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偏振光的研究 林巨中国海洋大学物理实验教学中心 光的偏振 大学物理实验 偏振光的研究 实验目的 1 观察光的偏振现象 加深对偏振光的理解 验证马吕斯定律 2 认识 了解产生和检验偏振光的器件及其作用 3 掌握产生和检验线偏振光 椭圆偏振光和圆偏振光的原理和方法 大学物理实验 大学物理实验 一 光的偏振 z k 实验原理 光的干涉 衍射 光的偏振 大学物理实验 电矢量e 随时间改变 线偏振光 至 圆偏振光 自然光 部分偏振光 实际上 部分偏振光包含线偏振光与自然光 随时间不变 椭圆偏振光 为两分量之相位差 大学物理实验 由构成自然光源 如日光 各种照明灯等 的大量分子或原子发出的光波的合成 这些分子或原子的热运动和辐射是随机的 它们所发射的光振动 出现在各个方向的几率相等 二互相垂直方向是任选的 自然光 大学物理实验 某一方向的光振动比与之垂直方向上的光振动占优势的光为部分偏振光 部分偏振光 大学物理实验 偏振光 平面偏振光 线偏振光 完全偏振光 光振动只沿某一固定方向的光 光传播方向 横截面 大学物理实验 椭圆偏振光 大学物理实验 圆偏振光 线偏振光 圆偏振光都是椭圆偏振光在特殊情况下的表示 大学物理实验 实验原理 二 平面偏振光的产生 1 由反射和折射产生偏振 自然光入射到透明介质 如玻璃 表面 其反射光和折射光一般为部分偏振光 反射光接近于完全偏振光 其偏振面垂直于入射面 该入射角称为布儒斯特角 大学物理实验 2 由二向色性晶体的选择吸收产生偏振 二向色性 某些物质能吸收某一方向的光振动 而只让与这个方向垂直的光振动通过 这种性质称二向色性 偏振片 涂有二向色性材料的透明薄片 上述特殊方向称为偏振片的偏振化方向 大学物理实验 大学物理实验 3 由晶体双折射产生偏振 某些各向异性透明晶体 如方解石 石英等 沿不同方向其光学特性有所不同 一束单色光入射于这种晶体时会产生两束平面偏振光 o光 e光 并以不同的速度在晶体内传播 称为双折射现象 o光 满足折射定律 称为寻常光 e光 不满足折射定律 称为非常光 尼科耳 nicol 棱镜 大学物理实验 实验原理 三 马吕斯定律 自然光通过起偏器p1时 成为光强为i0的线偏振光 在通过检偏器p2时 则从p2透出光强i与两偏振片偏振化方向之间的夹角 有关 其关系为马吕斯 malus 定律 它表示改变角可以改变透过检偏器的光强 大学物理实验 四 移相器件 波片和圆偏振光 椭圆偏振光的产生 实验原理 波晶体中还存在一个特定的方向 当光从这个方向上进入材料时不会分成两束 符合一般的折射定律 这个特殊的方向就是材料的光轴方向 大学物理实验 1 4波片 1 2波片或半波片 线偏振光通过后仍为线偏振光 但其振动面相对于入射光的振动面转过角 线偏振光通过后可合成椭圆偏振光 圆偏振光 线偏振光 大学物理实验 实验仪器 光学实验导轨 二维可调半导体激光器 激光功率指示计 偏振片 1 4波片 白屏 大学物理实验 实验内容 1 起偏与检偏 观察起偏器与检偏器的偏振化方向变化时光斑强度的变化 2 验证马吕斯定律 记录起偏器与检偏器的偏振化方向夹角每变化10时光斑强度的变化 并作图 3 用1 4波片产生圆偏振光与