光學(xué)偏振說 明書

1、光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光是一種波動但這些現(xiàn)象還不能告訴我們光是縱波還是橫波，光的偏振現(xiàn)象清楚的顯示了光的橫波性。歷史上，早在光的電磁理論建立以前，在楊氏雙縫實驗成功以后不多年，馬呂斯（E.L.Malus）于1809年就在實驗上發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。實驗?zāi)康膶嶒災(zāi)康?驗證馬呂斯定律；2產(chǎn)生和觀察光的偏振狀態(tài)；3了解產(chǎn)生與檢驗偏振光的元件和儀器；4掌握產(chǎn)生與檢驗偏振光的條件和方法。實驗原理實驗原理光波是一種電磁波，電磁波是橫波，光波中的電矢量

2、與波的傳播方向垂直。光的偏振現(xiàn)象清楚的顯示了光的橫波性。光波的電矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的傳播方向c（圖1）。通常用電矢量E代表光的振動方向，并將電矢量E和光的傳播方向c所構(gòu)成的平面稱為光振動面。我們知道光有五種偏振狀態(tài)，即線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光、自然光和部分偏振光。在傳播過程中，電矢量的振動方向始終在某一確定方向的光稱為平面偏振光或線偏振光（圖2a）。光源發(fā)射的光是由大量分子或原子輻射構(gòu)成的。單個原子或分子輻射的

3、光是偏振的，由于大量原子或分子的熱運動和輻射的隨機性，它們所發(fā)射的光的振動面出現(xiàn)在各個方向的幾率是相同的。一般說，在106秒內(nèi)各個方向電矢量的時間平均值相等，故這種光源發(fā)射的光對外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光（圖2b）。在發(fā)光過程中，有些光的振動面在某個特定方向上出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時間內(nèi)電矢量在某一方向上較強，這樣的光稱為部分偏振光（圖2c）。還有一些光，其振動面的取向和電矢量的大小隨時間作有規(guī)律的變化，電矢量末端在垂直于

4、傳播方向的平面上的軌跡是橢圓或圓，這種光稱為橢圓偏振光或圓偏振光（圖3a）。其中線偏振光和圓偏振光又可看作橢圓偏振光的特例。橢圓偏振光可看作是兩個沿同一方向z傳播的振動方向相互垂直的線偏振光的合成：如圖1所示：（1）)cos(kztAExx???EcH圖1E，H，c三者之間的關(guān)系圖2線偏振光、自然光及部分偏振光abcExEyEyxAxAy圖3a橢圓偏振光的合成自然光經(jīng)過偏振片，其透射光基本上變?yōu)榫€偏振光，這是由于偏振片具有選擇吸收性的緣

5、故，入射光波中，電矢量E垂直于偏振片透光方向的成分被強烈吸收，而E平行于透光方向的分量則吸收較少。二波晶片波晶片利用單軸晶體的雙折射，所產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光）都是線偏振光。前者的E垂直于o光的主平面（晶體內(nèi)部某條光線與光軸構(gòu)成的平面），后者的E平行于e光的主平面。波晶片是從單軸晶體中切割下來的平面平行板，其表面平行于光軸。當(dāng)一束單色平行自然光正入射到波晶片上，光在晶體內(nèi)部便分解為o光與e光。o光電矢量垂直于光軸，e光電矢量

6、平行于光軸。而兩者的傳播方向不變，仍都與界面垂直。但o光在晶體內(nèi)的波速為voe光為ve，即相應(yīng)的折射率no、ne不同。設(shè)晶片的厚度為L則兩束光通過晶片后就有位相差：（4）Lnneo)(2?????其中?為光波在真空中的波長。?＝2k?的晶片，稱為全波片；?＝2k???時，為半波片；?＝2k???2為四分之一波片；三偏振光的檢測偏振光的檢測鑒別光的偏振態(tài)的過程稱為檢偏，它所用的裝置稱為檢偏器。實際上，起偏器和檢偏器是通用的。用于起偏的偏振

7、片稱為起偏器，用于檢偏的稱為檢偏器。按照馬呂斯定律，強度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強度為：（5）?20cosII?式中?為入射光偏振方向與檢偏器的偏振軸之間的夾角。顯然，當(dāng)以光線傳播方向為軸轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光強度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)?＝0時，透射光強度為極大值；當(dāng)?＝90?時，透射光強度為極小值，我們稱之為消光狀態(tài)，接近于全暗；當(dāng)0?90?時，透射光強度I介于最大值和最小值之間。因此，根據(jù)透射光強度變化的情況，可以區(qū)別線