實(shí)驗(yàn)11偏振現(xiàn)象的觀測與分析（2）

1、實(shí)驗(yàn)11 偏振現(xiàn)象的觀測與分析（2）實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察光的偏振現(xiàn)象，加深對偏振光的了解。掌握產(chǎn)生和檢驗(yàn)偏振光的原理和方法。實(shí)驗(yàn)儀器氦氖激光器，偏振片， 波片，玻璃片和支架。實(shí)驗(yàn)原理光波的振動方向與光波的傳播方向垂直。自然光的振動在垂直與其傳播方向的平面內(nèi)，取所有可能的方向，某一方向振動占優(yōu)勢的光叫部分偏振光，只在某一個(gè)固定方向振動的光線叫線偏振光或平面偏振光。將非偏振光（如自然光）變成線偏振光的方法稱為起偏，用以起偏的裝置或元件叫起偏器。平面偏振光的產(chǎn)生（）非金屬表面的反射和折射光線斜射向非金屬的光滑平面（如水、木頭、玻璃等）時(shí)，反射光和折射光都會產(chǎn)生偏振現(xiàn)象，偏振的程度取決于光的入射角及反射物質(zhì)的

2、性質(zhì)。當(dāng)入射角是某一數(shù)值而反射光為線偏振光時(shí)，該入射角叫起偏角。起偏角的數(shù)值與反射物質(zhì)的折射率的關(guān)系是 （5101）稱為布如斯特定律，如圖5101所示。根據(jù)此式，可以簡單地利用玻璃起偏，也可以用于測定物質(zhì)的折射率。從空氣入射到介質(zhì)，一般起偏角在53度到58度之間。非金屬表面發(fā)射的線偏振光的振動方向總是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多層玻璃組合成的玻璃堆，能得到很好的透射線偏振光，振動方向平行于入射面的。（）偏振片分子型號的偏振片是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長鏈形結(jié)構(gòu)的分子，這些分子平行地排列在同一方向上。這種膠膜只允許垂直于分子排列方向的光振動通過，因而產(chǎn)生線偏振光，如圖51

3、02所示。分子型偏振片的有效起偏范圍幾乎可達(dá)到180度，用它可得到較寬的偏振光束，是常用的起偏元件。鑒別光的偏振狀態(tài)叫檢偏，用作檢偏的儀器叫或元件叫檢偏器。偏振片也可作檢偏器使用。自然光、部分偏振光和線偏振光通過偏振片時(shí)，在垂直光線傳播方向的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)偏振片時(shí)，可觀察到不同的現(xiàn)象，如圖5103所示，圖中表示旋轉(zhuǎn)，光強(qiáng)不變，為自然光；表示旋轉(zhuǎn)，無全暗位置，但光強(qiáng)變化，為部分偏振光；表示旋轉(zhuǎn)，可找到全暗位置，為線偏振光。圓偏振光和橢圓偏振光的產(chǎn)生平面偏振光垂直入射晶片，如果光軸平行于晶片的表面，會產(chǎn)生比較特殊的雙折射現(xiàn)象。這時(shí)，非常光和尋常光的傳播方向是一致的，但速度不同，因而從晶片出射時(shí)會產(chǎn)生相

4、位差 （5102）式中表示單色光在真空中的波長，和分別為晶體中光和光的折射率，為晶片厚度。（）如果晶片的厚度使產(chǎn)生的相位差，k=0，1，2，這樣的晶片稱為1/4波片。平面偏振光通過1/4波片后，透射光一般是橢圓偏振光；當(dāng)=/4時(shí)，則為圓偏振光；當(dāng)或/2時(shí)，橢圓偏振光退化為平面偏振光。由此可知，1/4波片可將平面偏振光變成橢圓偏振光或圓偏振光；反之，它也可將橢圓偏振光或圓偏振光變成平面偏振光。（）如果晶片的厚度使產(chǎn)生的相差，k=0，1，2，這樣的晶片稱為半波片。如果入射平面偏振光的振動面與半波片光軸的交角為，則通過半波片后的光仍為平面偏振光，但其振動面相對于入射光的振動面轉(zhuǎn)過角。平面偏振光通過檢

5、偏器后光強(qiáng)的變化強(qiáng)度為的平面偏振光通過檢偏器后的光強(qiáng)為 （5103）式中，為平面偏振光偏振面和檢偏器主截面的夾角，（5103）式為馬呂斯（Malus）定律，它表示改變角可以改變透過檢偏器的光強(qiáng)。當(dāng)起偏器和檢偏器的取向使得通過的光量極大時(shí)，稱它們?yōu)槠叫校ù藭r(shí)= 0度）。當(dāng)二者的取向使系統(tǒng)射出的光量極小時(shí)，稱它們?yōu)檎唬ù藭r(shí)= 90度）。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容起偏將激光束投射到屏上，在激光束中插入一偏振片，使偏振片在垂直于光束的平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，觀察透射光光強(qiáng)的變化。消光在第一塊偏振片和屏之間加入第二塊偏振片，將第一塊偏振片固定，在垂直于光束的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)第二塊偏振片，觀察現(xiàn)象。三塊偏振片的實(shí)驗(yàn)使兩塊偏振片處于消光位置

6、，再在它們之間插入第三塊偏振片，這時(shí)觀察第三塊偏振片在什么位置時(shí)光強(qiáng)最強(qiáng)，在什么位置時(shí)光強(qiáng)最弱。布儒斯特定律（）如圖5104所示，在旋轉(zhuǎn)平臺上垂直固定一平板玻璃，先使激光束平行于玻璃板，然后使平臺轉(zhuǎn)過角，形成反射和透射光束。（）使用檢片器檢驗(yàn)反射光的偏振態(tài)，并確定檢偏器上偏振片的偏振軸方向。（）測出起偏角，按（5101）式，計(jì)算出玻璃的折射率。圓偏振光和橢圓偏振光的產(chǎn)生（）按圖5105所示，調(diào)整偏振片和的位置使通過的光消失，然后插入一片1/4波片C1（注意使光線盡量穿過元件中心）。（）以光線為軸先轉(zhuǎn)動C1消光，然后使轉(zhuǎn)360度觀察現(xiàn)象。（）再將C1從消光位置轉(zhuǎn)過30度、45度、60度、75度、90度，以光線為軸每次都將轉(zhuǎn)360度觀察并記錄現(xiàn)象。圓偏振光、自然偏振光與橢圓偏振光和部分偏振光的區(qū)別由偏振理論可知，一般能夠區(qū)別開線偏振光和其它狀態(tài)的光，但用一片偏振片是無法將圓偏振光與自然光，橢圓偏振光與部分偏振光區(qū)別開的，如果再提供一片1/4波片C2