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偏振光干涉实验报告

偏振光实验报告

实验1.验证马吕斯定律

实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o光，通过e光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图P1、图2所示：

P1P2图1图2θ

A0图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?，

2光强为I?A0cos2??I0cos2?,此式为马吕斯定律。

实验数据及图形：

从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。

实验2.半波片，1/4波片作用

实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。

分振动面的干涉装置如图3所示，M和N是两个偏振片，C是波片，单色自然光通过M变成线偏振光，线偏振光在波片C中分解为o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。

偏振片波片偏振片

图3分振动面干涉装置

考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4

I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。其中θ为波片光轴与M2I??光强为：I//?

透振方向的夹角，δ为o光和e光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。

当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I??

强最大，I//?02sin22?，出射光I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4

波片）时，cosδ=0，I??I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。44

特别地，利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振光。当θ=45度时，得到圆偏振光，此时让偏振片N旋转一周，屏幕上光强不变。一般情况下，得到的是椭圆偏振光，让偏振片N旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”。

实验结果：

半波片实验数据表：

1/4波片实验数据：

结论：线偏振光通过1/4波片后可能变成圆偏振光，椭圆偏振光也有可能仍是线偏振光。

实验3.旋光效应

实验原理：线偏振光通过某些物质的溶液后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度称为该物质的旋光度。通常用旋光仪来测量物质的旋光度。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系即

???C(5-1)

比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关，C为溶液的浓度。物质的旋光能力用比旋光度即旋光率来度量，旋光率用下式表示：???t???

l?C(5-2)

(5-2)式中，右上角的t表示实验时温度(单位：℃)，是指旋光仪采用的单色光源的波长(单位：nm)，θ为测得的旋光度(0)，l为样品管的长度(单位：dm)，C为溶液浓度(单位：g/100mL)。

由(5-2)式可知：

偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转的，因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比。振动面转过的角度θ不仅与透过的长度l成正比，而且还与溶液浓度C成正比[14]。

如果已知待测溶液浓度C和液柱长度l，只要测出旋光度θ就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为l固定值，可依次改变溶液的浓度C，就

可以测得相应旋光度θ。并作旋光度与浓度的关系直线θ~C，从直线斜率、液桩长度l及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度θ，确定溶液的浓度C。旋光性物质还有右旋和左旋之分。当面对光射来方向观察，如果振动面按