關(guān)于光的偏振實驗第1頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三一、實驗?zāi)康?.學(xué)習(xí)線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)的獲取方法；2.驗證馬呂斯定律；3.學(xué)習(xí)檢驗線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)等的實驗過程；4.了解由計算機控制實驗的過程。第2頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三二、實驗儀器

激光器起偏器檢偏器1/4波片硅光電池第3頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三三、實驗原理偏振光和自然光橢圓偏振光波片第4頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三對于自然光，各方向的強度相等，Imax=Imin,P=0；對于完全偏振光，IP=I總，P=1；其他情形下的P值都比1小。偏振度的數(shù)值愈接近1，光束的偏振化程度就愈高。第5頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三2.橢圓偏振光在直角坐標系中，將橢圓偏振光的光矢量端點的軌跡用方程表示，則為：式中，Ex和Ey分別為光矢量E在x和y方向的分量

Ex=a1cosωt

Ey=a2cos(ωt+δ)第6頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三這橢圓內(nèi)接于一長方形，長方形各邊與坐標軸平行，邊長為2a1和2a2。可以證明，橢圓的長軸和x軸的夾角由下式?jīng)Q定tan2

=2a1a2cosδ/(a21-a22)式中，δ是振動方向平行于y軸的分量與振動方向平行于x軸的分量的位相差。第7頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三可見橢圓的形狀由相差δ和振幅比a2/a1決定。在兩種特殊情況下，電矢量的運動沿直線進行，因而光波為線偏振光。這兩種特殊的情況是：(1)δ=0或±2π的整數(shù)倍，這時方程式化為表示電矢量的運動沿著一條經(jīng)過坐標原點而斜率為a2/a1的直線進行；(2)δ=±π的奇數(shù)倍，這時方程式化為表示電矢量的運動沿著一條經(jīng)過坐標原點而斜率為-a2/a1的直線進行第8頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三還必須指出，當δ=±π/2和它們的奇數(shù)倍時，方程式化為：這是一個標準的橢圓方程，表示一個長短軸a1，a2與坐標軸x,y重合的橢圓。若在這種情況下同時有a1=a2=a，則由上式得到Ex2+Ey2=a2表示電矢量末端的運動描成一個圓，即為圓偏振光。第9頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第10頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三3.波片設(shè)晶片厚度為d，在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，兩者的光程差是：

Δ=｜no-ne｜d位相差是：

δ=2πλ｜no-ne｜d

這種能使光矢量互相垂直的兩束線偏振光產(chǎn)生相移的晶片叫做波片或移相片。第11頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三(1)1/4波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=｜no-ne｜d=(m+1/4)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫做1/4波片。當入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸成±45°角時，通過1/4波片后得到圓偏振光，否則將有可能得到橢圓偏振光或線偏振光(當與快軸或慢軸相一致時)。第12頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三(2)1/2波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=(m+1/2)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫半波片或1/2波片。圓偏振光通過半波片后仍為圓偏振光，但旋向改變；線偏振光通過半波片后自然是線偏振光，但光矢量的方向改變。設(shè)入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸(或慢軸)的夾角為α，通過晶片后光矢量向著快軸方向轉(zhuǎn)了2α角。第13頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三第14頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三四、實驗內(nèi)容本實驗是由計算機控制和采集數(shù)據(jù)的。其目的是使大家對計算機控制物理實驗的過程有個基本的了解，因為這種技術(shù)已在科學(xué)研究與生產(chǎn)實際中應(yīng)用得很普遍了。第15頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三1.驗證馬呂斯定律驗證馬呂斯定律實驗裝置圖首先放置好半導(dǎo)體激光器和光電池盒，調(diào)節(jié)等高共軸。第16頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三

(1)在激光器后放入起偏器(手動)，點擊菜單上的啟動圖標，隨即在工作區(qū)中開始繪出一條曲線。由于半導(dǎo)體激光器輸出的激光是偏振的，所以改變起偏器的通光方向，就會使光強變化。轉(zhuǎn)動起偏器，調(diào)節(jié)曲線的高度，至曲線較高，但不到1，不能使之飽和。第17頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三

(2)在起偏器和光電池盒之間，靠近后者放置檢偏器。選中與檢偏器相連電機的圖標。啟動，畫出一條曲線。選取“數(shù)據(jù)處理”菜單中的“讀取數(shù)據(jù)”項，系統(tǒng)彈出一讀數(shù)標志紅線和角度-光電流數(shù)據(jù)顯示窗，利用鍵盤上的箭頭鍵移動紅線至光電流值最大處。讀出相應(yīng)角度。利用“角度檢索”功能(點擊相應(yīng)圖標)，輸入對應(yīng)于光電流最大處的角度數(shù)，確認后即可將此角位置移動至坐標原點。再啟動檢偏器，測出曲線(0°～180°)。讀出90°～0°間每隔10°的角度θ和相應(yīng)光電流數(shù)據(jù)I。在坐標紙上畫出I/I0~cos2曲線。由實驗曲線驗證馬呂斯定律，給出驗證的結(jié)論。第18頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三2.波片對偏振光的作用

(1)在前面的實驗裝置上，轉(zhuǎn)動檢偏器使系統(tǒng)消光。放入1/4波片，并啟動相應(yīng)電機轉(zhuǎn)動波片，使系統(tǒng)重新消光。這表明波片并沒有對偏振光系統(tǒng)起作用，此時必定是波片的某光軸與線偏振光的振動面(起偏器的通光方向)夾角為0°。

(2)通過“角度檢索”依次轉(zhuǎn)動波片，使其光軸與原線偏振光的振動面(起偏器的通光方向)夾角為0°，30°和45°，每次都轉(zhuǎn)動檢偏器分別測出相應(yīng)的曲線。根據(jù)這些曲線的形狀，判斷線偏振光通過1/4波片后變成了哪種偏振光，并歸納出1/4波片對偏振光作用的一般性結(jié)論。第19頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三

(3)將1/4波片替換為1/2波片，采用同樣的實驗方法，測定1/2波片光軸與線偏振光的振動面夾角分別為0°和45°時的曲線，并以此判斷線偏振光通過1/2波長后發(fā)生了什么變化，歸納出1/2波片對偏振光作用的一般性結(jié)論。第20頁，講稿共22頁，2023年5月2日，星期三六、