實(shí)驗(yàn)十五-光偏振現(xiàn)象的觀察和檢驗(yàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實(shí)驗(yàn)十五 光偏振現(xiàn)象的觀察和檢驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察光的偏振現(xiàn)象，了解偏振光的種類；2.掌握偏振光的產(chǎn)生及檢驗(yàn)方法；3.了解波片的作用。二、實(shí)驗(yàn)器材氦氖激光光源（1個(gè)），1/2波片（1片），1/4波片（1片），偏振片（2片）    ，底座（4個(gè)），光電轉(zhuǎn)換器（1個(gè)）。三、實(shí)驗(yàn)原理（一）偏振光的種類光是電磁波，光的偏振現(xiàn)象表明光是一種橫波，即電磁振動(dòng)方向與光的傳播方向垂直。光作為電磁波，光波中含有電振動(dòng)矢量和磁振動(dòng)矢量，就光與物質(zhì)的相互作用而言，起主要作用的是電矢量，通常稱電矢量為光矢量。并將光矢量和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為光的振動(dòng)面。

2、根據(jù)光矢量的振動(dòng)狀態(tài)，可以把光分為五種偏振態(tài)，結(jié)合圖15-1認(rèn)識(shí)下面幾種偏振態(tài)的概念：1.自然光：如果在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量的振動(dòng)方向是無規(guī)則地變化著的，且發(fā)生在各個(gè)方向的概率均等，即各個(gè)方向的平均振幅相等,稱此種光為自然光。2.部分偏振光：如果某些方向光矢量的平均振幅較大，某些方向光矢量的平均振幅較小，則稱為部分偏振光。3.線偏振光：如果光矢量沿著一個(gè)固定方向振動(dòng)，則稱此種光為線偏振光或稱平面偏振光。4.橢圓偏振光：光矢量的大小和方向都作規(guī)則的變化，在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，光矢量的矢端運(yùn)動(dòng)軌跡是橢圓，稱此種光為橢圓偏振光。5.圓偏振光：當(dāng)橢圓偏振光中光矢量的大小不變，只是

3、方向作規(guī)則的變化，光矢量的矢端運(yùn)動(dòng)軌跡是圓，稱此種光為圓偏振光。 （二）線偏振光的產(chǎn)生1.用偏振片來獲取線偏振光偏振片是一種具有二向色性的晶體，所謂二向色性是指該晶體對兩個(gè)相互垂直振動(dòng)的光矢量具有不同的吸收本領(lǐng)。當(dāng)自然光通過二向色性晶體時(shí)，其中一方向的振動(dòng)幾乎完全被吸收，則透射出來的光為線偏振光。2.反射和折射產(chǎn)生偏振光根據(jù)布儒斯特定律，當(dāng)自然光以=arctan n的入射角入射到折射率為n的玻璃表面上時(shí)，其反射光為完全的線偏振光，振動(dòng)面垂直于入射面，稱為布儒斯特角。此時(shí)透射光為部分偏振光，如果自然光以角入射到一疊平行玻璃片堆上，則經(jīng)過多次反射和折射，最后從玻璃片堆透射出來的光也接近于

4、線偏振光。（三）波片、橢圓偏振光和圓偏振光如圖15-2所示，從單軸雙折射晶體上平行于光軸方向切下的薄片為波片。當(dāng)一振幅為A的單色偏振光垂直入射到波片時(shí)，若光的振動(dòng)面與波片光軸的夾角為角，則當(dāng)其進(jìn)入波片后分解為振動(dòng)面相互垂直的O光和e光,其振幅分別為：，                             

5、                        開始時(shí)，這兩束光無光程差也無相位差，但由于它們在晶體內(nèi)傳播的速度不相同，即O光和光的折射率(和)不同，因此穿過厚度為d的波片后就產(chǎn)生了光程差  與這一光程差相對應(yīng)的振動(dòng)相位差為 ，式中為入射光在真空中的波長。經(jīng)過波片后光矢量振動(dòng)方程為：， 根據(jù)圖15-2中取光線的方向?yàn)閄軸方向，光軸為Z軸方

6、向，波片后表面為OYZ表面，則， 兩振動(dòng)在OYZ面內(nèi)的合振動(dòng)滿足方程：       （15-1）對于某種單色光，通過控制波片的厚度d，能使光和O光產(chǎn)生不同的光程差。能使光和O光產(chǎn)生1/2波長光程差的波片稱為 1/2  波片；能使光和O光產(chǎn)生1/4波長光程差的波片稱為 1/4  波片；1.1/2  波片的作用1/2波片可以使光和O光產(chǎn)生1/2波長光程差，即，此時(shí)經(jīng)1/2波片透射出來的光振動(dòng)方程（15-1）轉(zhuǎn)換為： 可見，當(dāng)線偏振光光矢以與波片光軸的夾角為的方向入射到1/2波片，在其后面出

7、射的光仍然是線偏振光，其光矢轉(zhuǎn)過了2角。2.1/4 波片的作用1/4片可以使光和O光產(chǎn)生1/4長光程差，即，此時(shí)合振動(dòng)方程（15-1）轉(zhuǎn)換為：                              (15-3) 該方程為橢圓方程，表明線偏振光經(jīng)過1/4波片后一般情況下為橢圓偏振光。但根據(jù)角的不同

8、又分為三種情況：（1）               或    顯然，此時(shí)光經(jīng)過1/4波片后仍為線偏振光。（2）         或  式15-8可以寫成  此時(shí)光經(jīng)過1/4波片后為圓偏振光。 （3）當(dāng)線偏振光經(jīng)過1/4波片后，出射光為橢圓偏振光。 四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）線偏振光的產(chǎn)生與檢驗(yàn)1.打開

9、激光源，在光源前面安裝偏振片A（起偏器），調(diào)節(jié)光源及偏振片高度，讓光源通過偏振片后照射到光電接收器的中心，微安表出現(xiàn)示數(shù)。2.轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，透射出來的光強(qiáng)出現(xiàn)強(qiáng)弱的變化，這是因?yàn)榧す庠窗l(fā)出的是部分偏振光，因此需要轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片至光強(qiáng)最強(qiáng)，即使微安表達(dá)最大讀數(shù)。3.在偏振片前再安裝另外一個(gè)偏振片B(檢偏器），轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器一周觀察電流的變化，把檢偏器調(diào)節(jié)至電流為零的位置即消光位，記下檢偏器上指針?biāo)傅奈恢肂0。（二）觀察線偏振光通過1/2波片后的偏振態(tài)      4.在起偏器和檢偏器之間裝上1/2波片C（相對位置如圖15-4）,轉(zhuǎn)動(dòng)波片使三者消光，即微安表

10、電流為零，記下波片上指針?biāo)傅奈恢肅0。5.轉(zhuǎn)動(dòng)1/2波片，并依次轉(zhuǎn)過15°、30°、45°、60°、90°，對應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器達(dá)到消光，分別記下檢偏器對應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度，把結(jié)果記入表15-1中。6.據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)檢偏器轉(zhuǎn)過角度與起偏器轉(zhuǎn)過角度之間的關(guān)系，說明1/2波片的作用。（三）觀察線偏振光通過1/4波片后的偏振態(tài)      7.取下1/2波片，再次轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器達(dá)到消光位置，并記下檢偏器指針位置。      8.在起偏器和檢偏器之間裝上1/4波片，同樣

11、轉(zhuǎn)動(dòng)波片使三者消光微安表指零，記下波片上指針?biāo)傅奈恢谩?.把1/4波片轉(zhuǎn)過任意角度，完整轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器一周觀察電流變化情況，注意是否有消光位置，然后把1/4波片轉(zhuǎn)回到步驟8中記下的位置。10.以為起點(diǎn)，把1/4波片轉(zhuǎn)過30°，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器一周，每隔45°記錄一次微安表的讀數(shù)，并在表15-2中記錄結(jié)果。11.仍相對于位置，依次把1/4波片轉(zhuǎn)過45°、60°、90°，用步驟10中相同的方法在表15-2中分別記錄檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)一周微安表的讀數(shù)。12.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)1/4波片轉(zhuǎn)過不同角度時(shí)，經(jīng)過波片透射出來的偏振光類型，填入表15-2中。 

12、60;                                          五、數(shù)據(jù)記錄表15-1    1/2波片以C0為起始位置依次轉(zhuǎn)過角度檢

13、偏器以B0為起點(diǎn)相應(yīng)轉(zhuǎn)過的角度     觀察結(jié)果：  表15-2                                       

14、;                          ：1/4波片相對轉(zhuǎn)過的角度：檢偏器B相對轉(zhuǎn)過以下角度所對應(yīng)的光強(qiáng)（光電轉(zhuǎn)換量） 光的偏振類型                             &