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1、偏振光得产生与检验一．实验目得1、掌握偏振光得产生原理与检验方法,观察线偏振光2、验证马吕斯定律，测量布儒斯特角;二．实验原理１、光得偏振性?光波就是波长较短得电磁波，电磁波就是横波,光波中得电矢量与波得传播方向垂直。光得偏振观象清楚地显示了光得横波性。光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光与部分偏振光。而线偏振光与圆偏振光又可瞧作椭圆偏振光得特例。(1）自然光光就是由光源中大量原子或分子发出得。普通光源中各个原子发出得光得波列不仅初相彼此不相关，而且光振动方向也就是彼此不相关得,呈随机分布。在垂直于光传播方向得平面内，沿
2、各个方向振动得光矢量都有。平均说来，光矢量具有轴对称而且均匀得分布,各方向光振动得振幅相同，各个振动之间没有固定得相联系,这种光称为自然光或非偏振光(见下图）.我们设想把每个波列得光矢量都沿任意取定得x轴与y轴分解,由于各波列得光矢量得相与振动方向都就是无规则分布得，将所有波列光矢量得ｘ分量与y分量分别叠加起来,得到得总光矢量得分量Ex与Ey之间没有固定得相关系，因而它们之间就是不相干得.同时Ex与Ey得振幅就是相等得,即Ax=Ay。这样，我们可以把自然光分解为两束等幅得、振动方向互相垂直得、不相干得线偏振光。这就就是自然光得线偏振表示,如下图(
3、a）所示。分解得两束线偏振光具有相等得强度Iｘ＝Ｉy，又因自然光强度I=Ix＋Ｉｙ所以每束线偏振光得强度就是自然光强度得1/2，即通常用图（b）得图示法表示自然光。图中用短线与点分别表示在纸面内与垂直于纸面得光振动，点与短线交替均匀画出,表示光矢量对称而均匀得分布。(2）线偏振光光矢量只沿一个固定得方向振动时,这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。光矢量得方向与光得传播方向所构成得平面称为振动面，如图(ａ）所示。线偏振光得振动面就是固定不动得，图（b）所示就是线偏振光得表示方法，图中短竖线表示光振动在纸面内，点表示光振动垂直于纸面。(3）部分偏振
4、光这就是介于线偏振光与自然光之间得一种偏振光,在垂直于这种光得传播方向得平面内，各方向得光振动都有,但它们得振幅不相等,如图(a)所示。这种部分偏振光用数目不等得点与短线表示。在图（b)中，上图表示在纸面内得光振动较强，下图表示垂直纸面得光振动较强.要注意，这种偏振光各方向得光矢量之间也没有固定得相得关系。（4）圆偏振光与椭圆偏振光这两种光得特点就是在垂直于光得传播方向得平面内，光矢量按一定频率旋转(左旋或右旋）。如果光矢量端点轨迹就是一个圆,这种光叫圆偏振光(见图（a））。如果光矢量端点轨迹就是一个椭圆，这种光叫椭圆偏振光(见图（b））.2、布
5、儒斯特角?当光从折射率为n1得介质（例如空气）入射到折射率为n２得介质(例如玻璃）交界面，而入射角又满足时，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角得大小因相关物质折射率大小而异.若n１表示得就是空气折射率，（数值近似等于１）上式可写成入射光反射光θBn1n2图3-13、马吕斯定律如果光源中得任一波列（用振动平面E表示)投射在起偏器P上（如下图),只有相当于它得成份之一得Ey(平行于光轴方向得矢量）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上得线偏振光得振幅为E
6、0,则透过A得振幅为E0ｃosθ（这里θ就是P与A偏振化方向之间得夹角)。由于光强与振幅得平方成正比,可知透射光强I随θ而变化得关系为这就就是马吕斯定律。yθxEyEPEX图3-24、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得晶片，此光因晶片得各向异性而分裂成遵从折射定律得寻常光（o光）与不遵从折射定律得非常光(e光）。因ｏ光与e光oθe线偏振光有一定相位差的o光和e光在晶体中这两个相互垂直得振动方向有不同得光速，分别称做快轴与慢轴。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光与e光振幅分别为Asinθ与Ａｃosθ，出射
7、后相位差式中λ0就是光在真空中得波长，no与nｅ分别就是o光与e光得折射率。这种能使相互垂直振动得平面偏振光产生一定相位差得晶片就叫做波片。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坐标出射得o光与ｅ光可用两个简谐振动方程式表示：该两式得合振动方程式可写成一般说来,这就是一个椭圆方程，代表椭圆偏振光。但就是当(k=1、2、3⋯）或（ｋ＝0、1、2⋯)时，合振动变成振动方向不同得线偏振光。后一种情况，晶片厚度可使o光与ｅ光产生(2k+１）λ/2得光程差，这样得晶片称做半波片,而当?(k＝1、２、３⋯)时,合振动方程化为正椭圆方程这时晶片
8、厚度,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。但就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
