光的偏振实验

光的偏振实验实验目的：1、理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法；2、学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。仪器设备及编号：SGP-2A型偏振光实验系统、AP-1型光电流放大器实验原理：1、光波偏振态的描述：般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢 量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、 圆偏振光和椭圆偏振光。2、偏振片和马吕斯定律：偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想 的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。 因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用 偏振片可以产生线偏振光。线偏振光Pl P2图一、线偏振光的产生和检测将两个偏振片P1和P2平行放置（如图一），它们的偏振化方向分别用它们上 面的虚线表示。当自然光垂直入射P1后产生线偏振光。又由于自然光中光矢量 对称均匀，所以将P1绕光的传播方向慢慢转动时，透过P1的光强不随P1的转 动而变化，但它只有入射光强的一半。再使透过P1形成的线偏振光入射于偏振 片P2,这时如果将p2绕光的传播方向慢慢转动，则因为只有平行于p2透射轴 方向的光振动才允许通过，透过P2的光强将随 p2的转动而变化。当p2的偏振 化方向平行于入射光的光矢量方向，好p1和p2的偏振化方向平行时，透过它的 光强最强。当p2的偏振方向垂直于入射光的矢量方向，即p1和p2的偏振化方 向垂直时，透过化的光强为零，称为消光。将P2旋转一周时，透射光光强出现 两次最强，两次消光。这种情况只有在入射到P2上的光是线偏振光时才发生， 因而这也就是成为识别入射光是线偏振光的依据。在这个方案中，我们把产生线 偏振光的偏振片pl称为起偏器，用以分析光的偏振片p2称为检偏器。当入射的线偏振光的光矢量振动方向与检偏器的偏振化方向成0角时，若以 订表示入射线偏振光的光强，则透过检偏器后的光强12为I2=I1cos20，这就 是马吕斯定律。3、波片和双折射当一束自然光穿过各向异性的晶体（如方解石晶体）时分成两束线偏振光的 现象称为双折射现象，如图二。其中的一条折射光服从折射定律，沿各方向的光 的传播速度相同，各向折射率n。相同，且在入射面内传播，这一条光称为寻常 光，简称o光。另一条折射光不服从折射定律，沿各方向的光的传播速度不相同， 各向折射率ne不相同，并且不一定在入射面内传播，这一条光称为非常光，简 称e光。图二、双折射现象4、反射起偏振和布儒斯特角自然光在两种各向同性的电介质的分界面上反射和折射时，不仅光的传播方 向要改变，而且偏振状态也要发生变化。一般情况下，反射光和折射光都是部分 偏振光。反射光中振动方向垂直入射面得成分比平行于入射面的成分占优势；折 射光中振动方向平行于入射面的成分比垂直入射面的成分占优势，见下图。反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值ib时，反射光 是光振动垂直于入射面的线偏振光，这个特定的入射角ib称为起偏振角，或称 为布儒斯特角。当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向相互垂直， 即ib+r=n/2。根据折射定律有：实验步骤：（具体细节详见实验书P65）1、仪器检查。按照实验原理及要求来检查;2、偏振片的特性和马吕斯定律的验证；3、波片的特性研究；4、布儒斯特角的测定。实验数据及处理:光强与角度的关系平方半波片的特性研究1+半波片的特性離1/4波片转动的角度检偏僻转动360。观察到的现 象透过玻片后光的偏振性 质15°两次光强，两次光弱椭圆偏振光30°两次光强，两次光弱，强弱不明 显椭圆偏振光45°光强无明显变化圆偏振光60°两次光强，两次光弱，强弱不明 显椭圆偏振光75°两次光强，两次光弱椭圆偏振光90°两次消光线偏振光实验结论：1、由光强与角度的关系可以看出，马吕斯定律正立；2、半波片和1/4波片在|G|=0, n/2时，经过波片后线偏振状态保持不变；半波片 在其它角度时，经过波片后是线偏振光，但透射光振动方向于入射光关于光 轴对称，相对于入射光转过20角。1/4波片在|G|= n/4时，经过波片后是椭圆 偏振光；3、实验测得布儒斯特角在5657度之间；误差分析：疑难问题：三种波的偏振状态波片种类|0 |=0, n /2|0 二n /4其他角度1/4波片线偏振状态保持不变圆偏振光椭圆偏振光1/2波片线偏振状态保持不变线偏振光，但透射光振动方向于入射光关 于光轴对称，相对于入射光转过28角全波片线偏振状态保持不变12IIPlP2双折射现象