偏振光特性的研究.docVIP

光学设计性实验论文 偏振光特性的研究目的： （一）学习用光电转换的方法测定相对光强, 验证马吕斯定律。 （二）研究1/4波片的光学特性 （三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度） （四）研究物质的旋光特性 （五）观察石英晶体的旋光特性和测量旋光度 （六）观察旋光色散，并解释现象 要求： （一）掌握各种偏振光的特性。 （二）学会辨别各种偏振光。 （三）了解偏振光干涉和双折射现象马吕斯定律1/4波片偏振特性偏振度旋光特性光色散 ??光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H相互垂直，且又垂直于光的传播方向．通常用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所构成的平面称为光的振动面．按光矢量的不同振动状态，可以把光分为五种偏振态：如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，则称为自然光；如果有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，则称为部分偏振光；如果光矢量的大小和方向随时间作周期性的变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光． 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，称为检偏器． 2．线偏振光的产生 ? (1)反射和折射产生偏振 ? 根据布儒斯特定律，当自然光以的入射角从空气或真空入射至折射率为n的介质表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部分偏振光，称为布儒斯特角． ??如果自然光以入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光．玻璃片的数目越多，透射光的偏振度越高． ??(2)偏振片 ??它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光． ??(3)双折射产生偏振 ??当自然光入射到某些双折射晶体(如方解石、石英等)时，经晶体的双折射所产生的寻常光(o光)和非常光(e光)都是线偏振光． 3．波晶片 ??波晶片简称波片，它通常是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e光和与光轴方向垂直的o光两部分(如图1所示)．这两种光在晶体内的传播方向虽然一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同(为么?)．于是，e光和o光通过波晶片后就产生固定的相位差， 即??? 式中为入射光的波长，为晶片的厚度，和，分别为e和o光的主折射率。 ??对于某种单色光，能产生相位差的波晶片，称为此单色光的1／4波片；能产生的晶片，称为1／2波片；能产生波晶片，称为全波片．通常波片用云母片剥离成适当厚度或用石英晶体研磨成薄片．由于石英晶体是正晶体，其o光比e光的速度快，沿光轴方向振动的光(e光)传播速度慢，故光轴称为慢轴，与之垂直的方向称为快轴．对于负晶体制成的波片，光轴就是快轴． 4．平面偏振光通过各种波片后偏振态的改变 ??由图1可知一束振动方向与光轴成角的平面偏振光垂直入射到波片上后，会产生振动方向相互垂直的e和o光，其E矢量大小分别为、，通过波片后，二者产生一附加相位差．离开波片时合成波的偏振性质，决定于相位差和．如果入射线偏振光的振动方向与波片的光轴的夹角为0和，则任何波片对它都不起作用，即从波片出射的光仍为原来的线偏振光．而如果不为0或，线偏振光通过1／2波片后，出来的也仍为线偏振光，但它振动方向将旋转，即出射光和入射光的电矢量对称于光轴．线偏振光通过1／4波片后，则可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光，这取决于入射线偏振光振动方向与光轴夹角. 5．偏振光的鉴别 ??? 鉴别人射光的偏振态须借助于检偏器和1／4波片．使入射光通过检偏器后，检测其透射光强并转动检偏器：若出现透射光强为零(称“消光”)的现象，则入射光必为线偏振光；若透射光的强度没有变化，则可能为自然光或圆偏振光(或两者的混合)；若转动检偏器，透射光强虽有变化但不出现消光现象，则入射光可能是椭圆偏振光或部分偏振光．要进一步作出鉴别，则须在入射光与检偏器之间插入一块1／4波片．若入射光是圆偏振光，则通过波片后将转变成线偏振光(为什么?)，转动检偏器时就会看到消光现象；否则，就是自然光．若入射光是椭圆偏振光，当1／4波片的慢轴(或快轴)与被检的椭圆偏振光的长轴或短轴平行时，透射光也为线偏振光(为什么?)，于是转动检偏器也会出现消光现象；否则，就是部分偏振光． 实验过程：