当前位置:首页 >> 农林牧渔 >>

实验十 偏振光的观察与研究


实验十
实验目的

偏振光的观察与研究

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。

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 敏电流汁,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)L 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 tan i = n , n 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(如电气石、人造偏振片) 对两个相互垂直振动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(图 10-1),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—束,剩余的—束就是平面偏振光。尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一(图 10-2)。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 41-3 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 α ,则在晶片表面上 o 光和 e 光的 振幅分别为 A sin α 和 A cos α ,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δ :

δ=



λο

(nο ? n e )d

( 10-1)

其中 λ o 表示光在真空中的波长, n o , n e 分别为晶体中 o 光与 e 光的折射率。

(1) 如果晶片的厚度使产生的位相差 δ =

1 (2k + 1)π ( k = 0,1,2...) ,这样的晶片称 2

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, α = 当

π

4

时,则为圆偏振光;当 α = 0 和 π / 2 时,椭圆偏振光退化为平面偏振光。换言之, l/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 δ = ( 2k + 1)π ( k = 0,1,2...) , 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 α ,则通过半波片后的 光仍为平面偏振光,但其振动面相对于入射光的振动面转过 2α 角。 3.平面偏振光通过检偏器后光强的变化 强度为 I o 的平面偏振光通过检偏器后的光强 I o 为

I θ = I o cos 2 θ
定律,它表示改变角 θ 可以改变透过检偏器的光强。

(10-2)

其中 θ 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)

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 θ = 0 )。 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 θ = 90 o ) 4.单色平面偏振光的干涉 如图 10-4(a)所示, 一束自然光经起偏器(尼科耳棱镜或偏振片) N1 后, 变成 振幅为 A 的平面偏振光,再通过晶片 K,射到检偏器 N 2 上。图 10-4(b)表示透 过 N 2 迎着光线观察到的振动情况,其中 N1截面、N 2 截面 及 ZZ ' 分别表示起偏 器的主截面、检偏器的主截面和晶片的光轴在同一平面上的投影,α 和 β 分别为

N 1 N 2 的主截面与晶片的光轴 ZZ ' 的夹角.从晶片透过的两平面偏振光的振幅分
别为: Ao = A sin α , Ae = A cos α (10-3)

它们的位相差为 δ 。穿过 N 2 后,只存在振动平面平行于 N 2 主截面的分量 Aoe 和 Aee ,其大小为

Aoe = Ao sin β = A sin α sin β Aee = Ae cos β = A cos α cos β

(10-4)

图4 可见这两束光是同频率、不等振幅、振动平面在同一平面内的相干光。因此,透 射光的光强 (按双光束干涉的光强计算方法)为
2 2 I 2 = Aoe + Aee + 2 Aoe Aee cos δ = I 1 [cos 2 (α ? β ) ? sin 2α sin 2β sin 2

δ
2

(10-5)

式中 I 1 = A 2 ,它是从起偏器 N1 透射的平面偏振光的光强,从上式可以看出:

π (1) 当 α (或β ) 0, ,或π 时, = 2
I 2 = I 1 cos 2 (α ? β ) (10-6)

即透射光强只与 N 1 N 2 两主截面的交角的余弦平方成正比,和没有晶片时一样。 (2) 当 N 1 N 2 正交时, (α ? β ) =
I 2 = I 1 sin 2 2α sin 2

π
2

,则 (10-7)

δ
2

当 如果晶片是半波片, δ = π , α 等于 则 发生相长干涉;当 α 等于

π
4

I 的奇数倍时, 2 = I 1 , 即有光透过 N 2 ,

π
4

的偶数倍时, I 2 = 0 ,无光透过,发生相消干涉。由

此可见,当半波片旋转一周时,视场内将出现四次消光现象。 (3)当 N 1与N 2 平行时, (α ? β ) = 0 ,于是有
I 2 = I 1 (1 ? sin 2 2α sin 2

δ
2

)

(10-8)

可以看出,这时透过的光强恰与 N1 , N 2 正交时互补。

实验内容

1、偏振片主截面的确定如图 5 所示,将一背面涂黑的玻璃片 G 立在铅直面内, 激光器 L 射出的一细光束沿水平方向入射玻璃片上,G 的反射光为偏振面垂直于 入射面的平面偏振光,使 G 的反射光垂直射入偏振片 N,以反射光的方向为轴旋 转偏振片 N, 从透过光强度的变化和反射光的偏振面, 可以确定偏振片的主截面, 即透过光强极大时偏振片的主截面和反射光的偏振面一致.并 在偏振片上标记其主截画的方向。

2、验证马吕斯定律 如图 6 安置仪器,使激光器 L 射出的光束,穿过起偏器 N1 和检偏器 N 2 射到硅光 电池 Pc 上, N1 , N 2 正交, 使 记录灵敏电流计 G 的示值. 将偏振器每转一角度(10o~ 15o)记录一次.直至转动 90o 为止。重复以上过程几次。 3、考察半波片对偏振光的影响 (1) 使用图 41-6 的装置, 调节 N1 , N 2 为正交, N1 , N 2 间和 N1 平行放置半波片, 在 以光线方向为轴将波片转 360o,记录出现消光的次数和相对应于 N 2 的位置(角 度)。

(2)使 N1 , N 2 正交,半波片的光轴和 N1 的主截面成 α (10o~15o)角,转 N 2 使之 再消光,记录 N 2 位置.改变角,每次增加 10o~15o,同上测量直至 α 等于 90o。 4.椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检验 实验装置同上,将半波片换成 1/4 波片。 (1) 使 N1 , N 2 正交,以光线方向为轴将波片转 360o,记录观察到的现象。 (2) 使用起偏器 N1 和 1/4 波片产生椭圆偏振光,旋转检偏器 N 2 观察光强的变 化。记录波片光轴相对 N1 主截面的夹角 α ,以及转动 N 2 光强极大、极小时主截 面与波片光轴的夹角 β , α 取不同值重复观测。 (3) 使用 N1 和 1/4 波片产生圆偏振光,旋转 N 2 进行观测并记录。

思考题
1、强度为 I 的自然光通过偏振片后,其强度 I o < 马吕斯定律是否适用,为什么? 2、怎样才能产生左旋(右旋)椭圆偏振光?
1 I ,为什么?应用偏振片时, 2


相关文章:
实验六 偏振光基础实验
实验二偏振光实验 6页 1下载券 实验十 偏振光的观察与研... 6页 免费 实验...二、实验原理 1. 光的偏振性 光是一种电磁波,由于电磁波对物质的作用主要是...
35实验三十五 偏振光的研究
实验三十五 偏振光的研究 Experiment 35 Study of polarized light 近年来,光学...实验目的 Experimental purpose 1.观察光的偏振现象 2.分析偏振光,起偏 3.定...
实验十一 偏振现象的观察与分析
实验十 光栅常数的测定 实验十二 用光电效应测定普...1/2 相关文档推荐 ...透彻的认识, 本实验将对光偏振的基本性质进行观察、 分析和研究. ·实验目的 ...
实验十三 偏振光干涉演示实验
实验十三 偏振光干涉演示实验_生活休闲。今日推荐 68份文档 新市场营销法则 助推企业成长 999感冒灵市场营销方案 汽车品牌的足球世界杯营销 网络营销部电商运营工作计划...
偏振光的观测与研究~~实验报告
偏振光的观测与研究~~实验报告_工学_高等教育_教育专区。很好滴哦偏振光...一般说,在 10 6s 内各个方向 电矢量的时间平均值相等,故出现如图 2(b)所示...
偏振光的研究最好最完整的实验报告
5701111066 实验 老师: 袁吉仁(T035)实验时间: 2012 年 10 月 23 日 下午 ...偏振光的研究一、实验目的 1、观察光的偏 振现象,加深对光波传播规律的理解。 ...
偏振光的观察与研究
实验报告 实验报告 PB09214023 葛志浩 PB09214047 PB09214047 卢焘 2011-112011-11-22 得分: 得分: 实验题目: 实验题目:偏振光的观察与研究 实验目的: 实验目的:...
已录丁洪亮,偏振光实验中的定量分析
实验二偏振光实验 6页 1下载券 实验十 偏振光的观察与研... 6页 免费 实验...偏振光实验中的定量分析丰建梅 丁宏亮 芦立娟(浙江海洋学院,浙江舟山,316000) ...
偏振光的研究实验报告
偏振光的研究实验报告_调查/报告_表格/模板_应用文书。综合物理实验报告偏振光...实验方案:将得到的偏振光再次通过一偏振片,通过旋转 该偏振片一周, 观察计算机...
一 偏振光的产生和检验
人们通过对光的偏振性质的研究,更深刻地认识了光的...一、实验目的 1、观察光的偏振现象,加深对光波传播...偏振片 9:X 轴旋转二维架(SZ-06) 10:升降调节...
更多相关标签: