西安邮电大学光学仿真报告文档格式.docx
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要求计算在=0、=/4、=/2、=3/4、=、=5/4、=3/2、=7/4时，在Ex=Ey及Ex=2Ey情况下的偏振态曲线并总结规律
2、实验原理
平面光波是横电磁波，其光场矢量的振动方向与光波传播方向垂直。
一般情况下，在垂直平面光波传播方向的平面内，光场振动方向相对光传播方向是不对称的，光波性质随光场振动方向的不同而发生变化。
将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质，称为光波的偏振特性。
它是横波区别于纵波的最明显标志。
1）光波的偏振态
根据空间任一点光电场E的矢量末端在不同时刻的轨迹不同，其偏振态可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
设光波沿z方向传播，电场矢量为
为表征该光波的偏振特性，可将其表示为沿x、y方向振动的两个独立分量的线性组合，即
其中
将上二式中的变量t消去，经过运算可得
式中，φ=φy-φx。
这个二元二次方程在一般情况下表示的几何图形是椭圆，如图1-1所示。
图1-1椭圆偏振诸参量
在上式中，相位差φ和振幅比Ey/Ex的不同，决定了椭圆形状和空间取向的不同，从而也就决定了光的不同偏振状态。
图1-2画出了几种不同φ值相应的椭圆偏振态。
实际上，线偏振态和圆偏振态都可以被认为是椭圆偏振态的特殊情况。
图1-2不同ϕ值相应的椭圆偏振
（1）线偏振光
当Ex、Ey二分量的相位差φ=mπ（m=0,±
1,±
2，…）时，椭圆退化为一条直线，称为线偏振光。
此时有
当m为零或偶数时，光振动方向在Ⅰ、Ⅲ象限内；
当m为奇数时，光振动方向在Ⅱ、Ⅳ象限内。
由于在同一时刻，线偏振光传播方向上各点的光矢量都在同一平面内，因此又叫做平面偏振光。
通常将包含光矢量和传播方向的平面称为振动面。
（2）圆偏振光
当Ex、Ey的振幅相等（E0x=E0y=E0），相位差φ=mπ/2（m=±
3,±
5…）时，椭圆方程退化为圆方程
该光称为圆偏振光。
用复数形式表示时，有
式中，正负号分别对应右旋和左旋圆偏振光。
所谓右旋或左旋与观察的方向有关，通常规定逆着光传播的方向看，E为顺时针方向旋转时，称为右旋圆偏振光，反之，称为左旋圆偏振光。
（3）椭圆偏振光
在一般情况下，光场矢量在垂直传播方向的平面内大小和方向都改变，它的末端轨迹是椭圆，故称为椭圆偏振光。
在某一时刻，传播方向上各点对应的光矢量末端分布在具有椭圆截面的螺线上（图1-3）。
椭圆的长、短半轴和取向与二分量Ex、Ey的振幅和相位差有关。
其旋向取决于相位差φ：
当2mπ＜φ＜（2m+1）π时，为右旋椭圆偏振光；
当（2m-1）π＜φ＜2mπ时，为左旋椭圆偏振光。
图1-3椭圆偏振光
3、程序流程图
4、结果分析
由理论知识可以知道光的偏振态的合成与振幅和相位差有关，即相位差ψ和振幅比Ey/Ex的不同，决定了椭圆形状和空间取向的不同，从而决定了光的不同偏振状态。
如上图取得是2Ex=Ey
的不同相位时的偏振合成，当二者的相位差ψ=mπ（m=0，±
1，±
2，…）时合成为线偏振光，即第一幅图和第五幅图为线偏振光的图像，可以看出合成图为一条线。
而椭圆的长、短半轴和取向与二分量Ex、Ey的振幅和相位差有关，其旋向取决于相位差ψ：
当2mπ<
ψ<
（2m+1）π时，为右旋椭圆偏振光；
（2m-1）π<
2mπ时，为左旋椭圆偏振光。
第二种方法：
迎着光的传播方向看，若光矢量沿顺时针方向转动，称为右旋椭圆偏振光，反之称为左旋的，这个方法也可以判断圆偏振光的旋向。
如果把振幅改为Ex=Ey进行仿真会发现只要相位差ψ=mπ/2（m=±
1,
±
3,
5,…）时，偏振合成为圆偏振光。
此时ψ值仿真结果会出现线偏振，圆偏振和椭圆偏振的合成图像。
思考题
1.说明偏振的定义；
答：
光场的振动方向相对光的传播方向的不对称性叫光的偏振。
为什么圆偏振2.椭圆和线偏振是完全偏振光？
应为它们
3.如何确定光的左右旋？
规定逆着光传播方向看，E为顺时针方向旋转时，称为右旋圆偏振光，反之，称为左旋圆偏振光。
2.如何区分圆偏振和自然光？
通过1/4波片，再通过偏振片，然后旋转偏振片，若光强不变化，为自然光；
若光强有变化，出现两次消光，为圆偏光。
3.如何区分椭圆偏振和部分偏振光？
通过1/4波片，并且最大或最小方向与波片光轴方向一致或垂直，再通过偏振片，并旋转偏振片
有消光现象为椭圆偏振，无消光的为部分偏振光。
6.根据仿真结果总结左右旋的规律。
ø
=mπ时候为线偏光，m=0/偶数时，在一、三象限；
m=奇数时，在二、四象限；
=mπ/2时，为圆偏振光；
其它为椭圆偏振光。
五、仿真小结
这是仿真的第一个题目，而且我也不是第一次接触matlab，因此也很快的仿真出结果。
但这是我头一次使用matlab来仿真物理现象，这让我对matlab有了新的认识。
在仿真过程中还学了不少实用的语法以及指令，总之仿真实习不仅巩固了我光学的基础，还帮助我提高了matlab的编程能力真是一举两得。
附录：
clearall;
c=3e+8;
%光速
lamd=5e-7;
%波长
T=lamd/c;
t=linspace（0,T,1000）;
z=linspace（0,5,1000）;
w=2*pi/T;
k=2*pi/lamd;
%波数
Eox=5;
Eoy=10;
i=1;
forFy=0:
pi/4:
7*pi/4;
Ex=Eox*cos（w*t-k*z）;
Ey=Eoy*cos（w*t-k*z+Fy）;
subplot（4,4,i）;
i=i+1;
plot3（Ex,Ey,z）;
axisequal;
axisnormal;
zlabel（'
z'
）;
xlabel（'
x'
ylabel（'
y'
end
n=9;
7*pi/4
subplot（4,4,n）;
n=n+1;
plot（Ex,Ey）;
光波场的时域频谱
1、实验目的
1．掌握单色光、复色光的概念；
2．掌握准单色光的概念及光波频谱宽窄的影响因素。
任务与要求：
对常见光波
①无限长等幅振荡
②持续有限时间的等幅振荡，持续时间为1ns、1ms、1s、10s、100s
③指数衰减振荡E（t）=e-te-i2πν0，（t≥0），=0、1、5、10、100
进行傅里叶变换计算并绘出频谱图，总结影响频谱宽窄的因素。
等时间进行计算，
实际上，严格的单色光波是不存在的，我们所能得到的各种光波均为复色波。
所谓复色波是指某光波由若干单色光波组合而成，或者说它包含有多种频率成分，它在时间上是有限的波列。
复色波的电场是所含各个单色光波电场的叠加，即
在一般情况下，若只考虑光波场在时间域内的变化，可以表示为时间的函数E（t）。
通过傅里叶变换，它可以展成如下形式：
即一个随时间变化的光波场振动E（t），可以视为许多单频成分简谐振荡的叠加，各成分相应的振幅E（ν），并且E（ν）按下式计算：
|E（ν）|2表征了ν频率分量的功率，称|E（ν）|2为光波场的功率谱。
一个时域光波场E（t）可以在频率域内通过它的频谱描述。
下面，给出几种经常运用的光波场E（t）的频谱分布。
（1）无限长时间的等幅振荡
它的频谱为
表明，等幅振荡光场对应的频谱只含有一个频率成分ν0，称其为理想单色振动。
图3-1等幅振荡及其频谱图
（2）持续有限时间的等幅振荡
图3-2有限正弦波及其频谱图
（3）衰减振荡
图3-3衰减振荡及其频谱图
三、程序流程图
从上面的仿真结果可以看出，当光波为无限长等振幅时它的频域为一冲击函数，表明该光波为单色波只包含一种频率。
而有限长等振幅光波场的频域包含多种频率。
最后的衰减振荡的频域有一个中心频率v0并且具有一定谱宽，随着衰减因子β的减小其频谱宽度越来越小，逐渐趋于单色波。
实际上第二种光波与单色波的不同是，单色波是无限延伸的，而第二种波只是单色波的一段，通常称为波列。
根据公式:
表明波列长度2L和波列所包含的单色分波的波长范围成反比关系，波列越短，波列所包含的单色波的波长范围就越宽；
相反，波列越长，波列所包含的单色分波的波长范围就越窄。
当波列长度等于无穷大时，等于零，这就是单色波。
1.
如何获得准单色光？
对于一个实际的表观频率为υ0的振荡，若其振幅随时间的变化比振荡本身缓慢很多，则这种振荡的平率就集中于υ0附近的一个很窄的频段内，可认为是中心频率为υ0的准单色光。
4.
影响光的单色性的因素有哪些？
β和频率，振幅。
5.
衰减震荡中β的含义？
衰减因子。
本次实验虽然看上去很简单，但是在编写完后无论如何也调试不出来，检查了好几遍没没发现究竟什么地方有错误，感觉是matlab里面的傅里叶变换和阶跃函数之间存在bug，最后用了fft函数才解决这个问题。
本次实验不仅锻炼我们的书本知识，也磨练了我们分析问题，解决问题的能力，合作的能力，而且这次试验也告诉我结束们往往在你想放弃的时候，也许就在成功路上的90%，再坚持一下就能成功了。
symst;
Eo=1;
f=1;
T=2;
b=0.5;
E=Eo*exp（-2i*pi*f*t）;
subplot（3,2,1）;
ezplot（t,E,[-10,10]）;
F=fourier（E）;
subplot（3,2,2）;
ezplot（abs（F）,[-10,10]）;
E2=Eo*exp（-2i*pi*f*t）*（heaviside（t+T）-heaviside（t-T））;
F2=fourier（E2）;
subplot（3,2,3）;
ezplot（t,E2,[-6,6]）;
subplot（3,2,4）;
ezplot（abs（F2）,[-15,5]）;
axisequal;
E3=Eo*exp（-b*t）*exp（-2i*pi*f*t）*（heaviside（t））;
F3=fourier（E3）;
subplot（3,2,5）;
ezplot（t,E3,[-2,10]）;
subplot（3,2,6）;
ezplot（abs（F3）,[-15,0]）;
双光束干涉
1．掌握光的相干条件；
2．掌握分波阵面双光束干涉的特点。
对双缝干涉进行计算，分别绘出单色光和复色光（白光）的干涉条纹，总结双缝干涉的特点。
二、实验原理
1.两束光的干涉现象
光的干涉是指两束或多束光在空间相遇时，在重叠区内形
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