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发布时间：2023-12-09 17:11:10 来源：文档文库
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-实验3.8偏振光的观测与研究
偏振光的理论意义和价值是，证明了光是横波。同时，偏振光在很多技术领域得到了广泛的应用。如偏振现象应用在摄影技术中可大大减小反射光的影响，利用电光效应制作电光开关等。【实验目的】
1．通过观察光的偏振现象，加深对光波传播规律的认识。2．掌握偏振光的产生和检验方法。3．观察布儒斯特角及测定玻璃折射率。4．观测圆偏振光和椭圆偏振光。【实验仪器】
光具座、激光器、光点检流计、起偏器、检偏器、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、带小孔光屏、钠光灯。【实验原理】
按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。在大多数情况下，电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场，因此常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振，光的这种偏振现象是横波的特征。
根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆〔或圆〕，这样的光称为椭圆偏振光〔或圆偏振光〕；假设电矢量的取向与大小都随时间作无规那么变化，各方向的取向率一样，称为自然光，如图3-26所示；假设电矢量在某一确定的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，那么称为偏振光。
1．获得偏振光的方法
〔1〕非金属镜面的反射，当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面〔如玻璃、水等〕上，反射光与折射光都将成为局部偏振光。当入射角增大到某一特定值φ0时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于射面，这时入射角φ称为布儒斯特角，也称起偏振角，由布儒斯特定律得：tan0n〔3-51〕其中，n为折射率。〔2〕多层玻璃片的折射，当自然光以布儒斯特角入射到叠在一起的多层平行玻璃片上时，经过屡次反射后透过的光就近似于线偏振光，其振动在入射面。
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图3-26自然光
26大学物理实验9
〔3〕晶体双折射产生的寻常光〔o光〕和非常光〔e光〕，均为线偏振光。〔4〕用偏振片可以得到一定程度的线偏振光。2．偏振片、波片及其作用
〔1〕偏振片
偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同而叫法不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫做检偏器。
按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：II0cos2
〔3-52〕
式中为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振化方向之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I发生周期性变化。当=0°时，透射光强最大；当时，透射光强为极小值〔消光状态〕；当0°<<90°时，透射光强介于最大和最小=90°之间。
自然光通过起偏器后可变为线偏振光，线偏振光振动方向与起偏器的透光轴方向一致。因此，如果检偏器的透光轴与起偏器的透光轴平行，那么在检偏器后面可看到一定光强，如果二者垂直时，那么无光透过，如图3-27所示。其中〔a〕图为起偏器透光轴P1与检偏器透光轴P2平行的情况；〔b〕图为起偏器透光轴P1与检偏器透光轴P2垂直的情况。此时透射光强为零，此种现象称为消光。在实验中要经常利用"消光〞现象来判断光的偏振状态。
图3-27偏振光
〔2〕波片
波片也称相位延迟片，是由晶体制成的厚度均匀的薄片，其光轴与薄片外表平行，它能使晶片的o光和e光通过晶片后产生附加相位差。根据薄片的厚度不同，可以分为1/2波长片，1/4波长片等，所用的1/2、1/4波长片皆是对钠光而言的。
当线偏振光垂直射到厚度为L，外表平行于自身光轴的单轴晶片时，那么寻常光〔o光〕和非常光〔e光〕沿同一方面前进，但传播的速度不同。这两种偏振光通过晶片后，它们的相位差φ为：
2π〔3-53〕noneL
其中，为入射偏振光在真空中的波长，no和ne分别为晶片对o光e光的折射率，L为晶片的厚度。
我们知道，两个互相垂直的，同频率且有固定相位差的简谐振动， 