(整理)偏振光的观测和检验..pdf

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【实验目的】

1．观察光的偏振现象，加深对偏振光的理解．

2．掌握产生和检验偏振光的原理和方法．

3．观察光的旋光现象，学习用旋光仪测定糖溶液的浓度。

【实验仪器】

氦氖激光器，偏振片(或尼科耳棱镜)，半波片，1／4波片，硅光电池，灵敏电流计，

减光板，玻璃片．

【实验原理】

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，能产生偏振光的器件，同样可用作检偏器．

1．平面偏振光的产生

(1)由反射和折射产生偏振

自然光在透明介质(如玻璃)上反射或折射时，其反射光和折射光为部分偏振光．当入

射角为布儒斯特角(即：入射角满足，为透明介质折射率)时反射光接近于完全偏振

光，其偏振面垂直于入射面．

(2)由二向色性晶体的选择吸收产生偏振

有些晶体(如电气右、人造偏振片)对两个相互垂直振动的电矢量具有不同的吸收

本领，称为二向色性．当自然光通过二向色性晶体时，其中一部分的振动几乎被完全吸收，

而另一部分的振动几乎没有损失，因此，透射光就成为平面偏振光．利用偏振片可以获得截面

较宽的偏振光束，而且造价低廉，使用方便．但偏振片的缺点是有颜色，光透过率稍低．

(3)由晶体双折射产生偏

振

当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光(o

光、e光)，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束，剩

余的一束就是平面偏振光．尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一．它由两块经特殊切割的方解

石晶体，用加拿大树胶粘合而成．偏振面平行于晶体的主截面的偏振光可以透过尼科耳棱

镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反射而被除掉．

2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生

如图1所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，

若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为

和，它们的位相相同．在晶片中，o光与e光传播方向相同，由于传播速度不同，

经过厚度为d的晶片后，o光与e光之间将产生位相差：

其中表示光在真空中的波长，和分别为晶体中o光与e光的折射率．

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图1

(1)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的

晶片称为1／4波片．平面偏振光通过1／4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当

时，则为圆偏振光；当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光．换

言之，1／4波片可将平面偏振光变成椭圆或圆偏振光，也可将椭圆与圆偏振光变成平面

偏振光．

(2)如果晶片的厚度使产生的位相差，这样的晶片

称为半波片．若入射平面偏振光的振动面与半波片光轴的夹角为，则通过半波

片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对入射光的振动面转过角．

3．平面偏振光通过检偏器后光强的变化

强度为的平面偏振光通过检偏器后的光强为

其中为平面偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角，上述关系称为马吕斯(Malus)定

律，它表示改变角可以改变透过检偏器的光强．

当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量最大时，称它们为平行(此时)．当

两者的取向使得系统射出的光量最小时，称它们为正交(此时)．

4．单色平面偏振光的干涉

如图2(a)