偏振光现象的观察和分析

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1、偏振光现象的观察和分析摘要本实验用半导体激光通过偏振片来产生线偏振光，使其分别通过1/4波片和1/2波片，通过测量不同方向上检偏器透过的光的强度，判断出出射光的偏振态。并证实了线偏振光通过1/4波片可以产生线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光，通过1/2波片可以产生线偏正光，验证了马吕斯定律。一、引言振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面内，包含一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同

2、的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。偏振光的典型应用是偏光式3D技术，其普遍用于商业影院和其它高端应用。二、实验原理1.偏振光的种类光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面。图1电矢量垂直于纸面的偏振光图2电

3、矢量平行于纸面振光【1】光的五种偏振态：①线偏振光：在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，②部分偏振光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等。①自然光：光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅相等。②椭圆偏振光：在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，若它们的频率相同并且有固定的位相差，则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。③圆偏振光：旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。2.线偏振的产生（1）偏振片利用某些有机化合物

4、的“二向色性”制成，当自然光透过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片方向的分量几乎完全被吸收，而平行方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。偏振片可以作为起偏器，也可以作为检偏器检验偏振光的偏振方向。（2）双折射产生偏振自然光入射到双折射晶体时，产生的寻常光(o光)和非寻常光（e光）都是线偏振光。3.波晶片即上述能发生双折射的晶体，又称波片。当光垂直入射到波片后，产生的o光和e光在波片中的传播方向一致而传播速度不同，因此导致它们产生了光程差，当波长为λ时，产生相位差，其中d为波片厚度，ne与no是e光与o

5、光的主折射率。对于某种单色光，能产生相位差的波片为1/4波片；能产生的波片称为1/2波片；能产生的波片称为全波片。离开波片时合成波的偏振性质，确定于相位差和。线偏振光通过1/2波片后出射光和入射光的电矢量对称于光轴；线偏振光通过1/4波片后可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光。4.偏振光的检验表一检验偏振光的类型【2】第一步令入射光通过偏振片1，改变偏振片1的透振方向P1，观察透光强度的变化观察到的现象有消光强度无变化强度有变化但无消光结论线偏振自然光或圆偏振部分偏振或椭圆偏振第二步a.令

6、入射光一次通过1/4波片和偏振片2，改变偏振片2的透振方向P2，观察透射光的光强度变化b.同a，只是1/4波片的光轴方向必须与第一步中偏振片1产生的强度极大或极小的透振方向重合观察到的现象有消光无消光有消光无消光结论圆偏振自然光椭圆偏振部分偏振5.马吕斯定律强度为I0的线偏振光,透过检偏片后,透射光的强度(不考虑吸收)为：I=I0(cosα)2其中,α是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。一、实验装置及过程实验装置：发出波长为635nm的红光的半导体激光器；2个偏振片，直径2cm，分别用作起偏器

7、与检偏器；2个1/4波片，直径2cm；1个1/2波片，直径1cm；数字式光功率计。实验过程：1．光路调节将一个偏振片靠近激光器作为起偏器，一个偏振片靠近功率计作为检偏器。转动A2一圈，发现其最大值不超过量程0~2mw，并调节A2达到消光状态，记下此时其读数。2.验证马吕斯定律以达到消光状态时的A2的位置为零点，转动A2每隔4°记下一次功率计的读数。3.1/4波片的作用将A2调整到消光位置后放入1/4波片，调整至消光。旋转1/4波片，当分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°时，将旋转360°，观察光电

8、流的变化情况和极值的出现情况。细测：选取30°作详细测量，每隔10°记下对应的光功率。4.利用1/4波片组成1/2波片将两个1/4波片放在一起，调节至产生消光现象，将两波片转动一定的角度θ破坏消光现象，调节A2再次达到消光状态，如果其角度符合即形成1/2波片。5.1/2波片的作用先不放1/2波片，转调至消光，放1/2波片，改变1/2波片与激光振动方向夹角的数值，当其分别为