偏振光的觀測(cè)與研究

實(shí)驗(yàn)三十偏振光的觀測(cè)與研究138實(shí)驗(yàn)三十偏振光的觀測(cè)與研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.觀察光的偏振現(xiàn)象,加深偏振的基本概念。了解偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法。觀測(cè)布儒斯特角及測(cè)定玻璃折射率。觀測(cè)橢圓偏振光和圓偏振光。二、實(shí)驗(yàn)儀器光具座、激光器、光電檢流計(jì)(以上由實(shí)驗(yàn)室自備,我廠亦可代配)、偏振片、1/4波片、光電轉(zhuǎn)換裝置、觀測(cè)布儒斯特角裝置、鈉光燈。三、實(shí)驗(yàn)原理按照光的電磁理論,光波就是電磁波,電磁波是橫波,所以光波也是橫波。因?yàn)樵诖蠖鄶?shù)情況下,電磁幅射同物質(zhì)相互作用時(shí),起主要作用的是電場(chǎng),所以常以電矢量作為光波的振動(dòng)矢量。其振動(dòng)方向相對(duì)于傳播方向的一種空間取向稱為偏振,光的這種偏振現(xiàn)象是橫波的特征。根據(jù)偏振的概念,如果電矢量的振動(dòng)只限于某一確定方向的光,稱為平面偏振光,亦稱線偏振光;如果電矢量取隨時(shí)間作有規(guī)律的變化,其末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓(或圓),這樣的光稱為橢圓偏振光(或圓偏振光);若電矢量的取向與大小都隨時(shí)間作無規(guī)則變化,各方向的取向率相同,稱為自然光;若電矢量在某一確定的方向上最強(qiáng),且各方向的電振動(dòng)無固定相位關(guān)系,則稱為部分偏振光。偏振光的應(yīng)用遍及于工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國(guó)防等部門。利用偏振光裝置的各種精密儀器,已為科研、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的檢驗(yàn)等,提供了極有價(jià)值的方法。(一)獲得偏振光的方法n璃、水等)上,反射光與折射光都將成為部分偏振光。當(dāng)入射角增大到某一特定值φφ,稱為布儒斯特角,也稱起偏振角,由布儒斯特定律得:tgφ0=n(1)其中,n為折射率片上時(shí),經(jīng)過多次反射后透過的光就近似于線偏振光,其振動(dòng)在入射面內(nèi)。晶體雙折射產(chǎn)生的尋常光(O光)和非常光(e光),均為線偏振光。(二)偏振光、波長(zhǎng)片及其作用偏振片偏振片是利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性,將其滲入透明塑料光,由于在應(yīng)用時(shí)起的作用不同而叫法不同,用來產(chǎn)生偏振光的偏振片叫做起偏器,用來檢驗(yàn)偏振光的偏振片叫作檢偏器。I0I=I0cos2θ(2)139θIθ=0°θ=90°0°<θ<90°1波長(zhǎng)片當(dāng)線偏振光垂直射到厚度為L(zhǎng);表面平行于自身光軸的單軸晶片時(shí),則尋常光(O光)和非常光(e光)沿同一方向前進(jìn),但傳播的速度不同。這兩種偏振光φφ=2π/λ(n0-ne)L(3)其中,λ,n0neoe光的折射率,Loe光的振動(dòng));X=AesinωtY=Aosin(ω+φ)tX2/Ae2+Y2/Ao2+2XY/AeAoCosφ=sin2φ(4)由此式可知:φ=KX(K=0、1、2、……)時(shí),為線偏振光。φ=(K+1/2π)(K=0、1、2A0=Ae(3)φoe光產(chǎn)生相位φ=(2K+1)π(λ/2分之一波片(λ/2oeφ=(2K+1/2)π(相當(dāng)λ/4(λ/4)6328?(He—Ne2Aλ/4θoeAsinθAcosθ,所以通過λ/4θ(1)θ=0°時(shí),獲得振動(dòng)方向平行于光軸的線偏振光。(2)θ=λ/2獲得振動(dòng)方向垂直于光軸的線偏振光。(3)θ=λ/4,Ae=Ao獲得圓偏振光。(4)θλ/4測(cè)量3φI=A12cos2φ+A22sin2φφ=Kπ,I=Imax=A12,φ=(2K+1)π/2,I=Imin=A22,之比為(5)140Imax四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟(一)起偏與檢偏鑒別自然光與偏振光P1,P1,變化情況。P1P2P1P2,360°,觀察光屏上光斑強(qiáng)度的變化情況。有幾個(gè)消光方位?P2P2,10°相應(yīng)的光電流值,共180°,I0~cos2θ測(cè)定玻璃折射率1.P1P1φ1。2.P1,使其透過方向在入射面內(nèi)。重φ2,φ0=φ2-φ1。3.P1,P2,P2,觀察反射光的偏振狀態(tài)。(三)觀測(cè)橢圓偏振光和圓偏振光1.P1P2P2P1P2λ/4P2上仍處于消光狀態(tài)。用硅光電池(及光點(diǎn)檢流計(jì)組成的光電轉(zhuǎn)換器)取代光屏。2.P120°P2P2三次,求平均值。3.P1,P1λ/430°、45°、60°、75°、90°P22透出光的強(qiáng)度變化。(四)考察平面偏振光通過1/2波片長(zhǎng)時(shí)的現(xiàn)象按圖在光P起偏器,A檢偏器,P、A是偏振片或尼科耳,S鈉光燈,C—11/24圖2圖3141PA平。(此時(shí)應(yīng)觀察到消光現(xiàn)象)。(2)P、A1/2(C—1)C—1360°,能看到幾次(3)C—1A1/2(4)P、AC—1,C—115°,至消光位置,并記錄A所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。(5)C—115°(30°),AC—145°、60°、75°、90°,A結(jié)果得出什么規(guī)律?怎樣解釋這一規(guī)律。五、數(shù)據(jù)表格與數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)表格自擬。Ip~cos2θφ0=φ2-φ1,并