偏振光研究的仿真实验

偏振光的研究(课题实验)

课前思考

1. 线偏振光的产生

能够产生线偏振光的方法有哪些？设计相应的实验方法，画出光路图，列出所需实验器材。

2. 马吕斯定律

何为马吕斯定律？如何验证马吕斯定律？思考实验中可能存在哪些干扰因素？如何减少其影响？

3. 反射光与折射光的偏振特性

自然光入射两种介质界面时，反射光与折射光各有何偏振特性？何为布儒斯特定律？如何测布儒斯特角？设计光路及操作步骤，思考如何通过反射光的偏振特性确定未知偏振方向偏振片的偏振化方向。

4. 波片的性质及应用

何为波片？半波片和1/4波片各有何特性？波片对偏振光的作用有哪些？

物质的旋光特性

什么是旋光现象？旋光物质有哪些？旋光特性有哪些实际应用？

5. 半导体激光器的偏振特性

初步了解半导体激光器的工作原理，设计方案测量半导体激光器出射光的偏振度（光的偏振度： 在部分偏振光的总强度中，完全偏振光所占的成分叫做偏振度。 偏振度的数值愈接近1，光线的偏振化程度就越高。）

6. 偏振光的干涉

偏振光的干涉现象是如何产生？偏振光的干涉有哪些实际应用？

课题任务

1. 光的偏振特性 — 验证马吕斯定律

利用现有仪器验证马吕斯定律，记录角度变化与对应功率值（测量范围0°— 360°，每10°间隔

偏振光实验报告

实验题目：偏振光的研究

实验者：PB08210426 李亚韬

实验目的：掌握分光计的工作原理，熟悉偏振光的原理和性质。验证马吕斯定律，并根据

布儒斯特定律测定介质的折射率。

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，这种现象称之为

实验1. 验证马吕斯定律

实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o光，通过e光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。

偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图P 1、P 12图2所示：

P1

P2

A0

θ Acosθ

0 单色自然光 线偏光 图1

线偏光

图2 图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?，光强为I?A02cos2??I0cos2?,此式为马吕斯定律。

实验数据及图形：

1

从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。

实验2.半波片，1/4波片作用

实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比）

偏振光的矩阵

陈泽

（西华师范大学物电学院）

摘要：偏振是物理光学中的一个重要部分。近年来，科学实验研究中已

经广泛应用了光的偏振特性。而琼斯（Jones）矩阵的提出和发展迄今已历半个多世纪之久，其形式的简明有目共睹。本文将利用琼斯(Jones)矩阵来描述偏振。

引言：我们知道，波的振动方向和波的传播方向相同的波称为纵波；波

的振动方向和波的传播方向相互垂直的波称为横波，在纵波的情况下，通过波的传播方向的所有平面内的运动情况都相同，其中没有一个平面显示出比其他任何平面特殊，这通常称为波的振动对传播方向具有对称性。对横波来说，通过波的传播方向且包含振动矢量的那个平面显然和其他不包含振动矢量的任何平面有区别，这通常称为波的振动方向对传播方向没有对称性，波的振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于纵波的一个最明显的标志，只有横波才有偏振现象。光波是电磁波，光波的传播方向就是电磁波的传播方向，光波中的电矢量E和磁矢量H都与传播速度?垂直，因此光波是横波，它具有偏振性。

1、光波的偏振态

平面电磁波是横波，电场和磁场彼此正交，因此当光沿Z方向传输时，电场只有x、y方向的分量，平面波取如下形式：

E?

第26卷第6期2007年6月大 学 物 理COLLEGE PHYSICSVol.26No.6June2007

教学研究

偏振光的杨氏干涉

蔡履中

(山东大学光学工程系,济南 250100)

摘要:在基础光学框架内,通过杨氏双孔干涉实验中线偏振光的干涉及线偏振光经过两任意厚度晶片的干涉等几个实例,说明了基于矢量波叠加概念的电磁干涉的基本思想、基本分析方法和基本现象.偏振光干涉时,观测平面上可以出现或不出现光强的周期性空间调制,但一般都产生光场偏振态的周期调制.它表明了光的矢量性对干涉的重要影响,并可揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理效应.

关键词:杨氏实验;电磁干涉;矢量波叠加;偏振光;衬比度

中图分类号:O436.1;O436.3 文献标识码:A 文章编号:1000-0712(2007)06-0001-04

杨氏双孔干涉是光学中的经典实验.它不但在光学计量中有着广泛应用,而且是建立和发展光的相干理论的重要基础.一般光学教材对杨氏实验的讨论均基于标量波理论,是以强度变化条纹作为干涉产生的表征,并以其衬比度作为相干性的度量.但是,众所周知,电磁场是矢量场,电磁波的矢量性在其叠加过程中必然发挥着重要作用.近年来,E.Wolf等研究者从矢量波叠加的角度对杨

课 题 偏振光现象的研究

1．观察光的偏振现象，掌握产生与检验偏振光的条件和方法；

教 学 目 的 2．测量布儒斯特角；

3．验证马吕斯定律。

重 难 点 1．激光器与光具组的共轴调节；

2．布儒斯特角的测定。

教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。 学 时 3个学时

一、前言

光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据，在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容，而且具有重要的应用价值。

自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播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传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。 二、实验仪器

He-Ne激光器，光具座，光靶，光学测角台，偏振片，黑玻璃镜，1/2波片，1/4波片，白屏，光功率计等 三、实验原理 1.光的偏振性

北京方式科技 www.bj-force.net

偏振光实验（初稿）

实验目的：

测量通过起偏器、1/4波片后的光的偏振特性，了解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的特点。

实验仪器

北京方式偏振光实验仪

实验原理：

1、偏振光

光是一种横波，它的振动方向是与传播方向相互垂直的。偏振是指光波的振动方向在空间上的一种相对取向的现象。当这个振动方向在垂直于传播方向的平面内可取所有可能的方向，并且没有一个方向占优势时，我们称之为自然光或非偏振光。而如果有某一个方向上的振动占优势时，则称之为部分偏振光。只有一个单一的振动方向的光叫线偏振光，而在一个振动周期内其振动矢量端点的轨迹为一个圆或椭圆时，我们称之为圆偏振光或椭圆偏振光。

在我们日常生活和工作中，太阳光、照明用光一般多为自然光。而自然光经过一些材料的反射和透射后可能变成部分偏振光。自然光经过一些特殊材料，如偏振片或双折射晶体材料制作的棱镜后，就会变成线偏振光，一些激光器也可产生很好的线偏振光。线偏振光经过波片后又可能成为椭圆偏振光。

地址：北京市朝阳区安立路56号九台（2000家园）2号楼602室

三相两级式光伏并网仿真实验报告

（此仿真务必用matlab2011b打开）

1仿真要求

光伏仿真主电路及参数如下：

L 5mH

Uc2 500V

L 23mH

V

Uoc 44.2VIsc 5.29AUm 35.4VIm 4.95APm 175Wp

12

NY/ , Uk% 16

仿真要求：

1、建立光伏阵列的数学模型；

2、DC/DC换流器实现MPPT，算法自定；

3、三相VSC，在dq坐标系下实现直流电压和电流的控制，控制器采用PI控制器。

4、采用频率和开关频率6kHZ。 5、仿真软件自选。

6、仿真完成的同时，编写仿真实验报告，报告应包括：模块功能介绍，控制器参数，光伏阵列伏安特性及功率特性，MPPT仿真结果，交流侧电压电流波形（单位功率因数、发出感性无功、吸收感性无功）。

2光伏阵列模块

（1） 模块的搭建

光伏阵列的输出具有非线性特征，并且其输出受光照强度、环境温度和负载情况影响。在一定的光照强度和环境温度下，光伏电池可以工作在不同的输出电压，但是只有在某一输出电压值时，光伏电池的输出功率才能达到最大值。光伏电池的等效物理模型如图1所示。

RS

IL

IphRL

图1 光伏电池等效物理模型

设在任意太阳辐射强度R W m2 和环境温度T，25C 条件下，Isc为短路电流，Vo

仿生物组织透射光偏振特性的实验研究

维普讯资h tpt/:w/wwcq.vi.cpm

o第2卷7第期 4南京理 大工学学报 2 0 0年38月 J nul f mgU iie soy S cin e moo oyr t a nv ri f, ee a d dT l g o N ain tc

n 12 NV. o . 74o Ag 3 u .0 20仿生物组 织射透光偏振特性 的实验 究研来建成 李振华 王春勇贺安之 (京理工大学理学，京院2 0 9)南南 1 4 0摘该要在文实验上研 了线究偏光振经生物组织传的后输偏振特性的变化。选择Itap悬d浮液作为实用仿生验组物样织品，利用 B rae f3 0测量了线偏 n r il i并 iemP o l i5 2振的H e N—e激光照射不同浓度、厚同度的仿生物组织样品时透射光过经检偏不器后的光场空间分。根布据不同检的偏角度下射透光的空分间布状况，析透分了射点位置标坐品、浓 度和厚度对透射光退偏程度的影响。 样键词关分类号

偏振特性，生物组织，光织学， ta i i浮液 仿组I r l悬d i np Q 36学科代码 101. 84 1激光技术 在学医领域的应用1 广泛，作为这些应用的个

仿生物组织透射光偏振特性的实验研究

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o第2卷7第期 4南京理 大工学学报 2 0 0年38月 J nul f mgU iie soy S cin e moo oyr t a nv ri f, ee a d dT l g o N ain tc

n 12 NV. o . 74o Ag 3 u .0 20仿生物组 织射透光偏振特性 的实验 究研来建成 李振华 王春勇贺安之 (京理工大学理学，京院2 0 9)南南 1 4 0摘该要在文实验上研 了线究偏光振经生物组织传的后输偏振特性的变化。选择Itap悬d浮液作为实用仿生验组物样织品，利用 B rae f3 0测量了线偏 n r il i并 iemP o l i5 2振的H e N—e激光照射不同浓度、厚同度的仿生物组织样品时透射光过经检偏不器后的光场空间分。根布据不同检的偏角度下射透光的空分间布状况，析透分了射点位置标坐品、浓 度和厚度对透射光退偏程度的影响。 样键词关分类号

偏振特性，生物组织，光织学， ta i i浮液 仿组I r l悬d i np Q 36学科代码 101. 84 1激光技术 在学医领域的应用1 广泛，作为这些应用的个