《偏振光实验》

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1、偏振光实验（2008新增部分）中山大学光信息科学与技术实验室中山大学光信息科学与技术实验室1用途SGP-1型偏振光实验系统是一套与计算机联合使用的教学实验仪器，可用于高等院校物理实验课的分组实验。2规格与主要技术指标2.1规格光源：He-Ne激光器（带布儒斯特窗）1套偏振器：格兰棱镜2块半波片：632.8nm，石英晶体1片1/4波片：632.8nm，石英晶体1片光具座：硬铝导轨，5个滑动座1套电动旋转架：步进电机控制3套分束器（5：5）1个光电探测器2套计算机操作软件1套2.2主要技术指标光具座全长：1m各调节架中心距基座面高度：161

2、mm光源波长：632.8nm，输出功率＞1.5mW电动转架旋转角度：任意，精度0.05°3原理3.1偏振光的产生和检验2中山大学光信息科学与技术实验室光是电磁波，可用两个相互垂直的振动矢量——电矢量E和磁矢量H表征。因物质与电矢量的作用大于对磁矢量的作用，习惯上称E矢量为光矢量，代表光振动。光在传播过程中遇到介质发生反射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起变化，发生各种偏振现象。若光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹成一直线，通称线偏振光；若只是有较多的电矢量取向于某

3、固定方向，称作部分偏振光。再者，如果一种偏振光的电矢量随时间作有规律的变动，它的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光就是椭圆偏振光或圆偏振光。一般情况下，人的眼睛不能直接检查偏振光，但可用一个偏振器面对偏振光进行检视，这个偏振器就成为检偏器。3.2布儒斯特角当光从折射率为n1的介质（例如空气）入射到折射率为n2的介质（例如玻璃）交界面，而入射角又满足−1n2θ=tgBn1时，反射光即成完全偏振光，其振动面垂直于入射面。iB称布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。显然，θB角的大小因相关物质折射率大小而异。若n1表示的是空

4、气折射率，（数值近似等于1）上式可写成−1θ=tgnB2入射光反射光θBn1n2图3-13.3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3-2），只有相当于它的成份之一的Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份Ex（=Ecosθ）则被吸收。与此类似，若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为E0cosθ（这里θ是P与A偏振化方向之间的夹角）。由于光强与振幅的平方成正比，可知透射光强I随θ而变化的关系为2I=Icosθ0这就是马吕斯定律。3中山大学光信息科学与技术实验室yEyEθxEXP图

5、3-23.4波片若使线偏振光垂直入射一透光面平行于光轴，厚度为d的晶片（图3-3），此光因晶片的各向异性而分裂成遵从折射定律的寻常光（o光）和不遵从折射定律的非常光（e光）。因o光和e光oθe线偏振光有一定相位差的o光和e光图3-3在晶体中这两个相互垂直的振动方向有不同的光速，分别称做快轴和慢轴。设入射光振幅为A，振动方向与光轴夹角为θ，入射晶面后o光和e光振幅分别为Asinθ和Acosθ,出射后相位差2πϕ=(n−n)doeλ0式中λ0是光在真空中的波长，no和ne分别是o光和e光的折射率。这种能使相互垂直振动的平面偏振光产生一定相位

6、差的晶片就叫做波片。3.5椭圆偏振光和圆偏振光如果以平行于波片光轴方向为x坐标，，垂直于光轴方向为y坐标图3-3出射的o光和e光可用两个简谐振动方程式表示：x=Asinωtey=Asin(ωt+ϕ)o4中山大学光信息科学与技术实验室该两式的合振动方程式可写成22xy2xy2+−cosϕ=sinϕ22AAAAeoeo一般说来，这是一个椭圆方程，代表椭圆偏振光。但是当ϕ=2kπ（k＝1、2、3…）或ϕ=(2k+1)π（k＝0、1、2…）时，合振动变成振动方向不同的线偏振光。后一种情况，晶片厚度(2k+1)λd=n−n2oe可使o光和e光产生

7、（2k+1）λ/2的光程差，这样的晶片称做半波片,而当πϕ=(2k+1)（k＝1、2、3…）2时，合振动方程化为正椭圆方程22xy+=122AeAo(2k+1)λ这时晶片厚度d=，称做1/4波片。它能使线偏振光改变偏振态，变成椭圆偏振光。但n−n4oe是当入射光振动面与波片光轴夹角θ＝45°时，Ae＝Ao，合振动方程可写成222x+y=A即获得圆偏振光。4器件简介4.1He-Ne激光器（带布儒斯特窗）它的激光管是半外腔式的，组成共振腔的两个反射镜之一与放电管分离。储有He-Ne气体的放电管的一端，按一定角度（布儒斯特角）用玻璃片密封（图

8、4-1）。具体布儒斯特角大小与介质折射率相关。该玻璃窗常采用K8光学玻璃制成，折射率n＝1.516，θB≈56°36′；也可以采用熔凝石英材料，n＝1.456，θB≈55°32′。5中山大学光信息科学与技术