1、精選優質文檔-傾情為你奉上實驗十五 光偏振現象的觀察和檢驗一、實驗目的1.觀察光的偏振現象，了解偏振光的種類；2.掌握偏振光的產生及檢驗方法；3.了解波片的作用。二、實驗器材氦氖激光光源（1個），1/2波片（1片），1/4波片（1片），偏振片（2片）    ，底座（4個），光電轉換器（1個）。三、實驗原理（一）偏振光的種類光是電磁波，光的偏振現象表明光是一種橫波，即電磁振動方向與光的傳播方向垂直。光作為電磁波，光波中含有電振動矢量和磁振動矢量，就光與物質的相互作用而言，起主要作用的是電矢量，通常稱電矢量為光矢量。并將光矢量和光的傳播方向所構成的平面稱為光的振動面。

2、根據光矢量的振動狀態，可以把光分為五種偏振態，結合圖15-1認識下面幾種偏振態的概念：1.自然光：如果在垂直于光的傳播方向的平面內，光矢量的振動方向是無規則地變化著的，且發生在各個方向的概率均等，即各個方向的平均振幅相等,稱此種光為自然光。2.部分偏振光：如果某些方向光矢量的平均振幅較大，某些方向光矢量的平均振幅較小，則稱為部分偏振光。3.線偏振光：如果光矢量沿著一個固定方向振動，則稱此種光為線偏振光或稱平面偏振光。4.橢圓偏振光：光矢量的大小和方向都作規則的變化，在垂直于光的傳播方向的平面內，光矢量的矢端運動軌跡是橢圓，稱此種光為橢圓偏振光。5.圓偏振光：當橢圓偏振光中光矢量的大小不變，只是

3、方向作規則的變化，光矢量的矢端運動軌跡是圓，稱此種光為圓偏振光。 （二）線偏振光的產生1.用偏振片來獲取線偏振光偏振片是一種具有二向色性的晶體，所謂二向色性是指該晶體對兩個相互垂直振動的光矢量具有不同的吸收本領。當自然光通過二向色性晶體時，其中一方向的振動幾乎完全被吸收，則透射出來的光為線偏振光。2.反射和折射產生偏振光根據布儒斯特定律，當自然光以=arctan n的入射角入射到折射率為n的玻璃表面上時，其反射光為完全的線偏振光，振動面垂直于入射面，稱為布儒斯特角。此時透射光為部分偏振光，如果自然光以角入射到一疊平行玻璃片堆上，則經過多次反射和折射，最后從玻璃片堆透射出來的光也接近于

4、線偏振光。（三）波片、橢圓偏振光和圓偏振光如圖15-2所示，從單軸雙折射晶體上平行于光軸方向切下的薄片為波片。當一振幅為A的單色偏振光垂直入射到波片時，若光的振動面與波片光軸的夾角為角，則當其進入波片后分解為振動面相互垂直的O光和e光,其振幅分別為：，                             

5、                        開始時，這兩束光無光程差也無相位差，但由于它們在晶體內傳播的速度不相同，即O光和光的折射率(和)不同，因此穿過厚度為d的波片后就產生了光程差  與這一光程差相對應的振動相位差為 ，式中為入射光在真空中的波長。經過波片后光矢量振動方程為：， 根據圖15-2中取光線的方向為X軸方向，光軸為Z軸方

6、向，波片后表面為OYZ表面，則， 兩振動在OYZ面內的合振動滿足方程：       （15-1）對于某種單色光，通過控制波片的厚度d，能使光和O光產生不同的光程差。能使光和O光產生1/2波長光程差的波片稱為 1/2  波片；能使光和O光產生1/4波長光程差的波片稱為 1/4  波片；1.1/2  波片的作用1/2波片可以使光和O光產生1/2波長光程差，即，此時經1/2波片透射出來的光振動方程（15-1）轉換為： 可見，當線偏振光光矢以與波片光軸的夾角為的方向入射到1/2波片，在其后面出

7、射的光仍然是線偏振光，其光矢轉過了2角。2.1/4 波片的作用1/4片可以使光和O光產生1/4長光程差，即，此時合振動方程（15-1）轉換為：                              (15-3) 該方程為橢圓方程，表明線偏振光經過1/4波片后一般情況下為橢圓偏振光。但根據角的不同

8、又分為三種情況：（1）               或    顯然，此時光經過1/4波片后仍為線偏振光。（2）         或  式15-8可以寫成  此時光經過1/4波片后為圓偏振光。 （3）當線偏振光經過1/4波片后，出射光為橢圓偏振光。 四、實驗內容與步驟（一）線偏振光的產生與檢驗1.打開

9、激光源，在光源前面安裝偏振片A（起偏器），調節光源及偏振片高度，讓光源通過偏振片后照射到光電接收器的中心，微安表出現示數。2.轉動偏振片，透射出來的光強出現強弱的變化，這是因為激光源發出的是部分偏振光，因此需要轉動偏振片至光強最強，即使微安表達最大讀數。3.在偏振片前再安裝另外一個偏振片B(檢偏器），轉動檢偏器一周觀察電流的變化，把檢偏器調節至電流為零的位置即消光位，記下檢偏器上指針所指的位置B0。（二）觀察線偏振光通過1/2波片后的偏振態      4.在起偏器和檢偏器之間裝上1/2波片C（相對位置如圖15-4）,轉動波片使三者消光，即微安表

10、電流為零，記下波片上指針所指的位置C0。5.轉動1/2波片，并依次轉過15°、30°、45°、60°、90°，對應轉動檢偏器達到消光，分別記下檢偏器對應轉過的角度，把結果記入表15-1中。6.據實驗結果總結檢偏器轉過角度與起偏器轉過角度之間的關系，說明1/2波片的作用。（三）觀察線偏振光通過1/4波片后的偏振態      7.取下1/2波片，再次轉動檢偏器達到消光位置，并記下檢偏器指針位置。      8.在起偏器和檢偏器之間裝上1/4波片，同樣

11、轉動波片使三者消光微安表指零，記下波片上指針所指的位置。9.把1/4波片轉過任意角度，完整轉動檢偏器一周觀察電流變化情況，注意是否有消光位置，然后把1/4波片轉回到步驟8中記下的位置。10.以為起點，把1/4波片轉過30°，轉動檢偏器一周，每隔45°記錄一次微安表的讀數，并在表15-2中記錄結果。11.仍相對于位置，依次把1/4波片轉過45°、60°、90°，用步驟10中相同的方法在表15-2中分別記錄檢偏器轉動一周微安表的讀數。12.根據實驗數據，總結1/4波片轉過不同角度時，經過波片透射出來的偏振光類型，填入表15-2中。 

12、60;                                          五、數據記錄表15-1    1/2波片以C0為起始位置依次轉過角度檢

13、偏器以B0為起點相應轉過的角度     觀察結果：  表15-2                                       

14、;                          ：1/4波片相對轉過的角度：檢偏器B相對轉過以下角度所對應的光強（光電轉換量） 光的偏振類型                             &