偏振现象的观察与分析.pdf

精品文档 . 偏振现象的观察与分析 【实验目的】 1通过观察光的偏振现象 , 加深对光波传播规律的认识。 2掌握产生与检验偏振光的原理和方法。 【实验仪器 】 偏振实验箱 【实验原理 】 一偏振光的概念 光的波动的形式在空间传播是一种 电磁波，它的 电矢量 E与磁矢量 H相互垂 直。 矢量 E 和矢量 H均垂直于光的传播 方向 Z, 属于横波 。 实验证明 光效应主要由电场引起的, 所以电场矢量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 或原子发出的光波合成的。 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, 所以这样的光源发射的光对外不显现偏振 性质, 称之为自然光。 自然光经过媒质的反射, 折射或者吸收 以后, 在某一方向上振动加强成为部分偏振 光。如果光在传播过程中, 振动始终被限制 在某一确定的平面内, 称为 平面偏振光 , 也称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 。 二获得线偏振光的方法 精品文档 . 自然光变成偏振光称作 起偏, 可以起偏的器件分为 透射式 和反射式 两种。 (1) 透射式起偏 如上图，设光强为I0的自然光照在一偏振片（起偏器）上，则自然光中振 动方向与偏振片透振方向相同的电矢量以及其它方向的电矢量在这个方向的分 量才能通过，成为线偏振光，因此光强变为 2 1 I 0。然后再照射在第二块偏振片 （检偏器）上，该偏振片的透振方向与起偏器的透振方向夹角为，则出射光光 强为： 2 0cos 2 1 II这就是 马吕斯定律 (2) 反射式起偏 自然光在两种媒质的界面处, 如玻璃和空气的界面处反射和折 射, 当入射角为某一特定值时, 反 射光可以成为线偏振光, 振动方向 垂直于入射面 , 与界平面平行 , 折 射光为部分偏振光 ，这种现象由布 儒斯特 (Brewster) 首先发现 , 因 此称为布儒斯特角 , 即起偏角。根 据折射定律可得： 1 2 2 10 10 10 10 sin sin cos sin n n i i i i tgi此式就是 布儒斯特定律。 如果自然光的投射在多层的玻璃堆上, 经过多次反射最后透射出的光也接 精品文档 . 近于线偏振光 , 其振动面平行于入射面。 三. 波片 1. 寻常光和非常光 光进入某些各向异性的晶体时， 同一束入射光折射后被分成两束，称为双折 射现象 。一束光遵从折射定律，称为寻常光（简称o 光） ，另一束光违背折射定 律，称为 非常光（简称 e光） 。 2. 半波片 光垂直通过双折射晶体时，o 光和 e 光传播速度不同，因而出射时o 光和 e 光存在光程差。如果该晶体 厚 度 满 足 光 程 差 ： 2 ) 12()( 0 Kdnn e 为半波长的奇数倍时，则该 晶体称为半波片。 3. 四分之一波片 如果该晶体厚度满足光程差： 4 )12()( 0 Kdnn e 为四分之一波长的 奇数倍时，则该晶体称为四分之一波片。 四. 偏振态的检验 自然光 转动 偏振片 无变化 线偏振光 转动 偏振片 明暗交替变化，光强两强两消 入射光 转动 偏振片 自然光、圆偏振光 转动 四分之一波片 两强两消：圆偏振光 无变化：自然光 精品文档 . 入射光 转动 偏振片 光强变化，但无消光：椭圆偏振光