光学实验(新增实验讲义).pdf

偏振光实验 一 实验目的 （1）通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识 （2）掌握产生和检验偏振光的原理和方法 二 实验仪器 WSZ-4A型手动偏振光实验装置一套 三 基本原理 光的波动的形式在空间传播属于电磁波，它的电矢量E与磁矢量H 相互垂直。E H 均垂直于光的传播方向，故光波是横波。实验证明光效应主要由电场引起，所以电矢量E 的方向定为光的振动方向。 自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出 的光波的合成。这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各 个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。 自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为 部分偏振光。如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏 振光或完全偏振光。偏振光电矢量E 的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周 的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。 四 实验仪器 半导体激光器 （波长为650nm，标准功率5mW），可旋转偏振片2个，λ/4波片 λ/2 波片各1个（λ＝632.8nm），光具座一台。 图1 实验装置 1 五 实验步骤 1、验证马吕斯定律 （1）调整两偏振片透光轴平行。方法是将起偏器不动，转动检偏器，直到照度计示值最大 为止。此时记下检偏器度盘上的角度示值θ, θ即为两偏振片透光轴平行时，偏振片 度盘上的角度示值。 （2）将起偏器每转动 10°，记下照度计的示值。 2、1/2波片的作用 （1）按图1依次放置各元件，并使起偏器和检偏器的透光轴正交，此时应观察到消光现象。 在两偏振片之间插入 1/2波片，并转动1/2波片（一周）能看到几次消光？为什么？ （2）将 1/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏，转动检偏器（一周），观察到什么现象？ 由此说明线偏振光透过1/2波片后，它的偏振状态怎样？ 3、用1/4波片产生圆偏振光与椭圆偏振光 按图1使两偏振片正交，用 1/4波片代替1/2波片，转动 1/4波片使消光，再将 1/4波 片转15°，然后将偏振片2转360°，观察到什么现象，这时从1/4波片出来的光偏振状态 怎样？作图表示。 六 数据记录和数据处理 表1：验证马吕斯定律 θ(度) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1 I(LX) 2 3 θ(度) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 1 I(LX) 2 3 以cos2θ为横坐标，I 为纵坐标作I~cos2θ关系曲线，由此验证马吕斯定律 2 表2：1/2波片的作用 1/2波片转角（度） 15 30 45 60 75 90 1 检 偏 器 2 转 角 3 表3：1/4波片的作用 1/4波片转角（度） 15 30 45 60 75 90 达到小光时检偏器转动 的角度 光的偏振性质 七 思考题 1. 两偏振片用支架安置于光具座上，正交后消光，一片不动，另一片的 2个表面转180°, 会有什么现象？如有出射光，是什么原因？ 2.2片正交偏振片中间再插入一偏振片会有什么现象？怎样解释？ 3. 波片的厚度与光源的波长什么关系？ 3