偏振光的观测和检验精品资料

1、【实验目的】1观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解2掌握产生和检验偏振光的原理和方法3观察光的旋光现象，学习用旋光仪测定糖溶液的浓度。【实验仪器】氦氖激光器， 偏振片 ( 或尼科耳棱镜 ) ，半波片， 1 4 波片，硅光电池，灵敏电流计，减光板，玻璃片【实验原理】能使自然光变成偏振光的装置或器件称为起偏器 用来检验偏振光的装置或器件称为检偏器实际上，能产生偏振光的器件，同样可用作检偏器1平面偏振光的产生(1) 由反射和折射产生偏振自然光在透明介质( 如玻璃 ) 上反射或折射时， 其反射光和折射光为部分偏振光当入射角为布儒斯特角( 即：入射角满足， 为透明介质折射率) 时反射光接近于完全偏振光，

2、其偏振面垂直于入射面(2) 由二向色性晶体的选择吸收产生偏振有些晶体 ( 如电气右、人造偏振片 ) 对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收本领，称为二向色性 当自然光通过二向色性晶体时， 其中一部分的振动几乎被完全吸收，而另一部分的振动几乎没有损失， 因此，透射光就成为平面偏振光 利用偏振片可以获得截面较宽的偏振光束， 而且造价低廉， 使用方便 但偏振片的缺点是有颜色，光透过率稍低(3) 由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光(o光、e 光) ，并以不同的速度在晶体内传播， 可用某一方法使两束光分开， 除去其中一束， 剩余的一束就是平面偏振光

3、 尼科耳 (Nicol) 棱镜是这类元件之一 它由两块经特殊切割的方解石晶体， 用加拿大树胶粘合而成 偏振面平行于晶体的主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反射而被除掉2圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图 1 所示，当振幅为A 的平面偏振光垂直入射到表面平行于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 幅 分 别 为和，它们的位相相同在晶片中，o 光与 e 光传播方向相同，由于传播速度不同，经过厚度为d 的晶片后，o 光与 e 光之间将产生位相差：其中表示光在真空中的波长，和分别为晶体中o 光与 e 光的折射率

4、图 1晶片称为(1) 如果晶片的厚度使产生的位相差1 4 波片平面偏振光通过1 4，这样的波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光换言之， 1 4 波片可将平面偏振光变成椭圆或圆偏振光，也可将椭圆与圆偏振光变成平面偏振光(2) 如果晶片的厚度使产生的位相差称为半波片若 入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的夹角为片 后 的 光 仍 为 平面 偏振光，但其振动面相对入射光的振动面转过角3平面偏振光通过检偏器后光强的变化强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为，这样的晶片，则通过半波其中为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，上述关系称为马吕斯(Malus

5、) 定律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量最大时，称它们为平行 ( 此时) 当两者的取向使得系统射出的光量最小时，称它们为正交(此时)4单色平面偏振光的干涉如图 2(a) 所示，一束自然光经起偏器( 尼科耳棱镜或偏振片)N1 后，变成振幅为A 的平面偏振光，再通过晶片K 射到检偏器N2 上图 2(b) 表示透过N2 迎着光线观察到的振动情况，其中、及分别表示起偏器的主截面、检偏器的主截面和晶片的光轴在同一平面上的投影，和分别为N1、 N2 的主截面与晶片的光轴的夹角从晶片透过的两平面偏振光的振幅分别为：它们的位相差为穿过 N2 后，只存在振动平面平行于N

6、2 主截面的分量和，其大小为可见这两束光是同频率、 不等振幅、振动平面在同一平面内的相干光 因此，透射光的光强 ( 按双光束干涉的光强计算方法 ) 为式中，它是从起偏器N1 透射的平面偏振光的光强，从上式可以看出：(1)当(或)或时，即透射光强只与N1、 N2 两主截面的交角的余弦平方成正比，和没有晶片时一样(2)当 N1、 N2 正交时，则如果晶片是半波片， 则，当等于干涉；当等于的偶数倍时，旋转一周时，视场内将出现四次消光现象的奇数倍时，即有光透过N2，发生相长，无光透过， 发生相消干涉 由此可见， 当半波片(3)当 N1与N2 平行时，于是有可以看出，这时透过的光强恰与N1、 N2 正交

7、时互补图 2（a）图 2(b)【实验内容】1偏振片主截面的确定将一背面涂黑的玻璃片G立在铅直面内，激光器L 射出的一细光束沿水平方向入射到玻璃片上，G的反射光为偏振面垂直于入射面的平面偏振光，使G 的反射光垂直射人偏振片N，以反射光的方向为轴旋转偏振片N，从透过光强度的变化和反射光的偏振面，可以确定偏振片的主截面，即透过光强极大时偏振片的主截面和反射光的偏振面一致并在偏振片上标记其主截面的方向2验证马吕斯定律使激光器L 射出的光束， 穿过起偏器N1 和检偏器N2 射到硅光电池Pc 上，使 N1、N2 正交，记录灵敏电流计上的示值将偏振器每转一角度() 记录一次， 直至转动为止重复以上过程几次3

8、考察半波片对偏振光的影响(1) 调 N1、N2 为正交，在 N1、N2 间和 N1 平行放置半波片， 以光线方向为轴将波片转，记录出现消光的次数和相对应于N2的位置 (角度 ) (2) 使 N1 和 N2 正交，半波片的光轴和N1 的主截面成() 角，转 N2 使之再消光，记录 N2 位置改变角，每次增加，同上测量直至等于4椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检验实验装置同上，将半波片换成1 4 波片(1) 使 N1、 N2 正交，以光线方向为轴将波片转，记录观察到的现象(2) 使用起偏器 N1 和 14 波片产生椭圆偏振光， 旋转检偏器 N2 观察光强的变化 记录波片光轴相对 N1 主截面的夹角，以

9、及转动 N2 光强极大、极小时主截面与波片光轴的夹角 取不同值重复观测(3) 使用 N1 和 1 4 波片产生圆偏振光 ( 应怎样安置 1 4 波片 ?) ，旋转 N2，进行观测并记录(4) 为了区分椭圆偏振光和部分偏振光、圆偏振光和自然光，要在检偏器前再加一个 1 4 波片去观测，注意14 波片的放置(5) 设计一实验方案 ( 原理和步骤 ) ，说明如何应用一个 1 4 波片和一个检偏器， 去判断椭圆偏振光的旋转方向5注意事项(1) 应用光电池记录光强时， 灵敏电流计应选用低内阻型 读数时，应注意扣除环境杂散光产生本底电流的影响 若光电流测量值范围过大时， 用分流电路（参见硅光电池线性响应实验） 可避免因改变电流计的量程，影响电流计的内阻和测量灵敏度，保证电流计低内阻 R不变(2) 在观察和讨论波片对偏振光的影响时， 准确地确定起偏器 N1 的主截面与波片的夹角是很重要的 而实际使用的波片， 光轴方向定位不够准确， 为此