16偏振光的定量分析.PDF

普通物理实验(三) 33 ■ 偏振光的定量分析 目的要求 1．了解GSZF-3 型偏振光实验系统的原理和使用方法。 2 ．深入理解不同类型偏振光的产生条件、光强分布和检偏方法。 3 ．定量讨论三类偏振光的基本特性。 实验原理 1．线偏振光的产生与鉴别 当自然光通过起偏器后，由于只有电矢量振动方向平行于透射轴的光可以通过，所以， 由起偏器出射的光为线偏振光。判断其是否为线偏振光，只要让该偏振光通过一个检偏器， 当转动检偏器改变其透振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时，出射的光强随之改变。当 透振轴与线偏振光的振动方向平行时，出射的光强最大；而垂直于线偏振光的振动方向时， 出射的光强为零。如果检偏器转动一周，光强交替出现两次最亮和两次消光，则可判断其为 线偏振光。这些规律可用公式表述如下： E E cosθ 0 E 2 E 2 I ，，I 0 0 2 2 2 1 1 I I cos θ I + I cos 2θ （1） 0 0 0 2 2 式中，θ为检偏器透振方向与线偏振光振动方向之间的夹角，E 、I 分别为出射光的振幅和 光强，E0 、I0 分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度θ的变化成余弦曲线 的规律变化，周期为π 。 出射光满足Malus 定律 2 ， 2 （2 ） I I cos θ I I cos θ 0 0 2 0 0 以相对能量I/I0 为纵坐标，cos θ为横坐标，θ从 0 到90 变化时将形成一条直线，由此 也可验证线偏振光。 2． 圆偏振光的产生与鉴别 产生圆偏振光的前提是先得到线偏振光，然后让线偏振光垂直入射到λ 4 波片，如果 线偏振光的振动方向与 0 λ 4 的快轴和慢轴成 45 角，这时透过λ 4 片的光是圆偏振光。 线偏振光表示为 α ω E E cos sin t x 0 （3 ） E E sinαsin ωt y 0 经过λ 4 片快轴方向（即 Y方向）相位超前π 2 ，所以出射光为 α ω E E cos sin t x 0 π （4 ） α ω Ey E0 sin sin( t + ) 2 当α 45o 时，cosα sin α 2 2 ，这正是圆偏振光。它透过检偏器的两振动分量为 E E cos cos sin t α θ ω 1 0 ⎛ π⎞ （5 ） α θ ω E2 E0 sin sin sin⎜ t + ⎟ ⎝ 2 ⎠ 合振动为 2 E E1 +E2 E0 sin(ωt +θ) 2 观察时间内光强的平均值为 1 2 1 I E I （6 ） 0 线 4 2 故圆偏振光透过检偏器后