。2.1 斯托克斯參數(shù)的測量斯托克斯參量用來表示完全偏振光。部分偏振光及自然光。對于斯托克斯參量的測量，常用的有電光，磁光，光彈調(diào)制法，四探測器振幅分割法等。以前用的調(diào) 制發(fā)通常是：入射光通過一系列光學(xué)元件，如檢偏器與相位延遲器，通過機(jī)械傳動(dòng)或連續(xù)的周期性調(diào)制而改變檢偏光學(xué)元件的狀態(tài)(如起偏振角或位相延遲角)，測出一組出射光的光強(qiáng)值，并對之作傅立葉分析，進(jìn)而得到四個(gè)斯托克斯參數(shù)。然而這種傳統(tǒng)方法在光偏振測量應(yīng)用的新領(lǐng)域光束的偏振態(tài)快速變化或使用脈沖激器作光源時(shí)無法實(shí)用。近年來 R，M，A，首次提出了一種既無機(jī)械運(yùn)動(dòng)又無調(diào)制系A(chǔ)zam

17、統(tǒng)的光偏振態(tài)系統(tǒng)，通過振幅分割方式能夠?qū)崟r(shí)測出所有的四個(gè)斯托克斯參數(shù)。由斯托克斯參數(shù)易于求出偏振度和瓊斯矢量,與斯托克斯矢量對應(yīng)的密勒矩陣和與瓊斯矢量對應(yīng)的瓊斯是量的測量較復(fù)雜，通過分析不同偏振態(tài)的入射光通過偏振器件后的偏振態(tài)的變化來計(jì)算。32.2 相位延遲的測定方法相位延遲器和光學(xué)補(bǔ)償器是偏光系統(tǒng)的重要組成部分。當(dāng)前過內(nèi)外測定延 遲的方法主要有兩種：直接測量法和間接測量法。直接測量法利用介質(zhì)的折射率和幾何尺寸根據(jù)理論計(jì)算出相應(yīng)結(jié)果。但此方法設(shè)備繁瑣，計(jì)算復(fù)雜，很少采用。間接法通過偏光系統(tǒng)中器件方位角與出射光強(qiáng)的關(guān)系，間接推導(dǎo)出延遲參量：間接法主要有：相位補(bǔ)償法，光譜法，偏振調(diào)制法，光學(xué)差拍法

18、，斑紋攝影術(shù)，莫爾偏折法等。常用的相位延遲方法有消光測量法及非消光測量法。早期的測量手段要是用消光偏振測量術(shù)，此法的關(guān)鍵是準(zhǔn)確判斷消光點(diǎn)的位置。為了減小誤差，提高精度，可以用電光調(diào)制器或磁光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制。但過程繁瑣，且目視誤差較大。后來人們改用光度測量法，其優(yōu)點(diǎn)是無需判斷測量位置，可以分為靜態(tài)測量法和動(dòng)態(tài)測量法，前者根據(jù)各處固定光學(xué)元件的光強(qiáng)得出相應(yīng)的信息，后者則是讓其中一個(gè)或幾個(gè)參量作組周期性變換，再經(jīng)過傅立葉變換或相應(yīng)檢測手段得出相應(yīng)結(jié)論。2.3 偏振態(tài)參數(shù)瓊斯矢量的測定任一偏振光，不管是線偏振光、圓偏振光或橢圓偏振光都可以用光矢量互相垂直的沿同一方向傳播的兩個(gè)線偏振光的合成來表示。例如

19、，沿 z 方向傳播的右旋圓偏振光可以表示為： （2-3）)2cos()cos(kztAykztAxEoo或復(fù)數(shù)表達(dá)形式： (2-4)2()(tkziotkzioAeyAexE式(2-3)和（2-4）是右旋橢圓偏振光的三角函索表達(dá)式和復(fù)數(shù)形式。應(yīng)該注意在式（2-4）中，y 方向振動(dòng)的線偏光對 x 方向振動(dòng)的線偏振光的位相差為-而不是在2式（2-3）中的+。2若以復(fù)振幅表示，右旋圓偏振光又可以表示為：4 E=A+A （2-5）0 xikze0y)2(kzie類似地，任一偏振光都可以表示為： E=+ （2-6）0 xxAikze0yyA)(kzie偏振光的矩陣表示是用一個(gè)稱為瓊斯矢量得的列矩陣來表示

20、偏振光： E= （2-7） )(kziyikzxeAeAxAikzeixyeAA1瓊斯矢量的歸一化形成可以用去除矢量的每一個(gè)元素（使得兩個(gè)元22yxAA ikze素的平方和為 1）得到： E= （2-8）22yxxAAA 偏振器件的矩陣表示基于偏振器件對入射偏振光的線性作用。設(shè)入射光為=1E 11BA出射光為= 則有：2E22BA =+2A11g1A112Bg =+ （2-9）2B12g1A22g2B 上式寫成矩陣形式：= 22BA2111gg2212gg11BA （2-10）矩陣 G= 稱該器件的瓊斯矩陣。2111gg2212gg 如果偏振光（）相繼通過 N 個(gè)偏振器件，他們的瓊斯矩陣分別為

21、，1E1G2G 3G，則出射光的瓊斯矢量為：NG5 （2-111122EGGGEN ）利用這一性質(zhì)，可以計(jì)算給定的偏振光通過一系列偏振器件后偏振態(tài)的變化。3 3生產(chǎn)偏振光的方法和實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)偏振光的方法和實(shí)驗(yàn) 3.1 線偏振光產(chǎn)生的方法讓太陽光或燈光通過一塊用晶體薄片做成的偏振片，在的另一側(cè)觀察，可1P1P以看到它是透明的。以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)偏振片，這時(shí)看到透射光的強(qiáng)度并不發(fā)1P生變化。再取一塊同樣的偏振片，放在偏振片的后面，通過它去觀察從偏振片2P1P透射過來的光，就會發(fā)現(xiàn)，從偏振片透射過來的光的強(qiáng)度跟兩偏振片、的1P1P1P2P相對方向有關(guān)。 把晶片固定，以入射光線為軸旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，從透射過來

22、的光的強(qiáng)度發(fā)1P2P2P生周期性的變化。當(dāng)與的透振方向平行時(shí)，透射光的強(qiáng)度最大，當(dāng)與的透振方向垂直時(shí)，1P2P1P2P透射光的強(qiáng)度最弱，幾乎等于零。把上述的光現(xiàn)象跟機(jī)械波的偏振現(xiàn)象比較，表明光通過偏振片時(shí)產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，由此確定光波是橫波。自然光通過第一個(gè)偏振片 P1（叫起偏器）后，相當(dāng)于被一個(gè)“狹縫”卡了一下，只有振動(dòng)方向跟“狹縫”方向平行的光波才能通過。自然光通過偏振片后雖然變1P成了偏振光，但由于自然光中沿各個(gè)方向振動(dòng)的光波強(qiáng)度都相同，所以不論晶片轉(zhuǎn)到什么方向，都會有相同強(qiáng)度的光透射過來。再通過第二個(gè)偏振片（叫檢偏器）2P去觀察就不同了；不論旋轉(zhuǎn)哪個(gè)偏振片，兩偏振片透振方向平行時(shí)，透射光最

23、強(qiáng)，圖 1-1 起偏和檢偏6兩偏振片的透振方向垂直時(shí)，透射光最弱。 光的偏振現(xiàn)象并不是罕見的。我們通?？吹降慕^大部分光，除了從光源直接射過來的，基本上都不是自然光，只是我們的眼睛不能鑒別罷了如果用偏振片去觀察從玻璃或水面上反射的光，旋轉(zhuǎn)偏振片發(fā)現(xiàn)透射光的強(qiáng)度也發(fā)生周期性的變化，從而知道反射光是偏振光。3.2 橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生方法橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生方法1.利用波晶片獲得一束平面偏振光垂直入射到 1/4 波片上，且 E 振動(dòng)方向與光軸有一定夾角，有： （ 1-ykzwtAxkzwtAEyx )2cos()cos(8）對于負(fù)晶體有：偏振光，出射光為左旋正橢圓軸，取若光軸沿偏振光，出

24、射光為右旋正橢圓軸，取若光軸沿22xy 左右. )sin()cos(. )sin()cos(ykztAxkztAEykztAxkztAEyxyx 特例：當(dāng)入射平面偏振光的電矢量振動(dòng)方向與 1/4 波片的光軸成角時(shí)，045此時(shí)，以 1/4 波片出射的光為橢圓偏振光。eoAAAA0045cos45sin =（-）d=（2k+1）0nen4 即：=（k+）221 ykzwtAxkzwtAEyx )2cos()cos(當(dāng) k=0，2，4，.時(shí)，出射光是右旋圓偏振光；當(dāng) k=1，3，5，.時(shí)，出射光是左旋圓偏振光。2.自然光改造成橢圓或圓偏振光 自然界中大多數(shù)光源發(fā)出的是自然光，如果把自然光直接入射到波

25、晶片上，出射后不可能得到橢圓偏振光。7要使自然光轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光，首先必須通過一個(gè)偏振器產(chǎn)生平面偏振光，然后將垂直入射到一塊波晶片上。一個(gè)恰當(dāng)取向的起偏器和一塊波晶片的串接組合橢圓偏振器。自然光通過橢圓偏振器后轉(zhuǎn)化為橢圓偏振光。要使自然光轉(zhuǎn)化為圓偏振光，首先必須通過一個(gè)偏振器和一塊 1/4 波片，其次必須使起偏器的透振方向與 1/4 波片的光軸成透振方向與光軸成一個(gè)起偏045045器和一個(gè) 1/4 波片的串接組合一個(gè)圓偏振器。自然光通過偏振器后就轉(zhuǎn)化為圓偏振光。3.3 產(chǎn)生偏振光的綜合實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生偏振光的綜合實(shí)驗(yàn)3.3.1 實(shí)驗(yàn)概述本實(shí)驗(yàn)是在天津 GSZF3 型偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)下完成的。外腔式氣體激

26、光器輸出的是線偏振光。其原理是：激光管兩端的布儒斯特窗被安裝成使入射光的入射角成布儒斯特角。光矢量垂直于入射面的光(s 波)在一個(gè)窗上的一次反射損失約占 s 波的 15，雖然 s 波在激光管內(nèi)會得到能力補(bǔ)充，但由于損失大于增益，所以激光器諧振腔不能對 s 波起振。而對于光矢量平行于入射面的 p 波，它在布儒斯特窗上沒有反射損失，因而衰減很小，可以在腔內(nèi)形成穩(wěn)定的振蕩，并從反射鏡射出。這里用線偏振光而不是用自然光入射，是因?yàn)槲覀円懻撾p折射所產(chǎn)生的。0 光和 e 光的合成。若用自然光入射，初相位變化無規(guī)律，所產(chǎn)生的 o 光和 e 光的振動(dòng)是互相獨(dú)立的，不能合成。在計(jì)算機(jī)中用與 GSZF-3 型偏

27、振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配置的程序 GSZF-3。EXE 來記錄光強(qiáng)的相對強(qiáng)度，其采集間距為，波片的旋轉(zhuǎn)角度為，以旋轉(zhuǎn)角度為橫坐標(biāo)，050. 00360相對強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，自動(dòng)記錄當(dāng)前角度和相對強(qiáng)度值，作出波形曲線，根據(jù)曲線可以計(jì)算偏振光的瓊斯矢量，從而得出光矢量的偏振態(tài)。3.3.2 實(shí)驗(yàn)裝置外腔式氦氖激光器，GY-IO 激光電源，偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)電源，步進(jìn)式電動(dòng)機(jī)，光具座，光屏。1/4 波片 w，偏振片 p，聚焦透鏡 F，CCD 光強(qiáng)探測器，微型計(jì)算機(jī)。83.3.3 實(shí)驗(yàn)參數(shù)入射光波長入=632.8nm,聚焦透鏡 f=100,GSZF-3.EXE 采集間距 0.50 度。1/4 波片旋轉(zhuǎn)角度，兩個(gè)步進(jìn)式電動(dòng)

28、機(jī)的步角為(42BY，l/25)。036005 . 73.3.4 實(shí)驗(yàn)過程1.確定偏振片透光軸方向的實(shí)驗(yàn)由于本實(shí)驗(yàn)中的偏振片透光軸方向未知，故我們首先設(shè)計(jì)了一種方法，檢測出了偏振片的透光抽方向，并作了標(biāo)志。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（3-1）所示。由氣體激光器發(fā)出的線偏振光，強(qiáng)度為，經(jīng)偏振片偏振后，輸出線偏振光1I1P強(qiáng)度為，再經(jīng) 1/4 波片，產(chǎn)生兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光，合成光為橢2I1W圓偏振光，轉(zhuǎn)動(dòng)波片，經(jīng)過聚焦鏡 F 放大后，輸出到 CCD 光強(qiáng)探測器，在計(jì)算3I1W機(jī)上輸出波形曲線。在某個(gè)特定的位置，變?yōu)閳A偏振光，波形為一條近似平行于3Ix 軸的直線時(shí)，與波片 W，光軸方向成角，可確定。再

29、將置于之1P1P451P1P2P1P后，轉(zhuǎn)動(dòng)，在一三象限和二四象限會有一次消光(轉(zhuǎn)至與互相垂直時(shí)3602P2P1P1P即時(shí))，一次光強(qiáng)最大(轉(zhuǎn)至與互相平行時(shí)即時(shí))，即可找出0902P2P1P1P00的透光軸方向。2P2P2P2產(chǎn)生完全偏振光的實(shí)驗(yàn)令激光器輸出線偏振光瓊斯矢量為，與 X 軸的夾角為 a，1/4 波片sincos1P1P與 X 軸的夾角為，由式1W圖 31 確定偏振片的投射光軸方向的實(shí)驗(yàn)裝置9 = = =（4-1）yxEE2111JJ2212JJyxEE1JyxEEyxEE2111JJ2212JJyxEE1Jsincos (1)產(chǎn)生線偏振光= （3-2）yxEE2cossincos

30、2sincossinsincos= yxEE2cossincos2sincossinsincos實(shí)驗(yàn)裝置如圖 3-2 所示。實(shí)驗(yàn)中的起偏器，檢偏器，由氣體激光器發(fā)出的1P2P線偏振光，強(qiáng)度為，經(jīng)偏振片偏振后，輸出線偏振光強(qiáng)度為，光矢量振動(dòng)方1I1P2I向與平行。經(jīng)檢偏器偏振后，光強(qiáng)變力，經(jīng)過聚焦鏡 F 放大后變?yōu)椋?P1P2P3I4I在光屏上可以觀測到光強(qiáng)的變化。由式(3-1) 只要與光矢量振動(dòng)方向不垂直，1P2P1I產(chǎn)生的就是線偏振光，固定 P，在某個(gè)位置，旋轉(zhuǎn)，可以在計(jì)算機(jī)上看到輸出2I2P波形為一條余弦曲線，最小值為零。實(shí)驗(yàn)波形圖如圖 3-3 圖 3-2 產(chǎn)生線偏振光的實(shí)驗(yàn)裝置圖 3-3

31、10(2)產(chǎn)生橢圓偏振光。 實(shí)驗(yàn)裝置如圖 3-4 所示。實(shí)驗(yàn)中的起偏器，檢偏器，由氣體激光器發(fā)出的1P2P線偏振光，強(qiáng)度為，經(jīng)偏振片偏振后，輸出線偏振光強(qiáng)度為，光矢量振動(dòng)方1I1P2I向與平行。再經(jīng) l/4 波片產(chǎn)生兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光，合成為橢11pp1W圓偏振光。在圖中用虛線所示。令 1/4 波片與 x 軸的夾角為。3I1W= 得：J= （3-3）tEnJ2J1JiEnJ2J1J 又由式(31)，知產(chǎn)生的光的瓊斯矢量：3I = yxEE )1( 22cossinsincosii2cos2)1( sincossinii （3-42cossincos2sincossinsincos）

32、讓與波片光軸方向不等于，就能產(chǎn)生橢圓偏振光。再固定與在1P2P1W0451P1W某個(gè)位置。拿去，旋轉(zhuǎn)，可以在計(jì)算機(jī)上看，輸出波形相對強(qiáng)度有兩次極大和2W2P極小，但最小值不為零。1/4 波片與一起有賴檢驗(yàn)光波的偏振態(tài)。用檢偏器檢驗(yàn)圓偏振光和橢圓2W2P1p偏振光時(shí)，因光強(qiáng)的變化規(guī)律與檢驗(yàn)自然光和部分偏振光時(shí)相同，因?yàn)闊o法將它們圖 3-4 產(chǎn)生橢圓偏振光的實(shí)驗(yàn)裝置11區(qū)分開來。在檢偏器前加上一塊 1/4 波片。如果是圓偏振光，通過四分之一波片2W后就變成線偏振光，這樣再轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)就可觀察到光強(qiáng)有變化，并出現(xiàn)最大光2P強(qiáng)和消光。如果是自然光，它通過四分之一波片后仍為自然光，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)光2P強(qiáng)仍

33、然無變化。實(shí)驗(yàn)波形圖如圖 3-5 所示(3)產(chǎn)生圓偏振光。實(shí)驗(yàn)裝置如圖 3-4 所示。實(shí)驗(yàn)中的起偏器，檢偏器 由氣體激光器發(fā)出1P2P的線偏振光，強(qiáng)度為，經(jīng)偏振片偏振后，輸出線偏振光強(qiáng)度為，光矢量振動(dòng)1I1P2I方向與平行。再經(jīng) l4 波片產(chǎn)生兩束振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光，合成1P2P1W光為橢圓偏振光。轉(zhuǎn)動(dòng)波片再某個(gè)特定的位置，變?yōu)閳A偏振光，經(jīng)過聚焦鏡3I1W3IF 放大后沒，輸出到 CCD 光強(qiáng)探測器，在計(jì)算機(jī)上輸出波形曲線。由式（3-1）和（3-3） ，知產(chǎn)生的圓偏振光瓊斯矢量43I （3-5）當(dāng)與波片，光軸方向成角時(shí)，就能產(chǎn)生圓偏振光。此時(shí)固定與1P2P1W0451P在某個(gè)位置，拿去

34、，旋轉(zhuǎn)，此時(shí)計(jì)算機(jī)上輸出的波形應(yīng)近似為一條1W2W2P平行于 X 軸的直線。實(shí)驗(yàn)波形圖如圖 3-6 所示：圖 3-5124 4偏振光的應(yīng)用實(shí)例偏振光的應(yīng)用實(shí)例1、汽車車燈汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時(shí)，為了避免雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成 45 度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，即不要熄燈，也不要減速，可以保證安全行車。 另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的

35、陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來自上空的散射光基本上是水平方向振動(dòng)的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住部分的散射光。 2、觀看立體電影在拍攝立體電影時(shí)，用兩個(gè)攝影機(jī)，兩個(gè)攝影機(jī)的鏡頭相當(dāng)于人的兩只眼睛，它們同時(shí)分別拍下同一物體的兩個(gè)畫像，放映時(shí)把兩個(gè)畫像同時(shí)映在銀幕上。如果設(shè)法使觀眾的一只眼睛只能看到其中一個(gè)畫面，就可以使觀眾得到立體感。為圖 3-613此，在放映時(shí)，兩個(gè)放放像機(jī)每個(gè)放像機(jī)鏡頭上放一個(gè)偏振片，兩個(gè)偏振片的偏振化方向相互垂直，觀眾戴上用偏振片做成的眼鏡，左眼偏振片的偏振化方向與左面放像機(jī)上的偏振化方向相同，右眼偏振片的偏振化方向與右面放像機(jī)上的偏振化方向相同，這樣，銀幕上的兩個(gè)畫面分別通過兩只眼睛觀察，在人的腦海中就形成立體化的影像了。 3、生物的生理機(jī)能與偏振光人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比如蜜蜂有五支眼、三支復(fù)眼、兩支復(fù)眼，每個(gè)復(fù)眼包含有6300 個(gè)小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。 再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導(dǎo)航，因而不會迷路。 4、LCD 液晶屏