实验七偏振现象的观测与分析

实验七 偏振现象的观测与分析

一、实验目的

1 观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解；

2 掌握产生和检验偏振光的原理和方法。

二、实验仪器

氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜

三、实验原理

1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件，

称检偏器。按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差ΔΦ，当ΔΦ＝k π （k ＝0，±1，…）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当ΔΦ＝（2k ＋1）π/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 ΔΦ≠k π和ΔΦ≠（2k ＋1）π/2 时则为椭圆偏振光。如图1所示。

（其中点表示垂直于纸面振动的光，直线为平行于纸面振动的光）

2 偏振片：对某一方向的光有强烈的吸收，而对与之垂直的光振动则吸收很少，这样的波

片称偏振片。因此偏振片基本上只允许某一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。

3 由晶体双折射产生偏振

一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o 光，一束e 光。

O 光遵从折射定律，e 光不遵从折射定律。

光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。

主平面：由光线和光轴组成的平面。O 光的光振动垂直与主平面，e 光的光振动在主平

面内。

4 半波片的原理

如图（2）所示，当振幅为A 的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为α，则在晶片表面上o 光和e 光的振动分别为Asin α 和Acos α，它们的相位相同，进入晶片后，o 光和e 光虽然沿同一方向传播，但具有

不同的速度，因此，经过厚度为d 的晶片后，o 光和e 光之间将产生相差δ。而且有：

自然光： 部分偏振光： 线偏振光： 图1

d n n

e o )(2-=λπ

δ

式中λ表示光在真空中的波长，no 和ne 分别为晶体中o 光和e 光的折射率。若晶片的厚度使产生的相差δ＝（2k ＋1）π，k ＝0，1，2，…，这样的晶片称为半波片。

四、实验步骤

1、 固定N1转动N2，观察白屏上出现的现象；

2、 调节N1和N2正交，在N1, N2间平行放置半波片，以光线方向为轴将半波片转360度，记录出现消光的次数和相对N2的位置；

3、 使N1, N2正交，半波片的光轴和N1成α(10º或15º)角，转动N2使之再次消光，记录N2的位置，改变α角，每次增加10º或15º，同上测量，直至＝90º；

4、 记录以上步骤中所观察的现象。

五、问题与讨论

1、 起偏器和检偏器是不同的器件吗？

2、 半波片和半波带有什么区别？

这个问题的关键在于波片的光轴和起偏器偏振轴平行，线偏振光经过后不改变偏振方向。我们知道线偏振光经过1/2波片偏振方向是要关于光轴（或者快轴，或者慢轴）对称的。当线偏振光偏振方向平行或者垂直与快轴或者慢轴时，波片不起改变偏振态的作用，不仅1/2波片如此，其它波片也这样。

光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象.光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865~1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象 .按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直。实际中最常见的光的偏振态大体为五种，即自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏娠光和椭圆偏振光。自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动。起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。

偏振光在科研和生活各个方面得到了广泛的应用。例如利用透振方向与线偏振光振动方向垂直的检偏器会使线偏光消光的特点所设计汽车的前灯和前窗玻璃，既可看清自己车灯发出的光，又可消除迎面来车的灯光；利用线偏振光通过旋光物质后，偏振光的振动面会发生旋转这个特性制作的旋光计可以用来测量糖溶液的浓度；在广泛使用的计算器、液晶显示器所采用液晶显示技术中也利用到了光的偏振。

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