吉林大学大学物理实验实验217偏振光的研究

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1、实验2.17偏振光的研究光的偏振性证明丫光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识丫光的传播规律和光与物质的相互作用规律。n前，偏振光的应用已遍及工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。一、实验目的1、观察和理解光的偏振现象。2、掌握产生和检验偏振光的方法。3、验证马吕斯定律和布鲁斯特定律。4、川1/4波片产牛#•检验椭岡偏振光和圆偏振光。二、实验原理由于光波是横波，所以光矢fi总是与光的传播方向垂直。在与传播方向垂直的平而闪，光矢量讨能有各种不M的振动状态，我们称之为光的偏振态。最常见的光的偏振态有：

2、fi然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。1.马呂斯定律从ti然光获得偏振光的过程叫起偏。起偏的最简单法是让b然光通过一块偏振片，透过的光就成为线偏振光，这块偏振八叫起偏器。使用W—块偏振八來检验偏振光，川來检验偏振光的装置称为检偏器。如果检偏器的偏振化方叫与起偏器的偏振化方叫相M,则透过的光强最人。如果把检偏器转过90°，则透射光强为零。对于检偏器与起偏器的偏振化方向的火角为任意角度，若入射到检偏器上的线偏振光强度为/（），出射的光强为/，由于光强与振幅平方成正比，透射光强为I_(^coscr)2或者写成I=A）cos2a（2.17-1）上式为马吕斯定律。2布儒斯特定律自然

3、光在两种各向M性介质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光都成为部分偏振光，不过反射光中垂且于入射血的振动（简称垂且振动）较强；而折射光中〒行于入射面的振动（简称T•行振动）较强。如图2.17-1所示。图2.174自然光反射和折射后产生部分偏振光图2.17-2起偏振角当入射角等于某一特定值/0时，反射光是光振动垂育于入射面的线偏振光，如图2.17-2所示。这个特定的入射角^叫做布儒斯特角。并且tanz0=—=z?2l(2.17-2)式中，化尸化/^为介质2对介质1的相对折射率。这一规律称为布儒斯特定律。3.波片表血与光轴平行的品体薄片称为波片，波片通常是用斤解石或石英等单轴晶体按需要的厚

4、度切割而成的。当平行光垂直入射晶則时，从波八射出的e光和o光不会分开，但两者冇一定的相位差。设波片的厚度为么e光和o光的主折射率分别为&和叫，则两光束从波片射出后的相位差可表示为A(p271T(2.17-3)山此可见，改变波片的厚度A可以获得两光朿之间的不同相位差若波片的厚度d使o光和e光产生/r/2的相位差，此波八称为该波长的1/4波片。同样，若波片的厚度使o光和e光产生;T的相位差，此波片称为该波长的1/2波片或半波片。椭圆偏振光和圆偏振光可以看成是两个相互乘直的线偏振光的合成。这两个相互乖直的线偏振光可表示为Ex=A,cos^yrEx=A2cos(eot+(p)(2.17-4)式中

5、炉0、±71。分析表明：当sin(p〉0吋，迎着光的传播方向观察，光矢量端点沿顺时针方向旋转，称为右旋椭圆偏振光。当sinfO时，迎着光的传播方句观察，光矢景的端点沿逆吋针方向旋转，称为左旋椭糾偏振光。当^=0，±71时，椭糾偏振光退化为线偏振光。如果Ai=A2,^(p=兀/2时，对/.、V:于右旋圆偏报光，当(p=-;r/2时，对应于左旋圆偏扳光。反过來，对于线偏振光，由于它可以分解为分别沿o光、e光方向，相位相同的两个线振动，若经过1/4波片后，这两个振动相位差为兀/2,所以多数情形下出肘的足椭岡偏振光，在特殊情形卜*也川'能足阑偏振光或线偏振光。三、实验仪器实验仪器包括：半导体激光

6、器，起偏器，检偏器，1/2，1/4波片，光电探测器，检流计等，上述实验部件均可放置在两W可以旋转的支臂上，样品放置在旋转载物台上。旋转载物台和支臂吋单独旋转也对联动。光源为半导体激光器，波长650nm。起偏器和检偏器为格兰梭镜。检测用样品为有机玻璃板。四、实验内容与要求1.验证马吕斯定律(1)将半异体激光器放置于支臂的一•端，使支臂和读数外圆盘同定。调整激光光朿的出射方向，使之平行于该支臂。利用自准法，调整载物台中心轴垂直于入射光。(2)依次放置起偏器、检偏器和光电探测器。调整各光学元件M轴等高。旋转起偏器使检流计示数为最小值。(3)旋转检偏器，使起偏器与检偏器偏振化方向之间的火角分别为

7、汐=o'3(r，45'6(r和9(r时，记录输出光强/。ti拟表格并记录数据。1.根据布鲁斯特定律，测定有机玻璃样品的折射率(1)去掉检偏器，将光电探测器移至另一支臂上。将待测有机玻璃样品放置在载物台上，使样品反射面屮央部分恰好位于载物台的旋转屮心。实验光路图如图2.17-3所示。(2)调整样品使入射角在5CT和60"之间，旋转起偏器，找到输出光强最小的位置。此时入射到样品表而的偏振光振动方m恰好平行于入射而(p分量)。(3)旋转载