偏振现象的观测与分析

《偏振现象的观测与分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验十二偏振现象的观测与分析实验目的１．观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解。２．掌握产生和检验偏振光的原理和方法。实验仪器氦氖激光器，偏振片，波片，玻璃片和支架。实验原理光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内，取所有可能的方向，某一方向振动占优势的光叫部分偏振光，只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光（如自然光）变成线偏振光的方法称为起偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。１．平面偏振光的产生（１）非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角

2、及反射物质的性质。当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时，该入射角叫起偏角。起偏角的数值与反射物质的折射率的关系是　　　　　　　　　（5－10－1）称为布如斯特定律，如图5—10—1所示。根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质，一般起偏角在53度到58度之间。非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。（２）偏振片分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构的分子，这些分子平行地排列在同一方向上。这种胶膜只允许垂直于分子排

3、列方向的光振动通过，因而产生线偏振光，如图5—10—2所示。分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。鉴别光的偏振状态叫检偏，用作检偏的仪器叫或元件叫检偏器。偏振片也可作检偏器使用。自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时，在垂直光线传播方向的平面内旋转偏振片时，可观察到不同的现象，如图5—10—3所示，图中表示旋转，光强不变，为自然光；表示旋转，无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光；表示旋转，可找到全暗位置，为线偏振光。２．圆偏振光和椭圆偏振光的产生平面偏振光垂直入射晶片，如果光轴平行于晶片的表面，会产生比较特殊的双折射现象。这时，非常

4、光和寻常光的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相位差（5－10－2）式中表示单色光在真空中的波长，和分别为晶体中光和光的折射率，为晶片厚度。（１）如果晶片的厚度使产生的相位差，k=0，1，2，…，这样的晶片称为1/4波片。平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光；当α=π/4时，则为圆偏振光；当或π/2时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。由此可知，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。（２）如果晶片的厚度使产生的相差，k=0，1，2，…，这样的晶片称为半波片。如果入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的交

5、角为，则通过半波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过角。３．平面偏振光通过检偏器后光强的变化强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为（5－10－3）式中，为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，（5－10－3）式为马吕斯（Malus）定律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强。当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量极大时，称它们为平行（此时=0度）。当二者的取向使系统射出的光量极小时，称它们为正交（此时=90度）。实验内容１．起偏将激光束投射到屏上，在激光束中插入一偏振片，使偏振片在垂直于光束的平面内转动，观察透射光光强的变化。２．消光在第一块偏振片和屏之间加入第二块

6、偏振片，将第一块偏振片固定，在垂直于光束的平面内旋转第二块偏振片，观察现象。３．三块偏振片的实验使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，这时观察第三块偏振片在什么位置时光强最强，在什么位置时光强最弱。４．布儒斯特定律（１）如图5－10－4所示，在旋转平台上垂直固定一平板玻璃，先使激光束平行于玻璃板，然后使平台转过角，形成反射和透射光束。（２）使用检片器检验反射光的偏振态，并确定检偏器上偏振片的偏振轴方向。（３）测出起偏角，按（5－10－1）式，计算出玻璃的折射率。５．圆偏振光和椭圆偏振光的产生（１）按图5－10－5所示，调整偏振片和的位置使通过的光消失，然后插入一片1/

7、4波片C1（注意使光线尽量穿过元件中心）。（２）以光线为轴先转动C1消光，然后使转360度观察现象。（３）再将C1从消光位置转过30度、45度、60度、75度、90度，以光线为轴每次都将转360度观察并记录现象。６．圆偏振光、自然偏振光与椭圆偏振光和部分偏振光的区别由偏振理论可知，一般能够区别开线偏振光和其它状态的光，但用一片偏振片是无法将圆偏振光与自然光，椭圆偏振光与部分偏振光区别开的，如果再提供一片1/4波片C2加在检偏的偏振片前，就可鉴别