吉林大学大学物理实验偏振光的研究实验

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1、实验2.17偏振光的研究光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规禅。FI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、生产技木的检验等，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□斯定律和布鲁斯特定律。4、用1/4波片产生并检验椭圆偏振光和圆偏振光。二、实验原理由于光波是横波，所以光矢景总是与光的传播方叫乖直。在与传播方句垂直的平衡内，光矢f

2、i可能冇各种不同的振动状态，我们称之为光的偏振态。敁常见的光的偏振态有：A然光、线偏振光、部分偏振光、楠圆偏振光和圆偏振光。1.马吕斯定律从白然光获得偏振光的过程叫起偏。起偏的最简单方法是让£）然光通过一块偏振片，透过的光就成为线偏振光，这块偏振什叫起偏器。使用另一块偏振八來检验偏振光，川米检验偏振光的裝置称为检偏器。如果检偏器的偏振化方向与起偏器的偏振化方叫相则透过的光强最大。如果把柃偏器转过90°,贝ij透射光强为零。对于检偏器与起偏器的偏振化方向的夾角为任意角度，若入射到检偏器上的线偏振光强度为/（），出射的光

3、强为/,由于光强与振幅平方成正比，透射光强为或者写成(2.17-1)上式为马5斯定律。2布儒斯特定律自然光在两种各向同性介质的分界則上反射和折射时，反射光和折射光都成为部分偏振光，不过反射光屮®直于入射面的振动（简称垂直振动）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2.17-1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6吋，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光,如图2.17-2所示。这个特定的入射角/o叫做布儒斯特角。并且tanz0=—=zi

4、21(2.17-2)一式屮，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.波片表側与光轴平行的晶体薄八称为波几，波什通常是用方解石或石英等单轴晶体按需耍的厚度切割而成的。当平行光垂直入射品而时，从波片射出的e光和o光不会分开，似两者有一定的相位差。设波片的厚度为t/，e光和o光的主折射率分别为ne和则W光束从波片射出后的相位差可表示为(p芋(,70-(2.17-3)巾此可见，改变波片的厚度A可以获得两光束之问的不同相位差。若波片的厚度d使o光和e光产生;r/2的相位差，此波片称为该波长的1/4波片。同

5、样，若波片的厚度使o光和e光产生/T的相位差，此波什称为该波长的1/2波R或半波片。椭圆偏振光和圆偏振光4以看成是W个相互垂直的线偏振光的合成。这两个相互■直的线偏振光可表示为Ex=A}coscotEy=A2cos(

6、r/2吋，对应丁心旋圆偏振光，当p二-;r/2时，对/、'、/:于左旋圆偏振光。反过来，对于线偏振光，由于它可以分解为分别沿o光、e光方句，相位相同的两个线振动，若经过1/4波片沿，这两个振动相位差为;r/2,所以多数情形下出射的是椭圆偏振光，在特殊情形不也可能是圆偏振光或线偏振光。三、实验仪器实验仪器包括：半导体激光器，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a在两只可以旋转的支臂上，样品放置在旋转载物台上。旋转载物台和支臂可单独旋转也可联动。光源为半导体激光器，波长650mm起

7、偏器和检偏器为格兰棱镜。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)将半导体激光器放置于支锷的一端，使支锷和读数外關盘固定。调整激光光朿的岀射方向，使之平行于该支臂。利用A准法，调整载物台中心轴垂直于入射光。(1)依次放S起偏器、检偏器和光电探测器。调整各光学元件同轴等高。旋转起偏器使检流计示数为最小位。(2)旋转检偏器，使起偏器与检偏器偏振化方向之间的夹角分别为0=0'30%45%60°和90"时,记录输出光强/。自拟表格并记录数据。1.根据布鲁斯特定律，测定宥机玻璃样品的折射率(1)去掉检偏

8、器，将光电探测器移至另一支臂上。将待测有机坡璃样品放置在载物台上，使样品反射Ifif中央部分恰好位于载物台的旋转中心。实验光路图如阁2.17-3所示。(2)凋整样品使入射角在50"和60"之叫，旋转起偏器，找到输出光强最小的位置。此时入射到样品表面的偏振光振动方14恰好平行于入射血(P分景)。(3)旋转载物台，改变入射角，同时旋转动鸨，由光电探