实验三十偏振光的观测与研究

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1、实验三十偏振光的观测与研究一、实验目的1.观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。2.了解偏振光的产生和检验方法。3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。4.观测椭圆偏振光和圆偏振光。二、实验仪器光具座、激光器、光电检流计（以上由实验室自备，我厂亦可代配）、偏振片、1/4波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、钠光灯。三、实验原理按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。因为在大多数情况下，电磁幅射同物质札I互作用时，起主要作用的是电场，所以常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向和对于传播方向的一种空间取向称为偏振，

2、光的这种偏振现象是横波的特征。根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平血偏振光，亦称线偏振光；如果电欠量取随吋间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或鬪偏振光）；若电矢屋的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取向率相同，称为口然光；若电矢量在某一确定的方向上最强，□各方向的电振动无固定相位关系，则称为部分偏振光。偏振光的应川遍及于工农业、医学、国防等部门。利川偏振光装直的各种精密仪器，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）获得偏

3、振光的方法1.非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面（如玻璃、水等）上，反射光与折射光都将成为部分偏振光。当入射角增人到某一特定值4）时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，这时入射角e,称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得：tg（1）0=n（1）其中，n为折射率2・多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到迭在一起的多层平行玻璃片上时，经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光，其振动在入射而内。3.晶体双折射产牛的寻常光（0光）和非常光（e光），均为线偏振光。3.用偏振片可以得到一定程度的线

4、偏振光。（二）偏振光、波长片及其作用1.偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明炯料薄膜屮，经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应川时起的作用不同而叫法不同，用來产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用來检验偏振光的偏振片叫作检偏器。按照马吕斯定律，强度为1。的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：I=locos28（2）式屮0为入射偏振光偏振方向与检偏器振轴之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时,透射光强度1发牛周期性变化。当（）二0°时，透射光强度最人；当（）二90。时，

5、透射光强为极小值（消光状态）；当0。<9<90°时，透射光强介于最人和最小值之间。图1表示白然光通过起偏器与检偏器的变图1化。2.波长片当线偏振光垂肓射到厚度为L；表面平行于白身光轴的单轴晶片时，则寻常光（0光）和非常光（e光）沿同一•方向前进，但传播的速度不同。这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差4）为:©二2兀/入（no-ne）L（3）其屮，入为入射偏振光在真空屮的波长，n。和m分别为晶片对o光e光的折射率，L为晶片的厚度。我们知道，两个互相垂直的，同频率且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示（如通过晶片后o光和e光的振动）;X

6、=Aesinwt,Y=Aosin（3+d））从两式中消去t,经三角运算后得到全振动的方程式为：X2/Ae2+Y2/A02+2XY/AeA0Cos4）二si『©（4）由此式可知：（1）当4）=Kx（K二0、1、2、……）时，为线偏振光。（2）当（1）二（K+l/2Ji）（K二0、1、2、……）时，为正椭圆偏振光。在Ao=Ae时，为圆偏振光。（3）当4）为其它值时，为椭圆偏振光。在某一波t的线偏振光垂直入射于晶片的情况下，能使o光和e光产生相位差4>二（2K+1）n（相当于光程差为入/2的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分Z—波片（入

7、/2波片），与此相似能使o光与e光产生相位4>=（2K+1/2）兀（相当于光程差为入/4的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（入/4）是对6328A（H—Ne激光）而言的。如图2所示，当振幅为A的线偏振光亚直入射到入/4波片上，振动方向•波片光轴成0角时，由于。光和o光的振幅分别为Asin0和Acose,所以通过入/4波片后介成的偏振状态也随介度0的变化而不同。（1）当0=0°时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光。（2）当e=X/2时，获得振动方向垂肓•于光轴的线偏振光。（3）当（）=X/4时,AfAo获得圆偏振光。（4）当6为其它值时，

8、经过入/4波片后为椭圆偏振光。（三）椭圆偏振光的测虽：椭圆偏振光的测量包括长、短轴之比及长、短轴方位的测定。如图3所示，当检偏器方位与椭圆长轴的夹角为e时，则透射光强为：图3I=Ai2cos24）+A22s