偏振光实验系统讲义.doc

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1、偏振光实验【实验目的】1、通过产生和观察光的偏振状态,掌握产生与检验偏振光的原理和方法；2、验证布儒斯特定律，了解产生与检验偏振光的元件及仪器。【实验原理】一.光的偏振1.偏振:振动方向对传播方向的非对称性.(1)自然光；(3)完全偏振光(2)部分偏振光;2.偏振光的种类:线偏振光圆偏振光椭圆偏振光自然光光强:二.马吕斯定律光强为Io的线偏振光通过与其偏振化方向夹角为θ的偏振片后的透射光的光强为三.布儒斯特定律反射光为光矢量垂直于入射面的完全偏振光io称起偏振角—布儒斯特角折射光在下表面反射时也满足布儒斯特定律—玻璃

2、片堆可起偏也可检偏.n1n2........i2π/2i0四.晶体的双折射现象1.自然光进入各向异性晶体中,两束折射光均是偏振光:服从折射定律寻常光线(o光),振动垂直o光的主截面;不服从折射定律异常光线(e光),振动在e光的主截面内.2.o光和e光的主折射率o光的主折射率:vo：o光在晶体中的传播速度e光的主折射率:ve：e光在晶体中垂直于光轴方向的传播速度五.波晶片▲四分之一波片作用:可将入射的线偏振光转变成椭圆(圆)偏振光.▲二分之一波片作用:可将入射的线偏振光的振动面与光轴间夹角旋转2倍,也可使椭圆(圆)偏振

3、光的旋转方向改变.六.椭圆偏振光与圆偏振光两线偏振光的波动方程为:1).一、三象限振动的线偏振光2).二、四象限振动的线偏振光3)主轴与坐标轴重合的椭圆,若Ax=Ay，则为圆偏振光4).斜椭圆/七．获得椭圆(圆)偏振光的方法:1).自然光经起偏后成线偏振光;2).线偏振光垂直入射到波片(除全波片、半波片)上,且其振动方向与光轴有一夹角;3).从波片射出时,o光与e光合成为椭圆偏振光,其类型决定于波片的厚度及入射线偏振光振动方向与光轴的夹角;4).若要获得圆偏振光,则波片应为1/4波片,且入射线偏振光的振动方向与光轴成

4、45o角.八.偏振态的实验检验偏振片前放1个1/4波片，光轴沿光强极大或极小方向.转动偏振片偏振片前放1个1/4波片转动偏振片待测光波垂直入射光强无变化光强有变化光强有为零的极小值(消光)有消光现象光强不变自然光圆偏振光线偏振光有消光现象椭圆偏振光无消光现象部分偏振光转动偏振片【实验步骤】2.1反射和折射起偏振——布儒斯特角当自然光倾斜地投射到两种介质（例如空气和玻璃）分界面时，反射光和透射（折射）光一般都是部分偏振光。当光束的入射角等于布儒斯特角时，折射定律可简化为这就是布儒斯特定律。此时的反射光只有垂直于入射面

5、的偏振分量，而平行于入射面的分量消失为零。2.1.1方法之一将高亮度小光源、狭缝板、凸透镜（fˊ=150mm）、光学测角台分别装在机座导轨的滑动座上，调等高同轴，并使狭缝位于透镜的焦平面上；黑玻璃镜装在光学测角台中央；对准偏振轴方向的偏振片架装在转动臂上。当时，转动检偏器就能观察到垂直于入射面的光振动被消除的现象（如图2-1）。图2-12.1.2方法之二在光具座上，由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面，先转动测角台，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位，利用滑动座的升降微调装

6、置适当降低角度盘，然后再从入射角为15°~75°范围内寻找反射光束通过检偏器后，光强变到最小（甚至为零）时的角度（器件布置示于图2-2）。这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片，支架锁紧在测角台的转臂上。用检偏器检查任一反射光束，都是偏振光，在改变入射角的过程中，检偏器透振轴指向水平方向（为什么？）。检偏器后安装光电探头。实验中入射角在10°~85°范围内，每增加5°，相应转动接收臂记录一次光电流读数。用所得数据，以反射偏振光相对光强（%）为纵坐标，以角度为横坐标作图，即得一反射偏振光强度与入射角的关系曲线。为了更

7、准确的测量，可以选取48°~64°角的入射角，每2°（在低谷处甚至每1°或0.5°）测一次光电流（代表相对光强），画一幅更精确的曲线。根据该曲线定出布儒斯特角。图2-22.1.3方法之三按图2-3所示在光具座上布置光路。使氦氖激光器发出的光束通过一个偏振轴为水平方向的起偏器之后，照射立在光学测角台上的黑玻璃镜，转动测角台，使反射光束原路返回，以此位置为零度，再转动测角台，使入射角约达56°~57°时锁紧度盘，利用滑动座升降微调装置适当降低测角台，然后放松转动臂，在光电探头随着转臂缓慢转动过程中测量反射光的相对光强。经

8、反复观测，找到反射光为最暗（甚至为零）的位置，此时的入射角θB就是布儒斯特角。图2-32.2马吕斯定律如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（图2-4），只有相当于它的成分之一的（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成分则被吸收。若投射在检偏器图2-4A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为（这里是P与A偏振方向之间的夹角