一 偏振光的产生和检验

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1、实验十一偏振光的产生和检验光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H的振动方向是垂直于光的传播方向的。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律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、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、生产技术的检验等，提供了极有价值的方法。一、实验目的1、观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。2、掌握产生和检验偏振光的原理和方法。二、实验原理1、偏振光的概念光的波动的形式在空间传播属于电

2、磁波，它的电矢量E与磁矢量H相互垂直。E和H均垂直于光的传播方向，故光波是横波。实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E的方向定为光的振动方向。自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。偏振光电矢量E的端点在垂直于传播

3、方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。2、获得线偏振光的方法自然光变成偏振光称作起偏，可以起偏的器件分为透射和反射2种形式。(1)反透射式起偏器自然光在两种媒质的界面处反射和折射，当入射角满足时，反射光成为振动 方向垂直于入射面的线偏振光，这个规律称布儒斯特定律，称为布儒斯特角或起偏角，而折射光为部分偏振光。如果自然光以入射角投射在多层的玻璃堆上，经过多次反射后，透射出的光也接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。(2)透射式起偏器晶体起偏器：利用某些晶体的双折射现象可以获得较高质量的线偏振光，如尼科尔棱镜，这

4、类偏光器件价格昂贵。偏振片：一般用具有网状分子结构的高分子化合物——聚乙烯醇薄膜作为片基，将这种薄膜浸染具有强烈二向色性的碘，经过硼酸水溶液的还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍以上而制成。这种偏振片称H偏振片。此外用另外方法还可制成K偏振片、L偏振片。3、马吕斯定律自然光通过偏振片变成光强为，振幅为A的线偏振光，再垂直入射到另一块偏振片上，出射光强为：这就是马吕斯定律。为两偏振片透振方向之间的夹角。4、波片的偏光作用单轴晶体制成厚度为L，表面平行于光轴的片,称波片。波片有正晶体或负晶体之分。一束振幅为A的线偏振光垂直入射在波片表面上，且振动方向

5、与光轴夹角为，在晶体内分解成o光和e光，振幅分别是，。经过波片后，二光产生位相差：式中,为光在真空中的波长；、为晶片对o光和e光的折射率。因为波片能使o光或e光的位相推迟，又称为位相推迟器。o光和e光振动方向相互垂直，频率相同，位相差恒定，由振动合成可得： 　　　　　　 这是椭圆方程式，代表椭圆偏振光。当（）及时，合成振动为圆偏振光。三、主要仪器及耗材1：白光源（GY-6A）8：偏振片2：凸透镜（f′=150mm）9：X轴旋转二维架（SZ-06）3：二维调节架（SZ-07）10：升降调节座（SZ-03）4：可调狭缝（SZ-27）11：升降调节座

6、（SZ-03）5：光学测角台（SZ-47）12：二维平移底座（SZ-02）另需钠灯、氦6：升降调节座（SZ-03）氖激光器、1/4波片及架、冰洲石及转动7：黑玻璃镜架和扩束器四、实验内容和步骤图11-1实验装置(a)（b）图11-2实验示意图1、测布儒斯特角，定偏振片光轴：按图11-1所示，使白光源灯丝位于透镜的焦平面上（此时二底座相距162mm），近似平行光束通过狭缝，向光学台分度盘中心的黑玻璃镜入射，并在台面上显出指向圆心的光迹。此时转动分度盘，对任意入射角，利用偏振片和X轴旋转二维架组成的检偏器检验反射光，转动，观察部分偏振光的强度变化。

7、而当光束以布儒斯特角iB入射时，反射的线偏振光可被检偏器消除（对n=1.51,）。该入射角需反复仔细校准。因线偏振光的振动面垂直于入射面，按检偏器消光方位可以定出偏振片的易透射轴。2、线偏振光分析：使钠光通过偏振片起偏振，用装在X轴旋转二维架上（对准指标线）的偏振片在转动中检偏振，分析透过光强变化与角度的关系。3、椭圆偏振光分析：使激光束通过扩束器、狭缝和黑镜产生线偏振光，再通过1/4波片之后，用装在X轴旋转二维架上的偏振片在旋转中观察透射光强变化，是否有两明两暗位置（注意与上一项实验现象有何不同），在暗位置，检偏器的透振方向即椭圆的短轴方向。

8、4、圆偏振光分析：在透振轴正交的二偏振片之间加入1/4波片，旋转至透射光强恢复为零处，从该位置再转动45°，即可产生圆偏振光。此时若用检偏器转动检查，