大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)- 光的偏振

1、1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)2727光的偏振光的偏振一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對(duì)光的偏振的理解。2、了解偏振光的產(chǎn)生及其檢驗(yàn)方法。3、觀測(cè)布儒斯特角，測(cè)定玻璃折射率。4、觀測(cè)橢圓偏振光與圓偏振光。5、了解12波片和14波片的用途。二、實(shí)驗(yàn)原理二、實(shí)驗(yàn)原理1、光的偏振狀態(tài)光是電磁波，它是橫波。通常用電矢量E表示光波的振動(dòng)矢量。(1)自然光其電矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)任意取向，各個(gè)方向的取向概率相等，所以在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里（105秒

2、已足夠了），各取向上電矢量的時(shí)間平均值是相等的，這樣的光稱為自然光，如圖27l所示。(2)平面偏振光電矢量只限于某一確定方向的光，因其電矢量和光線構(gòu)成一個(gè)平面而稱其為平面偏振光。如果迎著光線看，電矢量末端的軌跡為一直線，所以平面偏振光也稱為線偏振光，如圖272所示。(3)部分偏振光電矢量在某一確定方向上較強(qiáng)，而在和它正交的方向上較弱，這種光稱為部分偏振光，如圖273所示。部分偏振光可以看成是線偏振光和自然光的混合。(4)橢圓偏振光迎著光

3、線看，如果電矢量末端的軌跡為一橢圓，這樣的光稱為橢圓偏振光。橢圓偏振光可以由兩個(gè)電矢量互相垂直的、有恒定相位差的線偏振光合成得到。(5)圓偏振光迎著光線看，如果電矢量末端的軌跡為一個(gè)圓，則這樣的光稱為圓偏振光。圓偏振光可視為長(zhǎng)、短軸相等的橢圓偏振光。圖274橢圓偏振光3(275)21AyAx?合振動(dòng)矢量末端運(yùn)動(dòng)軌跡是上述矩形的對(duì)角線，與y軸的夾角為。這就是說，相互垂直的、同相位的兩線偏振光合成后仍為線偏振光，但E振動(dòng)有新的取向。?②當(dāng)（

4、k=012…）時(shí)，(274)式變?yōu)??)12(???k(276)21AyAx??(276)式表明，相互垂直的、相位相反的兩線偏振光合成后也是線偏振光，E振動(dòng)方向與y軸的夾角也是?，但在y軸的另一側(cè)。③當(dāng)（k=012…）時(shí)，(274)式變?yōu)?)12(?????k(277)1222212??AyAx此時(shí)，合振動(dòng)矢量末端運(yùn)動(dòng)軌跡是正立在上述矩形內(nèi)的橢圓。即相互垂直的、相位差是的兩線偏振光合成為橢圓偏振光，橢圓的長(zhǎng)半軸和短半軸分別等于兩線偏振光

5、的振幅。2?④根據(jù)情況③，且A1=A2=A，則(274)式變?yōu)?22Ayx??(278)即振幅相等的、相互垂直的、相位差是的兩線偏振光合成為圓偏振光。2?(2)雙折射晶體光軸e光o光圖277雙折射一束自然光在入射到某些各向異性晶體上時(shí)，能夠被分成振動(dòng)方向相互垂直的兩束線偏振光，分別稱為e光和o光。它們以不同的速度、沿不同的方向在晶體內(nèi)傳播，如圖277所示。這種現(xiàn)象稱為雙折射，這些晶體稱為雙折射晶體，如方解石、石英等。方解石，稱“負(fù)晶體”

6、，石英稱“正晶體”。在雙折射晶體內(nèi)有一個(gè)被稱為光軸0nne?0nne?的特殊方向。光線在晶體內(nèi)沿光軸傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射；平行于光軸傳播時(shí)，e光和o光沿同一方向傳播不再分離，但傳播速度仍是不同。把雙折射晶體沿光軸切割并磨制成平行平板，這就是波片。一束線偏振光垂直入射到波片表面，被分解成e光和o光。e光的E矢量振動(dòng)方向平行于光軸，o光的E矢量振動(dòng)方向垂直于光軸，入射時(shí)它們之間的光程差為零，相位差。因?yàn)閑光和o光傳播速度不同，當(dāng)從波片的第二

7、表面出射時(shí)，它們之間就有了光程差，相位差也不再為零。在選定0?????了晶體之后，對(duì)于某一波長(zhǎng)的單色光，只取決于波片的厚度即??（279）??Lnneo??????2式中的是單色光波長(zhǎng)，和是o光和e光的折射率，L為晶片厚度。?onen由于o光、e光的振動(dòng)方向相互垂直，取e光軸為x方向，沿x軸、y軸的光矢量分別為Ex和Ey，則有（2710）???????22222sincos2oeyxoyexAAEEAEAE因此，根據(jù)（2710）式，就有