实验27偏振光的特性研究.PDF

实验 27 偏振光的特性研究 光的干涉和衍射现象揭示了光的波动性，而光的偏振现象却直接有力地证明了光波是 横波。光的偏振现象已广泛运用于光开关、光调制器、应力分析等科研和生产实际中。本 实验通过对偏振光的观察和分析，以加深对光的偏振基本规律的理解。 【预习提要】 （1）什么是偏振光? （2 ）偏振光有哪几种? （3 ）什么是起偏器?什么是检偏器? （4 ）什么是马吕斯定律? （5 ）波片有什么作用? （6 ）什么是旋光效应？ （7 ）什么是电光效应？ （8 ）什么是磁光效应？ 【实验要求】 （1）掌握各种偏振光的特性。 （2 ）学会辨别各种偏振光。 （3 ）了解偏振光干涉和双折射现象。 （4 ）利用各种偏振光测量有关的物理量。 【实验目的】 （1）观察光的偏振现象，掌握产生偏振光的方法和检验方法。 （2 ）学习用光电转换的方法测定相对光强，验证马吕斯定律。 （3 ）了解波片的作用及椭圆偏振光的产生和检验方法。 （4 ）学会利用偏振光进行一些物理量的测量。 【实验器材】 激光器，白光源，滤色片， λ / 4 波片，λ / 2 波片，起偏器，检偏器，晶体劈尖，旋光 器件，电光器件，磁光器件，微电流放大器，光电池，光具座。 【实验原理】 1．自然光和偏振光 ·206 · 光波是横波，光波电矢量的振动方向垂直于光的传播方向。通常光源发出的光波，其 电矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则的取向。从统计规律看，在空间所有可能 的方向上，光波电矢量的分布可看作是机会均等的，它们的总和与光的传播方向对称。这 种光称为自然光。由于自然光通过媒质的折射、反射、吸收和散射后，使光波电矢量的振 动在某个方向具有相对的优势，而使其分布对传播方向不再对称。具有这种取向的光，统 称为偏振光。 偏振光可分为部分偏振光、平面偏振光（线偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光。如果光 波电矢量的振动在传播过程中只是在某一确定的方向上占有相对优势，则这种偏振光称为 部分偏振光；如果光波电矢量的振动方向只局限在某一确定的平面内，则这种偏振光称为 平面偏振光，因其电矢量末端的轨迹为一直线，故又称为线偏振光，如图 4-27-1 所示；如 果光波电矢量随时间作有规则的改变，即电矢量末端在垂直于传播方向的平面的轨迹呈圆 形或椭圆形，则称为圆偏振光或椭圆偏振光，如图 4-27-2 所示。 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。实际上，任何起偏器都可看作为检偏器。 2 ．平面偏振光的产生和特性 产生平面偏振光的方法有：反射产生偏振、多次折射产生偏振、双折射产生偏振和选 择性吸收产生偏振。本实验采用具有选择吸收的偏振片产生平面偏振光。 图 4-27-1 平面偏振光 图 4-27-2 椭圆偏振光 有些晶体对两个振动方向相互垂直的光波电矢量具有不 同的吸收本领，这种选择性吸 收，称为二 向色性。当 自然光通过二 向色性晶体时，振动的电矢量与晶体光轴垂直时几乎 被完全吸收；电矢量与光轴平行时几乎没有损失，于是，透射光就成为平面偏振光。 偏振片是用人工方法制成的薄膜，具有二 向色性，是用特殊方法使选择性吸收很强的 微晶体在透 明胶质层中作有规律的排列而制成，它允许透过某一电矢量振动方向的光（此 方向称为偏振化方向），而吸收与它垂直方向振动的光。因此，自然光通过偏振片后，透射 光基本上成为平面偏振光。由于偏振片易于制作，所以它是普遍使用的偏振器。 MM ′ 和 NN ′ 分别表示起偏器和检偏器的 “偏振化方向 ”，它们之间的 在图 4-27-3 中， 夹角为 θ 。令 A0 为通过起偏器的振幅，将 A0 分解为 A cosθ 和 A sinθ ，其中只有平行于 0 0 检偏器 NN ′ 的分量A cosθ 可以通过检偏器。设 I0 和 I 分别为透过起偏器和检偏器的光强， 0 透过检偏器的光振幅 A = A cosθ ，因光强度与振幅平方成正比，所以I /