最新实验讲义-偏振与双折射实验-.9教学讲义ppt

问题： 光波是不是横波？!
现在可以解释实验1、2了 实验1：
这是因为入射光是自然光。
实验2:
A//B
偏振片透明 绕轴旋转900， 情况不变。
偏振片透明
偏振片全黑
入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
AB
B 绕轴旋转， 强度发生变化
3. 如何由自然光获得线偏振光？ 利用选择吸收获得线偏振光
5
4
3 2
7 4
(2k1) 2
为正椭圆
2
A1=A2为圆
k为偶数，振动方向不变 。 k为奇数振动方向改变 2 。
对光振动：
Ex E1cos(t1) Ey E2cos(t2)
若相同， 恒定，振动方向互相垂直，且
k 合振动为
讨论
任一椭圆
(2k1) 2
E1E2
正椭圆 圆
10 自然光在双折射晶体中
产生的 o 光、e 光叠加，
d(n0ne)(k 2 k 1) 2 m maxik n 1 ,2 ,
从 P2 出来的光强：
I 2 A 1 2sin 2c o s2 1 c o s4
实验仪器
冰洲石 激光器 偏振片 1/4波片 1/2波片 激光接收器 数字光电检流计
注意事项
1.眼睛请勿直视激光。 2.每个器件非常昂贵，请务必小心。
实验讲义-偏振与双折射实验2012.9
实验原理
§1 偏振光与自然光 1. 光的偏振现象： 偏振是横波特有的现象，如机械横波：
缝阑转 90 0 后 波不能通过— — 偏振现象.
如光波能发生这种现象，就是横波。
实验1：演示
偏振化方向
偏振片
观察太阳光， 看到偏
振片透明，将偏振片转过 900后 ，情况不变。
0光e光从b面出射时，
光程差和位相差分别为：
dn0dne
2
2d(n0ne)
若k
k 1,2, k0
* k 时晶片出来的光是椭圆偏振光，
=45 0 时，Ae=A0 ，是圆偏振光。
* = k 时，(k=1,2…) 仍为线偏振光。
k为偶数，振动方向不变 。
k为奇数振动方向改变 2 。
2. 波晶片： （ 1/2 波片 1/4 波片）
对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率
3. 几个概念
（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。
（2）晶体的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。 （3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。
注意：
10 o 光 e 光的主平面不一定相同 20 主平面，主截面不一定相同。
（1） /2 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /2。
d(n0 ne)2
d 2(n0 ne)
d(n0ne)2 符合
k
入射光是线偏振光时，从 /2 波片中出来 仍是线偏振光。
（2） /4 波片：晶片的厚度为 d ，使光程差为 /4。
d(n0 ne)4
d
4(n0 ne)
d(n0ne)2 符合 k
(2k1) k'
2 2 出来的是线偏振光
3. 偏振光的干涉
研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉
P1、P2 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：
P1
C
0 A1 e
负晶体 P2
a
d
b
从 C 出射的 o 光、e 光 能否产生干涉？a
不能！O光、e光振动方向互相垂直，A 1
c
不是相干光。 偏振片P2 附加位相差
20 由马吕斯定律知
900,2700Imin0
§ 3 光的双折射现象
1. 晶体对光的双折射现象 方解石 CaCO3
CaCO3
oe
2. 双折射现象产生的原因
0光：寻常光 线， 遵循折射定律
e光：非常光 线 ，
不遵循折射定律
各向同性的介质各方向对光的 折射率n相同，不产生双折射
但CaCO3等类各向异性晶体
A10
A1e
从 C 出射的 o 光、e 光通过 P2后
才会产生通常意义下的干涉。 A20
b A2e
P1
C
0A1 e
P2
a
d
b
*晶面上O光、 e光 的位相相同。
*从晶体中出来后，O光、
e光位相差为
2
d(n0ne)
*偏振片P2 附加位相差 。
总
2d(n0
ne)
2kmaxk 1 ,2 , (2k1)min
ve
在垂直于光轴 的方向上：
负晶体
ve (max)
ne (min)
ne (min) 晶体的主折射率
4. 用惠更斯原理解释双折射现象
0e
0e
0
重要！
0e
e
5. 利用双折射获得线偏振光
（1）尼科尔棱镜 （用方解石粘结而成，得到 e 光）
e
e
68 0
o
方解石 n01.658 加拿大树胶 n 1 . 55
2
入射光是线偏振光时，从 /4 波片中出来是椭圆偏振光。
讨论
10 /2 波片、 /4 波片是对一定的 而言的。
20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、 而椭圆和圆偏振光两垂直成分有恒定相位差。
30自然光、部分偏振光通过/2 、 /4 波片仍然是 自然光或部分偏振光。
40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4 波片的光 轴时）经1/4 波片后，两垂直成分位相差为
能否产生椭圆偏振光？
oe
不能！出射光仍为自然光。
20 由线偏振光在双折射晶体中分成的 o 光、 e 光 可能
产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有
恒定位相差。
获得椭圆和圆偏振光的光路图
M
AC
Ao
Ae
oe
M'
C'
光轴
d
A A0
主平面
Ae 光轴 a
Ae Acos
d b
Ao Asin
n0 ne
ne1.486
（2）格兰——汤姆逊棱镜（略，得到 o光）
§4 波晶片
1. 椭圆偏振光与圆偏振光的产生 回顾互相垂直的机械振动的合成
x A 1 co t s 1 ) ( y A 2 co t s 2 ) (
为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆
k
k 0,1,2,
2 为直线
0
4
3
2
4
k
为椭圆
偏振化方向 M
偏振片的起偏 与检偏作用
M'
起偏器
N
N'
检偏器
§ 2 马吕斯定律
研究透射光的强度
讨论
I0 A02
IA2
I I0
A A022
A02cA0o22s
I I0 cos 2
10 若自然光在 a 的前方强度是 I0 ，则过 a 后的强度是
( I0 2 )
0,1800 Ima x I0
o 光的振动方向 o 光的主平面
e 光的振动方向 // e 光的主平面 重点研究：入射光在主截面内的情况
入射光在主截面内 ，则o、e光在主截面内。 o、e光主平面就与主截面为同一平面。
o 光振动方向 e光振动方向
（4） 负晶体
负晶体
v0 ve , n0 ne
n0 常数 ne变化
v0
n c v