《偏振光實(shí)驗(yàn)》

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1、偏振光實(shí)驗(yàn)（2008新增部分）中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室1用途SGP-1型偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一套與計(jì)算機(jī)聯(lián)合使用的教學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器，可用于高等院校物理實(shí)驗(yàn)課的分組實(shí)驗(yàn)。2規(guī)格與主要技術(shù)指標(biāo)2.1規(guī)格光源：He-Ne激光器（帶布儒斯特窗）1套偏振器：格蘭棱鏡2塊半波片：632.8nm，石英晶體1片1/4波片：632.8nm，石英晶體1片光具座：硬鋁導(dǎo)軌，5個(gè)滑動(dòng)座1套電動(dòng)旋轉(zhuǎn)架：步進(jìn)電機(jī)控制3套分束器（5：5）1個(gè)光電探測(cè)器2套計(jì)算機(jī)操作軟件1套2.2主要技術(shù)指標(biāo)光具座全長(zhǎng)：1m各調(diào)節(jié)架中心距基座面高度：161

2、mm光源波長(zhǎng)：632.8nm，輸出功率＞1.5mW電動(dòng)轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)角度：任意，精度0.05°3原理3.1偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)2中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室光是電磁波，可用兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)矢量——電矢量E和磁矢量H表征。因物質(zhì)與電矢量的作用大于對(duì)磁矢量的作用，習(xí)慣上稱E矢量為光矢量，代表光振動(dòng)。光在傳播過(guò)程中遇到介質(zhì)發(fā)生反射、折射、雙折射或通過(guò)二向色性物質(zhì)時(shí)，本來(lái)具有隨機(jī)性的光振動(dòng)狀態(tài)就會(huì)起變化，發(fā)生各種偏振現(xiàn)象。若光振動(dòng)局限在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，就形成平面偏振光，因其電矢量末端的軌跡成一直線，通稱線偏振光；若只是有較多的電矢量取向于某

3、固定方向，稱作部分偏振光。再者，如果一種偏振光的電矢量隨時(shí)間作有規(guī)律的變動(dòng)，它的末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓或圓形，這種偏振光就是橢圓偏振光或圓偏振光。一般情況下，人的眼睛不能直接檢查偏振光，但可用一個(gè)偏振器面對(duì)偏振光進(jìn)行檢視，這個(gè)偏振器就成為檢偏器。3.2布儒斯特角當(dāng)光從折射率為n1的介質(zhì)（例如空氣）入射到折射率為n2的介質(zhì)（例如玻璃）交界面，而入射角又滿足?1n2θ=tgBn1時(shí)，反射光即成完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面。iB稱布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。顯然，θB角的大小因相關(guān)物質(zhì)折射率大小而異。若n1表示的是空

4、氣折射率，（數(shù)值近似等于1）上式可寫(xiě)成?1θ=tgnB2入射光反射光θBn1n2圖3-13.3馬呂斯定律如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面E表示）投射在起偏器P上（圖3-2），只有相當(dāng)于它的成份之一的Ey（平行于光軸方向的矢量）能夠通過(guò)，另一成份Ex（=Ecosθ）則被吸收。與此類(lèi)似，若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅為E0，則透過(guò)A的振幅為E0cosθ（這里θ是P與A偏振化方向之間的夾角）。由于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，可知透射光強(qiáng)I隨θ而變化的關(guān)系為2I=Icosθ0這就是馬呂斯定律。3中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室yEyEθxEXP圖

5、3-23.4波片若使線偏振光垂直入射一透光面平行于光軸，厚度為d的晶片（圖3-3），此光因晶片的各向異性而分裂成遵從折射定律的尋常光（o光）和不遵從折射定律的非常光（e光）。因o光和e光oθe線偏振光有一定相位差的o光和e光圖3-3在晶體中這兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)方向有不同的光速，分別稱做快軸和慢軸。設(shè)入射光振幅為A，振動(dòng)方向與光軸夾角為θ，入射晶面后o光和e光振幅分別為Asinθ和Acosθ,出射后相位差2π?=(n?n)doeλ0式中λ0是光在真空中的波長(zhǎng)，no和ne分別是o光和e光的折射率。這種能使相互垂直振動(dòng)的平面偏振光產(chǎn)生一定相位

6、差的晶片就叫做波片。3.5橢圓偏振光和圓偏振光如果以平行于波片光軸方向?yàn)閤坐標(biāo)，，垂直于光軸方向?yàn)閥坐標(biāo)圖3-3出射的o光和e光可用兩個(gè)簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程式表示：x=Asinωtey=Asin(ωt+?)o4中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)實(shí)驗(yàn)室該兩式的合振動(dòng)方程式可寫(xiě)成22xy2xy2+?cos?=sin?22AAAAeoeo一般說(shuō)來(lái)，這是一個(gè)橢圓方程，代表橢圓偏振光。但是當(dāng)?=2kπ（k＝1、2、3…）或?=(2k+1)π（k＝0、1、2…）時(shí)，合振動(dòng)變成振動(dòng)方向不同的線偏振光。后一種情況，晶片厚度(2k+1)λd=n?n2oe可使o光和e光產(chǎn)生

7、（2k+1）λ/2的光程差，這樣的晶片稱做半波片,而當(dāng)π?=(2k+1)（k＝1、2、3…）2時(shí)，合振動(dòng)方程化為正橢圓方程22xy+=122AeAo(2k+1)λ這時(shí)晶片厚度d=，稱做1/4波片。它能使線偏振光改變偏振態(tài)，變成橢圓偏振光。但n?n4oe是當(dāng)入射光振動(dòng)面與波片光軸夾角θ＝45°時(shí)，Ae＝Ao，合振動(dòng)方程可寫(xiě)成222x+y=A即獲得圓偏振光。4器件簡(jiǎn)介4.1He-Ne激光器（帶布儒斯特窗）它的激光管是半外腔式的，組成共振腔的兩個(gè)反射鏡之一與放電管分離。儲(chǔ)有He-Ne氣體的放電管的一端，按一定角度（布儒斯特角）用玻璃片密封（圖

8、4-1）。具體布儒斯特角大小與介質(zhì)折射率相關(guān)。該玻璃窗常采用K8光學(xué)玻璃制成，折射率n＝1.516，θB≈56°36′；也可以采用熔凝石英材料，n＝1.456，θB≈55°32′。5中山大學(xué)光信息科學(xué)與技術(shù)