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1、偏 振 现 象 的 观 察 与 分 析,大 学 物 理 实 验,【实验目的】1、观察光的偏振现象, 加深对理论知识的理解。2、了解产生和检验偏振光的原理和方法及使用的元件。,【实验仪器】氦氖激光器 偏振片 1/2波片 1/4波片 硅光电池照度计 玻璃片 支架,【实验原理简介】,光的波动的形式在空间传播属于电磁波，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。,（2）部分偏振光,在某一方向振动占优势的光称为部分偏振光.,（1） 自然光,振动在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，而
2、且没有一个方向占优势的光称为自然光。（非偏振光）,符号表示,部分偏振光的表示法,（3）线偏振光或平面偏振光,只在某一固定方向振动的光称为线偏振光或平面偏振光。,光波电矢量随时间作有规则的改变，且电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆形或椭圆形的光为圆或椭圆偏振光.它们都可以看作是两个振动面相互垂直的、有一定相位差的线偏振光的叠加。,(4）圆偏振光和椭圆偏振光,振动面,光矢量,传播方向,符号表示,平面偏振光的产生,（1）非金属表面的反射和折射 光线斜射向非金属的光滑表面如水、玻璃等时，反射光和折射光都会产生偏振现象，偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。当入射角 满足关系：,时，反射
3、光为平面偏振光。此时入射角 称为起偏角，n为反射物质的折射率。,布如斯特定律,起偏示意图：,自然光I0,偏振化方向 (透光方向),（2）偏振片产生平面偏振光,产生偏振光的光学器件称为起偏器。常见的起偏器：偏振片,偏振片：涂有二向色性材料的透明薄片。它允许透过某一电矢量振动方向的光（此方向称为偏振化方向），而吸收与其垂直振动的光。,检 偏,偏振片,平面偏振光通过检偏器后光强的变化,平面偏振光通过检偏器后光强的变化,P1和P2分别表示起偏器和检偏器的偏振化方向，夹角为。,当为0 时（平行），透射光最大；当为/2时（垂直），透射光强为零。,I2=I1cos2马吕斯定律,其中只有平行于P2的分量可以通
4、过检偏器。透过检偏器的光强为,令A1为通过起偏器的振幅，将A1 分解为A1cos和A1sin，,平面偏振光通过检偏器后光强的变化,P1的透振方向,P2的透振方向,平面偏振光通过检偏器后光强的变化,A1和A2分别表示起偏器和检偏器的偏振化方向，夹角为。令A1为通过起偏器的振幅，将A1 分解为A1cos和A1sin，其中只有平行于检偏振A2分量可以通过检偏器。透过检偏器的光强为I2=I1cos2马吕斯定律,当为0 时（平行），透射光最大；当为/2时（垂直），透射光强为零。,平面偏振光垂直入射波片时，会产生双折射现象。在波片内入射光分解为寻常光o 光和非常光e 光，他们的传播方向一致，速度不同，从波
5、片出射时会产生相位差。,圆偏振光和椭圆偏振光的产生,当 时，晶体称为半波片。如果入射平面偏振光的振动方向与半波片光轴的交角为，则从波片透射出的光仍为平面偏振光，但其振动方向相对于入射光的振动方向转过2角。,当 时，晶体称为1/4波片。一般从1/4波片透射出的光为椭圆偏振光，但是，当其振动方向与波片的光轴夹角为 =0 或=/2时，透射光为平面偏振光；当其振动方向与波片的光轴夹角为 =/4，透射光为圆偏振光。,【实验内容与步骤】,1、偏振片产生偏振光。,步骤：（1）调节激光器底座，使激光器发出的光束平行光学平台；（2）在激光束中插入一偏振片，注意调节光学元件使光线 尽量穿过元件中心，使偏振片在垂直
6、于光束的平面内转动， 观察透射光光强的变化。,2、验证马吕斯定律,使N1N2正交，记录照度计上的示值，将检偏器N2每转一角度（100）记录一次，直至转动900为止，重复3次。数据表格如下：,作光强 I 随cos2 的变化图，验证马吕斯定律。注意： 为起偏器N1 的偏振化方向和检偏器N2的偏振化方向的夹角。 N1N2正交时900,3、考查1/4波片对偏振光的影响,（1）使用图4装置，调N1、N2正交使通过的光消失，在N1、N2间和N1平行放置1/4波片；（2）以光线方向为轴转动波片消光；（3）转动N2 3600，观察并记录现象；（4）再将1/4波片从消光位置转过30度、45度、60度、75度、90度，以光线方向为轴每次将N2转3600,记录观测到的现象，记录光强最大值和最小值。,用1/4波片观察光强变化表,四 注意事项 1、激光器需预热半小时。 2、调节各光学元件的等高共轴。五 实验思考 1两片1/4波片组合，能否做成半波片？,
