物理光學偏振光課件

實驗十三

偏振光的觀測與研究大連海事大學物理系1809年馬呂斯發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象，對于光的偏振現(xiàn)象的深入研究，證明了光波是橫波，使人們進一步認識了光的本性。偏振性是橫波區(qū)別于縱波的重要特征。偏振：波的振動對于傳播方向的不對稱性。光是特定頻率范圍內(nèi)的電磁波。起光作用的是電場強度矢量，稱為光矢量。實驗背景隨著科學技術(shù)的發(fā)展，偏振光元件，偏振光儀器和偏振光技術(shù)在各個領(lǐng)域都得到了很多應(yīng)用，尤其在實驗應(yīng)力分析、計量測試、晶體材料分析、簿膜和表面研究、激光技術(shù)等方面更為突出。實驗背景使用偏振鏡拍攝的水面未使用偏振鏡拍攝的水面自然光與偏振光自然光；部分偏振光；線偏振光；橢圓偏振光；圓偏振光。偏振光線偏振光E播傳方向振動面·面對光的傳播方向看線偏振光的表示：·····光振動垂直板面光振動平行板面如果在光的傳播過程中，光矢量的振動方向保持在某一確定方向的光稱為線偏振光。自然光光是由大量的原子或分子輻射形成的。由于光源發(fā)光機制的無序性，光矢量的分布（方向和大小）對傳播方向是對稱的，稱為自然光。

一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。自然光表示：部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。光矢量在某一個方向上出現(xiàn)的概率大于其他方向，這樣的光稱為部分偏振光。若光矢量繞著傳播方向旋轉(zhuǎn)，其端點描繪的軌道為一個圓，這種偏振態(tài)稱為圓偏振態(tài)。如光矢量端點旋轉(zhuǎn)的軌跡為一橢圓，就成為橢圓偏振態(tài)。圓偏振光,橢圓偏振光非金屬鏡面反射、折射（玻璃、水）。玻璃片堆的折射。晶體起偏（偏振片、1/2波片、1/4波片）。自然光變成偏振光的方法玻璃片堆偏振片偏振片由具有二向色性的有機化合物的晶體構(gòu)成，它能吸收入射光矢量在某一方向的分量，而透過其垂直分量，從而使入射的自然光變?yōu)榫€偏振光。出射的線偏振光的振動方向就是偏振片的透振方向。偏振片偏振片根據(jù)其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，用來檢驗偏振光的偏振片叫做檢偏器。利用偏振片來檢驗入射光是否為線偏振光，轉(zhuǎn)動偏振片的振軸360°的過程中，如果出現(xiàn)兩次消光，就說明入射光是線偏振光。馬呂斯定律（光強I

隨θ而改變）（θ為檢偏器與起偏器的透振方向夾角。）I0I布儒斯特角定律當自然光在兩種各向同性媒質(zhì)的分界面上反射和折射時，反射光和折射光一般不再是自然光，而是部分偏振光。理論和實驗都證明，反射光和折射光的偏振化程度與入射角有關(guān)。當入射角等于某一特定角i0時，反射光是完全的線偏振光。這特定角i0稱為布儒斯特角。介質(zhì)材料的折射率：入射光反射光折射光自然光線偏振光波片波片——相位延遲片，是利用晶體的雙折射原理來改變光的偏振狀態(tài)。透過方解石（CaCO3）看到的雙像是因為折射光分成兩束。波片：光軸平行表面的晶體薄片。

當線偏振光垂直射入一塊表面平行于光軸的晶片時，若其振動面與晶片的光軸成a角，該線偏振光將分為e光、o光兩部分，它們的傳播方向一致，但在晶體中傳播速度不同，因而產(chǎn)生光程差:波片光程差與晶體的厚度有關(guān)：全波片?波片?波片1/2波片線偏振光與波片光軸的夾角為α入射，通過1/2波片后，仍為線偏振光，其振動方向轉(zhuǎn)過2α角度?！€偏振光圓偏振光——線偏振光線偏振光從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）——線偏振光橢圓偏振光1/4波片1.起偏與檢偏鑒別自然光和偏振光；2.觀察布儒斯特角及測定玻璃折射率；3.觀察橢圓偏振光和圓偏振光；(3)不作4.觀察線偏振光通過1/2波片時的現(xiàn)象。實驗內(nèi)容觀察前應(yīng)調(diào)節(jié)整個光學系統(tǒng)，使之等高共軸，并盡量使入射光垂直入射到各個光學元件。由于偏振片和波片并非理想元件，觀察到的現(xiàn)象與理論有一定的誤差。偏振片和波片應(yīng)將有刻度的一側(cè)