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实验题目：偏振光的研究

光的偏振是指光的振动方向不变，或光矢量末端在垂直于方向的平面上的轨迹呈椭

圆或圆的现象。光的偏振现象最早是牛顿在1704年至1706引入光学的在1809

年首先提出“光的偏振”这一术语，并在发现了光的偏振现象；麦克斯韦在1865年

至1873建立了光的电磁理论，从本质上说明了光的偏振现象。按电磁波理论，光是横

波，它的振动方向和光的方向垂直，因此可以分成五种偏振态：自然光（非偏振光）、线

偏振光、部分偏振光、园偏振光和椭圆偏振光。自然光是各方向的振幅相同的光，它的振动

方向在垂直于光的方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势。若把所

有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相

等。线偏振光是在垂直于方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。部分偏光可以

看成自然光与线偏光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。园偏光和椭圆偏振光是光矢

量末端在垂直于方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。通过对偏振光的研究人们发明和制造

了一些偏振光的元件，如：偏振片、波片和各种偏振棱镜等。利用光的偏振现象在学方

面可测量材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。力学上利用偏振光的现象检

测材料应力分布，进一步应用于建筑工程学方面就可以检测桥梁和水坝的安全度。

实验原理

为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作，需要各种偏振元

件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，下面分类介绍。

1．产生偏振光的元件

在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要

使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是

将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中

可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。

将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现

象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由

布儒斯特完成。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，这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光

π

的方法之一。如图1所示。因为此时i+γ=，nsini=nsinγ，

0102

2

sinisinin

002

tgi===，若n=1（为空气的折射率），则

01

cosisinγn

01

n=