实验讲义偏振与双折射实验

实验讲义偏振与双折射实验第1页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验原理第2页，共27页，2023年，2月20日，星期六§1偏振光与自然光1.光的偏振现象：偏振是横波特有的现象，如机械横波：

缝阑转900后波不能通过——

偏振现象.如光波能发生这种现象，就是横波。实验1：演示

观察太阳光，看到偏振片透明，将偏振片转过900后，问题：

光波是不是横波？!偏振化方向情况不变。偏振片第3页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验2：演示偏振片透明偏振片全黑（消光现象）B

绕轴旋转，强度发生变化说明了光波是横波！问题：如何解释实验1、2？实验1：转过900后，偏振片仍然透明。第4页，共27页，2023年，2月20日，星期六2.自然光与偏振光偏振光线偏振光（完全偏振光）部分偏振光

椭圆（圆）偏振光（1）线偏振光：光矢量在一个确定的平面内

沿一个确定的振动方向振动。（2）部分偏振光：各个振动方向都有，但有一个方向占优势。Þ光振动方向与画面平行光振动方向与画面垂直部分偏振光第5页，共27页，2023年，2月20日，星期六（3）椭圆（圆）偏振光：

一个振动方向，但振动方向随时间变化（变化沿椭圆）Þ椭圆（圆）偏振光

（4）自然光（非偏振光）传播方向实际的光源中许多原子同时

跃迁独立发光，振动方向各

不相同，但机会均等。

自然光可分解为两个垂直的、振幅相等的独立光振动。第6页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验1：实验2:偏振片透明偏振片全黑B绕轴旋转，强度发生变化偏振片透明绕轴旋转900，情况不变。现在可以解释实验1、2了这是因为入射光是自然光。入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。第7页，共27页，2023年，2月20日，星期六利用选择吸收获得线偏振光起偏器检偏器偏振片的起偏与检偏作用偏振化方向3.如何由自然光获得线偏振光？第8页，共27页，2023年，2月20日，星期六§2马吕斯定律研究透射光的强度a=20cosII10若自然光在a

的前方强度是I0

，则过a

后的强度是(I0

2)20由马吕斯定律知讨论第9页，共27页，2023年，2月20日，星期六§3光的双折射现象1.晶体对光的双折射现象0光：寻常光线， 遵循折射定律e光：非常光线， 不遵循折射定律方解石CaCO32.双折射现象产生的原因

各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射对O

光：一个折射率对e光：无数个折射率但CaCO3等类各向异性晶体CaCO3第10页，共27页，2023年，2月20日，星期六3.几个概念（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。（3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。注意：重点研究：入射光在主截面内的情况

10

o

光

e

光的主平面不一定相同

o光的振动方向

o光的主平面

e光的振动方向//e光的主平面入射光在主截面内，则o、e光在主截面内。

o、e光主平面就与主截面为同一平面。

o

光振动方向

e光振动方向20主平面，主截面不一定相同。第11页，共27页，2023年，2月20日，星期六（4）负晶体负晶体enn³0evv£0,n0常数在垂直于光轴的方向上：(min)(max)eenvÞ(min)en晶体的主折射率vcn=ne变化负晶体第12页，共27页，2023年，2月20日，星期六4.用惠更斯原理解释双折射现象重要！第13页，共27页，2023年，2月20日，星期六5.

利用双折射获得线偏振光（1）尼科尔棱镜方解石加拿大树胶551.=n（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到o光）eoe（用方解石粘结而成，得到

e

光）第14页，共27页，2023年，2月20日，星期六为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆

§4波晶片1.椭圆偏振光与圆偏振光的产生回顾互相垂直的机械振动的合成为直线为椭圆为正椭圆k为偶数，振动方向不变。k为奇数振动方向改变2

。A1=A2为圆第15页，共27页，2023年，2月20日，星期六若相同，恒定，振动方向互相垂直，且p¹jDk合振动为任一椭圆正椭圆圆10自然光在双折射晶体中产生的o

光、e

光叠加，能否产生椭圆偏振光？20由线偏振光在双折射晶体中分成的

o光、e光

可能

产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有

恒定位相差。对光振动：不能！出射光仍为自然光。讨论第16页，共27页，2023年，2月20日，星期六获得椭圆和圆偏振光的光路图光轴第17页，共27页，2023年，2月20日，星期六*k

时晶片出来的光是椭圆偏振光，

*

=k

时，(k=1,2…)仍为线偏振光。k为偶数，振动方向不变。k为奇数振动方向改变2

。AA0Aea光轴主平面=450

时，Ae=A0，是圆偏振光。

0光e光从b面出射时，光程差和位相差分别为：第18页，共27页，2023年，2月20日，星期六2.波晶片：（1）

/2

波片：晶片的厚度为

d

，使光程差为/2。符合入射光是线偏振光时，从/2

波片中出来（2）/4

波片：晶片的厚度为

d

，使光程差为/4。符合入射光是线偏振光时，从

/4

波片中出来是（1/2波片1/4波片）仍是线偏振光。椭圆偏振光。第19页，共27页，2023年，2月20日，星期六20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、

而椭圆和圆偏振光两垂直成分有恒定相位差。40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4波片的光

轴时）经1/4波片后，两垂直成分位相差为

10

/2

波片、/4

波片是对一定的而言的。30自然光、部分偏振光通过/2

、/4

波片仍然是

自然光或部分偏振光。讨论出来的是线偏振光第20页，共27页，2023年，2月20日，星期六3.偏振光的干涉研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉

偏振片P2

附加位相差从C出射的

o光、e

光通过P2后才会产生通常意义下的干涉。从C

出射的o光、e

光能否产生干涉？

P1、P2

两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：不能！O光、e光振动方向互相垂直，不是相干光。负晶体第21页，共27页，2023年，2月20日，星期六*晶面上O光、

e光的位相相同。*从晶体中出来后，O光、

e光位相差为*偏振片P2

附加位相差。第22页，共27页，2023年，2月20日，星期六

从

P2

出来的光强：第23页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验仪器冰洲石激光器偏振片1/4波片

1/2波片激光接收器数字光电检流计注意事项1.眼睛请勿直视激光。2.每个器件非常昂贵，请务必小心。第24页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验内容1、观察光学各向异性晶体中的双折射现象2、验证马吕斯定律3、判别/2

波片、/4

波片4、观测椭圆偏振光通过检偏器的光强第25页，共27页，2023年，2月20日，星期六实验内容2、4的光路示意图