偏振光研究实验.ppt

研究与设计性实验 光偏振特性的研究 实验要求 1 本实验为设计性实验 不实行单人单组 3人一组 2 实验报告要求与普通实验相同 3 在掌握实验原理的基础上 根据所提供的仪器 搭建实验装置 设计实验步骤 完成实验 4 实验时间 从今天起4周完成 在此期间有问题直接与我联系 一 实验目的 1 观察光的偏振现象 学会起偏 检偏的方法 熟悉偏振的基本规律 2 了解圆偏振光 椭圆偏振光的产生和检验 3 了解各种波片的作用原理 4 学习测量晶体的相位延迟 二 可提供的实验器材 半导体激光器 起偏器 检偏器 波片 光电探测器 光电流放大器及全套光具座等 三 本实验要掌握的物理知识 1 偏振光的基本概念2 获得线偏振光的方法3 利用1 4波片产生椭圆偏振光 圆偏振光的方法4 偏振光的检验方法5 偏振光的干涉原理及计算 1 偏振光的基本概念 光的偏振态有三类 完全偏振光 非偏振光 自然光 部分偏振光 完全偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 2 获得线偏振光的方法 起偏 偏振片 检偏 旋转偏振片 3 圆偏光 椭圆偏振光的产生方法 利用1 4波片 圆起偏器 起偏原理 如图所示 P的透振方向与晶体光轴夹角为45o 从 4片出射光的相位差 出射光为左旋圆偏振光 右旋圆偏振光 上面装置称为左旋圆起偏振器 假如P的透振方向与晶体光轴夹角为 45o 出射光为 装置称为右旋圆起偏振器 4片为方解石 若 4片为石英 结果与前面正相反 4 偏振光的检验方法 分三步 第一步 先用旋转的偏振片区分自然光 圆偏振光 部分偏振光 椭圆偏振光 和线偏光 第二步 将自然光和圆偏振光区分开 在偏振片前方加入 4片 旋转偏振片时 自然光 光强无变化 圆偏振光 光强有变化 且有消光现象发生 这样就把自然观和圆偏振光区分开了 第三步 将部分偏振光和椭圆偏振光区分开 在偏振片前方加入 4片 旋转偏振片 部分偏振光 光强有变化 且无消光现象发生 椭圆偏振光 光强有变化 且有消光现象发生 这时必须满足一定的条件 4片的光轴方向与椭圆偏振光的长轴方向相同 即入射光为正椭圆偏振光 因此在检验时 4片和检偏器要配合调整才能找到消光位置 干涉装置及干涉光强的计算 各元件作用 波晶片C产生o光和e光 振动方向垂直 有固定相位差 不相干 偏振片P2获取同方向光振动 形成相干光 5 偏振光的干涉原理及计算 由激光器所发出的激光 经过线起偏器 形成的线偏光 所形成的线偏光经过待测晶体 分解成为两列相互垂直的线偏振光 两列线偏光出射晶体后会产生一定的相位延迟 经过待测晶体出射的两列相互垂直且具有一定相位延迟的线偏振光一般合成为椭圆偏振光 设椭圆偏振光如图所示的两正交分量分别沿x y轴 其振辐分别为Ex0 Ey0相差为 y x 并设偏振片P的透振方向与x轴成 角度 为求得透过P的光强I0可将Ex0与Ey0在P的透振方向上的投影 得到 此二投影振动方向相同 有确定相差可以发生干涉 其最终强度为 这里和分别表示椭圆偏振光中两个正交分量的强度 所以 将上式中I看作 的函数 并令 可求得光强取极大和极小时的光强 以及对应的方位角和 并可证明 1和 2相差 2 即此两个方向互相垂直 它们分别相应于椭圆的长轴方向和短轴方向 实际中首先确定某一个方向为x方向 记录此时的方位角 1 以及光强Ix 将偏振片旋转900 记录此时的方位角 以及光强Iy 旋转检偏器寻找极值点 并且测量出极值点处光强IM或Im 及此时的刻度 2 将IM或Im Ix Iy 以及 代入下式 即可求出相位延迟 四 本实验所要研究的主要内容 1 起偏和检偏 线偏振光的产生与鉴别 观察线偏振光通过旋转的偏振片的现象 给出线偏光的产生与鉴别方法 2 圆偏振光和椭圆偏振光的产生与鉴别 搭建圆偏振光和椭圆偏振光的产生与鉴别的实验装置 给出圆偏振光和椭圆偏振光的产生与鉴别方法 3 验证马吕斯定律 搭建验证马吕斯