偏振与双折射

偏振与双折射第1页，课件共21页，创作于2023年2月提纲实验目的实验原理实验仪器实验内容思考题

第2页，课件共21页，创作于2023年2月实验目的观察与了解光在各向异性晶体中传播时产生的双折射现象和规律观察光的偏振现象，加深对其规律认识了解产生和检验偏振光的器件及仪器掌握一些光的偏振态的鉴别方法和测试技术

第3页，课件共21页，创作于2023年2月实验原理

自然光与偏振光双折射现象二向色性偏振光的检验波片——位相延迟器椭圆偏振光通过检偏器的光强第4页，课件共21页，创作于2023年2月自然光与偏振光自然光：光矢量在垂直于传播方向上的各向分布几率相等；线偏振光（平面偏振光）：光矢量方向不变，大小随相位变化，在垂直于光波传播方向的平面上光矢量端点轨迹是一直线；圆偏振光（或椭圆偏振光）：光矢量是随时间作有规律的改变，光矢量的末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是圆（或者椭圆）；部分偏振光：介于偏振光和自然光之间。第5页，课件共21页，创作于2023年2月当一束光入射到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，这种现象称为双折射双折射现象图1冰洲石的双折射现象

第6页，课件共21页，创作于2023年2月光在某些晶体中传播时，晶体对o光和e光的吸收是不一样的，此特性称为二向色性。利用这一性质可以用来产生线偏振光二向色性图2二向色性第7页，课件共21页，创作于2023年2月起偏器：将自然光变为偏振光的器件；检偏器：用于检验偏振光的器件。偏振光的检验若线偏振光之光矢量A与主平面的夹角为θ，如图3所示，用矢量分解法，我们可以得到o光和e光的电矢量Ao和Ae（注意：起偏器和检偏器都可以由偏振片来制作）：图3马吕斯定律第8页，课件共21页，创作于2023年2月o光和e光之光强分别为检验：两个偏振片的透光轴夹角为θ，自然光垂直入射。通过起偏器后，变为线偏振光，其振幅为A。通过检偏器后，仍然为线偏振光，但其偏振面转过了θ角，其振幅为Ae（随θ变）图4偏振光检验第9页，课件共21页，创作于2023年2月波片：由双折射晶体制成的平板状光学元件，其光轴平行于表面，也称位相延迟器。波片——位相延迟器如图5所示，一平面偏振光垂直入射，光矢量A向上，与光轴夹角为θ。则入射光在晶片表面即分解为o光和e光，均沿原方向传播。在晶片中，其传播速度是不同的。因此o光和e光通过晶片的时间可表示为：图5波片第10页，课件共21页，创作于2023年2月这样二光线通过晶片就会有一个时间差，进而导致光程差，其对应的位相差可表示为：由上式我们可以将波片分类如下：第11页，课件共21页，创作于2023年2月椭圆偏振光的得到：光通过起偏器后成为线偏振光。λ/4波片的光轴与起偏器的光轴夹角只要不是、、。则此线偏振光通过波片C后就是椭圆偏振光。

椭圆偏振光通过检偏器的光强P1、P2

和λ/4波片C之光轴如图6分布。经过P1后得到的线偏振光的光矢量振幅为A，在波片入射面上将被分解为e光和o光，则:图6光矢量分解图第12页，课件共21页，创作于2023年2月Ae、Ao通过λ/4波片C后将产生一位相差通过C之后的Ae、Ao只有与P2通光面平行之分量Aee，Aoe才能通过P2，故有：

考虑到Aee与Aoe有一恒定位相差，因此它们能够产生干涉现象，合成后的光矢量A2为：第13页，课件共21页，创作于2023年2月实验仪器

本实验在防震光学平台上进行。重要仪器和器材有：激光器、偏振光实验系统、光电信号检测仪。偏振光实验系统中的各种光学器件如：冰洲石（亦名方解石，为负单轴晶体），定光轴冰洲石，起偏器，检偏器，可调分束角棱镜（用来观察光的分束现象）,1/2波片、1/4波片,托架。第14页，课件共21页，创作于2023年2月实验内容

观察光学各向异性晶体中的双折射现象观察o、e双输出的偏振态，可调分束角光强I与（两偏振器的）夹角θ的关系判别λ/4波片与λ/2波片偏振光态势变换观测椭圆偏振光通过检偏器的光强第15页，课件共21页，创作于2023年2月研究透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角θ的关系

光强I与（两偏振器的）夹角θ的关系1）将激光束，偏振棱镜调至等高、同轴；2）转动检偏器P2使其与起偏器P1透光轴方向平行，此时光检测器示值最大。在两偏振器透光轴夹角θ分别为，，，，，，，，，，时，测量透射光强I。用极坐标作I－θ曲线，用直角坐标纸作I－曲线，并作分析。第16页，课件共21页，创作于2023年2月判别λ/4波片与λ/2波片在正交偏振器光路中，分别插入λ/4波片和λ/2波片，首先转动波片使屏幕上仍然变黑。再转动波片，若为λ/4波片，则通过波片后为圆偏振光。转动检偏器，光屏上亮斑亮度不变。若为λ/2波片，则通过波片后仍然是线偏振光，但振动面转过，光屏上显示为亮斑，若将检偏器转动，则光屏变黑（为什么）。提示操作过程：

第17页，课件共21页，创作于2023年2月平面偏振光变换为圆偏振光、椭圆偏振光。圆偏振光、椭圆偏振光变换为平面偏振光。偏振光态势变换操作提示：承接判别λ/4波片与λ/2波片的实验内容，考虑到λ/4波片的特点第18页，课件共21页，创作于2023年2月1）将激光束，λ/4波片，偏振棱镜调至等高、同轴，光路如图7所示

观测椭圆偏振光通过检偏器的光强3）插入λ/4波片C，转动C，使C与P1、P2中的一个偏振器通光面平行。缓慢转动C一周，观测C的光轴与P1（或P2）透光轴夹角改变时光强变化图7椭圆偏振光检测2）转动P2，将P1、P2调至正交，光屏上无光斑第19页，课件共21页，创作于2023年2月5）转动P2一周，先观察探测器反映的光强变化；确定光强的极大值和极小值（即椭圆的长轴和短轴）位置。然后以极大值处为起始点（）。测量之关系。每测量1个点。用极坐标作

曲线，并分析实验结果。4）将λ/4波片C置于正交偏振器P1、P2中，使C光轴与P1透光轴平行，光屏上应消光（可略为转动C观察），转动波片C，使，此时椭圆长轴方向就在1/4波片C的光轴上了（为什么）第20页，课件共21页，创作于2023年2月思考题

怎么用实验方法来区分自然光、圆偏振光、椭