实验8偏振现象的观测与研究.PDF

实验 8 偏振现象的观测与研究 预习重点 1、光的偏振现象和偏振状态； 2 、起偏和检偏，马吕斯定律。 一、实验目的 光是一种电磁波，其电、磁矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波。横波和纵波的一 个显著区别就是横波具有偏振特性。光的偏振在生活、生产和科研实践中有许多重要应用， 如摄影、立体电影、液晶显示都用到了光的偏振。偏振光还具有旋光特性。 本实验安排了几个实验内容，其中第一个实验内容为：检验光的偏振度和验证马吕斯定 律，内容较为容易理解，设为必做内容，其他几个内容可根据自己的兴趣选作。 通过本实验，一方面将初步认识光的偏振现象及偏振状态，掌握起偏检偏的方法；掌握 函数拟合的方法；初步了解偏振光的旋光效应，了解不同的传输过程对光的偏振状态的改变。 另一方面，因光的分解、传输、合成过程较为复杂，通过实验方案的设计，掌握设计的基本 方法，锻炼分析复杂问题的能力。 二、实验原理 2.1、光的偏振状态 2.1.1、自然光与偏振光 在与光传播方向垂直的平面内，包含一切可能方向的横振动，即光波的电矢量在任一方 向上具有相同的振幅。普通光源发光的是自然光。如图8-1 （a ）所示。凡其振动失去这种 对称性的光统称偏振光。光的偏振状态有一下几种。图 8-1 是光的偏振状态的示意图。 （1）线偏振光。 在光的传播过程中，只包含一种振动，其振动方向始终保持在同一平面内，这种光称为 线偏振光（或平面偏振光)。 （2 ）部分偏振光 光波包含一切可能方向的横振动，但不同方向上的振幅不等，在两个互相垂直的方向上 振幅具有最大值和最小值，这种光称为部分偏振光。自然光和部分偏振光实际上是由许多振 动方向不同的线偏振光组成。 （3 ）椭圆偏振光 在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出 一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭 圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相 同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果。 （4 ）圆偏振光 旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。在我们的观察 时间段中平均后，圆偏振光看上去是与自然光一样的。但是圆偏振光的偏振方向是按一定规 律变化的，而自然光的偏振方向变化是随机的，没有规律的。在画光路图的时候，往往用图 示来表示光的偏振状态。入射光线与入射点处法线的组成的面称为入射面，用箭头表示光的 60 传播方向，用点表示光振动垂直入射面，用竖杠表示光振动平行入射面。如图 6-2 所示，(a) 表示自然光，(b)表示光振动垂直入射面的线偏振光，(c) 表示光振动平行入射面的线偏振光， (d)平行入射面的光振动占优的部分偏振光，(e) 垂直入射面的光振动占优的部分偏振光。 (a) 自然光 (b)线偏振光 (c)部分偏振光 (d) 圆偏振光 (e) 椭圆偏振光 图 8-1 光的偏振状态 (a) (b) (c) (d) (e) 图 8-2 自然光、线偏振光、部分偏振光的表示 I −I 偏振度的定义：P max min ，线偏振光P 1 ,自然光P 0 ，部分偏振光0 P 1 。 I +I max min 2.2、起偏和检偏 2.2.1、获得偏振光的常用方法 （1）反射起偏器（或透射起偏器） 自然光在两种媒质的