光的偏振实验

光的偏振实验

实验目的：

1、 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法；

2、 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法。

仪器设备及编号：

SGP-2A型偏振光实验系统、AP-1型光电流放大器

实验原理：

1、 光波偏振态的描述：

一般用光波的电矢量（又称光矢量）的振动状态来描述光波的偏振。按光矢量的振动状态可把光波偏振态大体分成五种：自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。

2、 偏振片和马吕斯定律：

偏振片有一个透射轴（即偏振化方向）和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有光矢量振动方向与透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片。因此光波通过偏振片后，将变成光矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。

图一、线偏振光的产生和检测

将两个偏振片p1和p2平行放置（如图一），它们的偏振化方向分别用它们上面的虚线表示。当自然光垂直入射p1后产生线偏振光。又由于自然光中光矢量对称均匀，所以将p1绕光的传播方向慢慢转动时，透过p1的光强不随p1的转动而变化，但它只有入射光强的一半。再使透过p1形成的线偏振光入射于偏振片p2，这时如果将p2绕光的传播方向慢慢转动，则因为只有平行于p2透射轴方向的光振动才允许通过，透过p2的光强将随p2的转动而变化。当p2的偏振化方向平行于入射光的光矢量方向，好p1和p2的偏振化方向平行时，透过它的光强最强。当p2的偏振方向垂直于入射光的矢量方向，即p1和p2的偏振化方向垂直时，透过化的光强为零，称为消光。将p2旋转一周时，透射光光强出现两次最强，两次消光。这种情况只有在入射到p2上的光是线偏振光时才发生，因而这也就是成为识别入射光是线偏振光的依据。在这个方案中，我们把产生线偏振光的偏振片p1称为起偏器，用以分析光的偏振片p2称为检偏器。

当入射的线偏振光的光矢量振动方向与检偏器的偏振化方向成θ角时，若以i1表示入射线偏振光的光强，则透过检偏器后的光强I2为 I2=I1cos2θ，这就是马吕斯定律。

3、 波片和双折射

当一束自然光穿过各向异性的晶体（如方解石晶体）时分成两束线偏振光的现象称为双折射现象，如图二。其中的一条折射光服从折射定律，沿各方向的光的传播速度相同，各向折射率n。相同，且在入射面内传播，这一条光称为寻常光，简称o光。另一条折射光不服从折射定律，沿各方向的光的传播速度不相同，各向折射率ne不相同，并且不一定在入射面内传播，这一条光称为非常光，简称e 光。

图二、双折射现象

4、 反射起偏振和布儒斯特角

自然光在两种各向同性的电介质的分界面上反射和折射时，不仅光的传播方向要改变，而且偏振状态也要发生变化。一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中振动方向垂直入射面得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于入射面的成分比垂直入射面的成分占优势，见下图。

反射光的偏振化程度和入射角有关，当入射角等于某一特定值ib时，反射光是光振动垂直于入射面的线偏振光，这个特定的入射角ib 称为起偏振角，或称为布儒斯特角。当光线以起偏振角入射时，反射光和折射光的传播方向相互垂直，即ib+r=∏/2。根据折射定律有：

实验步骤：（具体细节详见实验书P65）

1、仪器检查。按照实验原理及要求来检查；

2、偏振片的特性和马吕斯定律的验证；

3、波片的特性研究；

4、布儒斯特角的测定。

实验数据及处理：

实验结论：

1、 由光强与角度的关系可以看出，马吕斯定律正立；

2、 半波片和1/4波片在|θ|=0，π/2时，经过波片后线偏振状态保持不变；半波片在其它角度时，经过波片后是线偏振光，但透射光振动方向于入射光关于光轴对称，相对于入射光转过2θ角。1/4波片在|θ|=π/4时，经过波片后是椭圆偏振光；

3、 实验测得布儒斯特角在56~57度之间；

误差分析：

疑难问题：

三种波的偏振状态

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/90cf5da04693daef5ef73dbd.html