偏振现象的观察与分析-预习版.ppt

偏振现象的观察与分析,制作人：王晓娟 物理实验教学中心,实验目的,1.观察光的偏振现象,了解产生偏振光的方法和检验方法。 2.了解波片的作用和用/4波片产生椭圆和圆偏振光及检验方法。,实验原理,光是电磁波，可由相互垂直的 电矢量E和磁矢量H来表征。 二者都垂直于光的传播方向 C，如图1所示。通常称E为光 矢量，并把光矢量和光的传播 方向组成的平面称为光的振动 面。单个原子或分子在没有间 歇的短时间(10-8秒)内发出的 光，其光矢量有固定方向，光 的振动面在空间是确定的。,一、偏振光的基本概念,若光矢量保持在一定平面内振动，称此平面为光矢量的振动面，这种振动状态称为平面偏振态。如果所有光矢量都在一个平面内振动称这种光线为线偏振光或平面偏振光。,平面偏振光,各种振动面的光出现的机会相等，沿同一振动面的原子光波列 的强度与振动面方向无关，称这种光为自然光。,自然光,自然光可以分解为两束相互独立的、等振幅的、振动方向相互垂直的线偏振光，这两线偏振光的光强等于自然光光强的一半。,部分偏振光：,如果将自然光中的两个垂直分量中的其中一个分量部分地削弱，所得的光线称为部分偏振光。,部分偏振光表示法：,圆偏振光和椭圆偏振光 其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规律的变化，而电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或原。这种光称为椭圆偏振光或圆偏振光。,当自然光入射到介质表面时，反射光和折射光都是部分偏振光。,光从折射率为 n1 的介质射向折射率为 n2 的介质时，当入射角满足,反射光中振动方向垂直入射面的成分比平行于入射面的成分占优势；,折射光中振动方向平行入射面的成分比垂直于入射面的成分占优势；,二、获得偏振光的方法 1.反射起偏器（或透射起偏器）,反射光就变为振动方向垂直于入射面的完全偏振光。而折射光仍为部分偏振光。,称为布儒斯特角，也成为偏振角,布儒斯特定律,理论实验表明：反射所获得的线偏光仅占入射自然光总能量的7.4%，而约占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中。,利用玻璃片堆可产生较强的透射偏振光。,为了获得强度较大的线偏振光，可采用玻璃片堆的办法。,若入射角以布儒斯特角 ， 入射到玻璃片堆上，经过多次反射，最后透射出来的光也就接近于平面偏振光，其振动面平行于入射面,2.利用偏振片的二向色性起偏,某些有机化合物晶体具有二向色性，即能有选择的吸收某一个方向的光振动，而只允许某个特定方向的光振动通过，自然光通过这种介质，就能去掉自然光中某一方向的光振动而形成偏振光。利用这种材料制成的偏振片可获得较大面积的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度。,3.利用晶体的双折射现象起偏,一束自然光穿过各向异性的晶体（如方解石晶体）时分成两束偏振光的现象称为双折射现象。,尼科尔棱镜：把自然光分成寻常光和非寻常光，然后利用全反射把寻常光反射到棱镜侧壁上，只让非寻常光通过，从而获得一束振动方向固定的线偏振光。,三、检验偏振光的方法,能够产生偏振光的器件称为起偏器，起偏器也可用作检偏器，用来鉴别光的偏振状态。,马吕斯定律：,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化,两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零,.,.,.,.,.,检偏器,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,自然光,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,.,.,.,.,.,检偏器,自然光,自然光通过旋转的检偏器，光强不变,四：波片介绍,：波片-相位延迟片 波（晶）片是光轴平行表面的晶体薄片,如上图（左）所示，一束单色平面偏振光垂直入射到一块波片上。当偏振光的电矢量振动方向和晶片的光轴成 角时，光分解为非常光（e光）和寻常光（o光），其中o光的光振动垂直于主截面， e光的振动位于主截面内。虽然非常光（e光）和寻常光（o光）在晶片内的传播方向一致，但它们在晶体中的传播速度却不相同。于是e光和o光通过晶片后，它们之间就产生固定的图位相差，即：,式中为单色光的波长，l为晶片的厚度，ne和no分别是e光和o光的折射率。,对波长为的单色光，如晶片厚度满足=(2k+1)， k=0，1， 2，3，则该晶片称为对波长为光的1/2 波片。 对波长为的单色光，如晶片厚度满足=(2k+1)/2， k=0，1，2，则该晶片称为对波长为光的1/4波片。,： 1/2和1/4波片,(2) 四分之一波片,实验内容,1.如何定波片（/2波片和/4波片）的光轴？ 2.平面偏振光通过/2波片后，偏振性质