[偏振光實(shí)驗(yàn)講義]

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1、大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程（第二分冊(cè)）實(shí)驗(yàn)4偏振光【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．觀察光的偏振現(xiàn)象，加深偏振的基本概念，掌握偏振光實(shí)驗(yàn)的思想方法。2．了解偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法。3．觀測(cè)布儒斯特角及測(cè)定玻璃折射率。4．觀測(cè)橢圓偏振光和圓偏振光?！緦?shí)驗(yàn)儀器】1.導(dǎo)軌2.半導(dǎo)體激光器λ=650nm；3.偏振片（轉(zhuǎn)盤刻度360°，格值2°）；4.12波片、14波片（轉(zhuǎn)盤刻度360°，格值2°）；5.旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)（格值1°）；6.玻璃堆；7.白屏；8.光電接收單元：硅光電池；9.滑座（一維）；10.滑座（二維）；11.白屏。在導(dǎo)軌平臺(tái)上靠近兩端各

2、放置光源及光電接收器。利用激光器調(diào)整架調(diào)節(jié)光束發(fā)射角度，與橫向微調(diào)滑座聯(lián)調(diào)使光信號(hào)進(jìn)入接收器。在光路中放置一起偏器，調(diào)到0°，輕旋半導(dǎo)體激光頭使檢流計(jì)數(shù)值較大（半導(dǎo)體激光在水平和垂直兩個(gè)方向上發(fā)散角的差值較大，這兩方向的光能量也有差別）?！緦?shí)驗(yàn)原理及內(nèi)容】1．線偏振光的產(chǎn)生與鑒別自然光通過起偏器后，產(chǎn)生電矢量振動(dòng)單一方向的線偏振光。判斷其是否為線偏振光，可讓偏振光通過一個(gè)檢偏器，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器改變其偏振軸與線偏振光的振動(dòng)方向之間的夾角時(shí)，出射的光強(qiáng)隨之改變。當(dāng)偏振軸與線偏振光的振動(dòng)方向平行時(shí)，出射的光強(qiáng)最大；而垂

3、直于線偏振光的振動(dòng)方向時(shí)，出射的光強(qiáng)為零。如果檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)一周，光強(qiáng)交替出現(xiàn)兩次最亮和兩次消光，則可判斷其為線偏振光。這些規(guī)律可用Malus定律表述如下（4.1）式：，（4.1）式中，為檢偏器偏振軸與線偏振光振動(dòng)方向之間的夾角，E、I分別為檢偏器出射光的振幅和光強(qiáng)，E0、I0分別為線偏振光的振幅和光強(qiáng)。顯然出射光線光強(qiáng)隨角度的變化成余弦曲線的規(guī)律變化，周期為。200以相對(duì)能量I/I0為縱坐標(biāo)，cos為橫坐標(biāo)，從0到90變化時(shí)將形成一條直線，由此也可驗(yàn)證線偏振光。2.驗(yàn)證馬呂斯（Malus）定律使起偏和檢偏器偏振軸

4、方向正交，記錄光電接收器的示值，然后將檢偏器偏振軸方向每間隔10°～15°角轉(zhuǎn)動(dòng)一次并逐次紀(jì)錄光電接收的示值I，直至轉(zhuǎn)動(dòng)90°為止。重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)幾次，在同一坐標(biāo)系下畫出實(shí)驗(yàn)所得相對(duì)光強(qiáng)透過率II/0隨變化的關(guān)系曲線和2cos曲線，并做比較。90°80°70°60°50°40°30°20°10°0°cos2θ實(shí)驗(yàn)得I實(shí)驗(yàn)得I/I0計(jì)算得cos2θ1實(shí)驗(yàn)4偏振光3.折射光的偏振如圖4.1所示，光從折射率為n1的空氣中入射到折射率為n2的玻璃板中，反射光是振動(dòng)方向垂直于入射面為主in1的部分偏振光，折射光是振動(dòng)方向平

5、行于入射面為主的部分偏振光。光斜向入射到玻璃堆上，經(jīng)過玻璃堆被多i0n2次反射后穿過玻璃堆的折射光是振動(dòng)方向平行于入射面為主的部分偏振光。n1如圖4.2所示，在光路中放置載物臺(tái)、玻璃堆、檢偏器、n2圖4.1自然光的反射光和折射光的偏振態(tài)光屏，轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)內(nèi)盤使入射光以50°～60°角射入，通過偏振片可以看到透過玻璃堆的光檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)光屏斑。使偏振片與透射光垂直，旋轉(zhuǎn)偏in1振片，觀察到的亮度有強(qiáng)弱變化，說(shuō)i0n2明透過玻璃堆的折射光是部分偏振光源玻璃堆光，玻璃堆起到了起偏器的作用。檢刻度盤圖4.2折射光的偏振

6、實(shí)驗(yàn)光路圖偏器轉(zhuǎn)盤指向0°，光斑最暗，檢偏器轉(zhuǎn)盤指向90°，光斑最亮，說(shuō)明此時(shí)折射偏振光中平行于入射面振動(dòng)的光比垂直于入射面振動(dòng)的光要強(qiáng)。4.布儒斯特角如圖4.3所示，由布儒斯特定律可知，當(dāng)光以布儒斯特角i10射入另一介質(zhì)時(shí)，其反射光為線偏振光。此時(shí)入射角i10與折射角i2之和為90°且90°n2ptgi10=?（4.2）n1A式中n1和n2分別為D兩種介質(zhì)的折射率。儒斯特角測(cè)量方法如下：BC⑴玻璃堆反射面豎立放置在旋轉(zhuǎn)載物臺(tái)上，光O束垂直于載物臺(tái)轉(zhuǎn)軸入射到玻璃堆反射V面、反圖4.3光以布儒斯特角入射時(shí)的反射和

7、折射光的偏振態(tài)射光透過檢偏器照射到白屏上，按照載物臺(tái)以上約三分之二玻璃堆高度調(diào)整入射光。旋轉(zhuǎn)內(nèi)盤使入射光以50°～60°的入射角射入玻璃堆，反射光射到白屏上并使偏振片、白屏與反射光垂直。旋轉(zhuǎn)偏振片，使處于較暗的位置。（2）轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)盤，觀察白屏看反射光亮度的改變，如果亮度漸漸變?nèi)酰傩D(zhuǎn)偏振片使亮度更弱。反復(fù)調(diào)整直至亮度接近全暗。這時(shí)再旋轉(zhuǎn)偏振片，如果反射光的亮度由黑變亮，再變66大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)教程（第二分冊(cè)）黑，說(shuō)明此時(shí)反射光已是線偏振光。記下刻度盤的讀數(shù)?。1（3）轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)盤，使入射光通過玻璃堆的反射光斑與入射光重

8、合，記下度盤的讀數(shù)θ2表示入射方向的角位置。布儒斯特角i10=│θ1－θ2│此方法不是唯一測(cè)量方法，學(xué)生可以自己設(shè)計(jì)其它實(shí)驗(yàn)方法。如圖4.4所示光路是求i10的其它實(shí)驗(yàn)方法，光以布儒斯特角射入，入π射角α1與折射角α2之和為90°，即α1＋α2=。折射光沿半圓玻璃盤半徑方向射出，2測(cè)出折射光與反射光成90°時(shí)，光的入射角即為布儒斯特角。p5.波片延遲器α2波片延遲器具有兩個(gè)互相垂直的特