大学物理实验(二)讲义

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1、大学物理实验（II）实验讲义华中科技大学物理学院实验教学中心目录实验1：偏振光实验……………………………………………………………1实验2：迈克尔逊和法布里-珀罗干涉仪………………………………………5实验3：振动力学综合实验……………………………………………………13实验4：RLC电路和滤波器……………………………………………………22实验1：偏振光实验【实验目的】1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。2.了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。3.掌握一些光的偏振态（自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光）的鉴别方法以及相

2、互的转化。【课前预习】1.光的波动方程以及麦克斯韦方程组。2.电磁波的偏振性及波片的性质。【实验原理】1、自然光与偏振光麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，故此，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。一般光源发射的光波，其光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等，这种光就称为自然光。光矢量在垂直于传播方向上有规则变化则体现了光波的偏振特性。如果光矢量方向不变，大小随相位变化，这时在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线，则称此光为线偏振光（平面偏振光），光矢量与传播方向构成的平面叫

3、振动面如图1（a）。图1(b)是线偏振光的图示法，其中短线表示光矢量平行于纸面，圆点表示光矢量与纸面垂直。如果其光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆或者椭圆，这样的光相应的被称为圆偏振光或者椭圆偏振光，如图1（c）。介于偏振光和自然光之间的还有一种叫部分偏振光，其光矢量在某一确定方向上最强，亦即有更多的光矢量趋于该方向，如图1（d）。任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光来表示。2、双折射现象当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射。冰洲石（方解石）就是典型

4、的双折射晶体，如通过它观察物体可以看到两个像。当一束激光正入射于冰洲石时，若表面已抛光则将有两束光出射，其中一束光不偏折，即o光，它遵守通常的折射定律，称为寻常光。另一束发生了偏折，即e光，它不遵守通常的折射定律，称为非常光。用偏振片检查可以发现，这两束光都是线偏振光，但其振动方向不同，其两束光的光矢量近于垂直。晶体中可以找到一个特殊方向，在这个方向上无双折射现象，这个方向称为晶体的光轴，也就是说在光轴方向o光和e光的传播速度、折射率是相等的。此处特别强调光轴是一个方向，不是一条直线。只有一个光轴的晶体称为单轴晶体，如冰洲石，石英，红宝石，冰等，其中

5、又分为负晶体（o光折射率大于e光折射率，即no>ne）和正晶体（no

6、过的光矢量方向为其透光轴），它能将自然光变为线偏振光，此时偏振片称为起偏器；当偏振片用于检验偏振光的状态时，称为检偏器。5、马吕斯定律1808年，马吕斯实验中指出，强度为Io的线偏振光透过偏振片后，透射光的强度为：I=I0cos2q(1)式中，q是两个偏振片透光轴之间的夹角，第1个偏振片用于将光源变为线偏振光，第2个则是用于检偏。显然两个偏振片平行放置，透过的光强最大；垂直时，处于消光状态。216、波片-位相延迟器波片也称位相延迟器，是由双折射晶体制成的平板状光学元件，其厚度为d且光轴平行于表面。当一束单色平行自然光正入射到波晶片上时，光在晶体内部便

7、分解为o光与e光。o光电矢量垂直于光轴；e光电矢量平行于光轴。o光和e光的传播方向不变，但由于传播速度不同，两束光的相位差可表示为，d=2p(no-ne)d/l(2)式中l为光波在真空中的波长。通过调节双折射晶体的厚度，可以制作不同的波片，如下1/4波片：d=±（2k+1）p/2(k=1，2，3……)1/2波片：d=±（2k+1）p(k=1，2，3……)全波片：d=±2kp(k=1，2，3……)一般来说，不论是任何波片都是相对一定波长而言。假如选择不同波长的光源，需要采用消色差波片，它是由几层不同的聚合物或晶体精确对准层叠而成的，其优点是在一定的带宽

8、之内延迟量对波长的变化不敏感。波片按材料分，常见的有各种晶体波片，和聚合物波片，液晶波片。常用的晶体包括云母