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1、实验七 偏振现象的观测与分析一、 实验目的1 观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；2 掌握产生和检验偏振光的原理和方法。二、 实验仪器 氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜三、 实验原理1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称检偏器。按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差，当k （k0，1，）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当（2k1）/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 k
2、和（2k1）/2 时则为椭圆偏振光。如图1所示。自然光：部分偏振光：线偏振光：图1 （其中点表示垂直于纸面振动的光，直线为平行于纸面振动的光） 2 偏振片：对某一方向的光有强烈的吸收，而对与之垂直的光振动则吸收很少，这样的波片称偏振片。因此偏振片基本上只允许某一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。3 由晶体双折射产生偏振 一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o光，一束e光。O光遵从折射定律，e光不遵从折射定律。 光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。 主平面：由光线和光轴组成的平面。O光的光振动垂直与主平面，e光的光振动在主平面内。
3、4 半波片的原理如图（2）所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振动分别为Asin 和Acos，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度，因此，经过厚度为d的晶片后，o光和e光之间将产生相差。而且有： 式中表示光在真空中的波长，no和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。若晶片的厚度使产生的相差（2k1），k0，1，2，这样的晶片称为半波片。四、 实验步骤1、 固定N1转动N2，观察白屏上出现的现象；2、 调节N1和N2正交，在N1, N2间平行放置半波片，以光线方向为轴将半波片
4、转360度，记录出现消光的次数和相对N2的位置；3、 使N1, N2正交，半波片的光轴和N1成(10或15)角，转动N2使之再次消光，记录N2的位置，改变角，每次增加10或15，同上测量，直至90；4、 记录以上步骤中所观察的现象。五、 问题与讨论1、 起偏器和检偏器是不同的器件吗？2、 半波片和半波带有什么区别？波片，原理是双折射，作用是旋转入射偏振光的偏振方向。入射到波片上的光如果与波片光轴夹角为，那么出射光相对入射光旋转2。因此如果光轴和起偏器的偏振轴平行，过了起偏器，偏振方向就是光轴方向，透过的光偏振不改变（=0，那么2=0）所以由于光轴和起偏器的偏振轴平行，这里半波片等于没起作用。
5、光的偏振实验中，如果在一组相互正交的偏振片之间插入一块半波片，使其光轴和起偏器的偏振轴平行，则透过检偏器的光斑还是暗的。因为经过起偏器后的线偏振光的偏振方向与波片光轴平行，与波片光轴垂直方向没有分量，此时不发生双折射效应，经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，所以消光。将检偏器旋转90度后，光斑的亮暗有变化，变亮，因为经过波片后仍然是原方向振动的线偏振光，检偏器旋转90度后正好与线偏振光振动方向一致。这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或
6、者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象.光的偏振最早是牛顿在17041706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在18651873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象 .按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直。实际中最常见的光的偏振态大体为五种，即自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏娠光和椭圆偏振光。自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面
7、内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。偏振光在科研和生活各个方面得到了广泛的应用。例如利用透振方向与线偏振光振动方向垂直的检偏器会使线偏光消光的特点所设计汽车的前灯和前窗玻璃，既可看清自己车灯发出的光，又可消除迎面来车的灯光；利用线偏振光通过旋光物质后，偏振光的振动面会发生旋转这个特性制作的旋光计可以用来测量糖溶液的浓度；在广泛使用的计算器、液晶显示器所采用液晶显示技术中也利用到了光的偏振。
