光的偏振实验

(2)1/2波片 如果波片产生的光程差
Δ=(m+1/2)λ 式中m为整数。这样的波片叫半波片或1/2波 片。圆偏振光通过半波片后仍为圆偏振光， 但旋向改变；线偏振光通过半波片后自然是 线偏振光，但光矢量的方向改变。设入射的 线偏振光的光矢量与波片的快轴(或慢轴)的 夹角为α，通过晶片后光矢量向着快轴方向 转了2α角。
六、讨论问题 1.请说出获得偏振光的几种不同的方法。 2.如何判断线偏振光?怎样确定它的偏振方向? 3.如何区别圆偏振光与自然光? 4.怎样区别部分偏振光与椭圆偏振光?
光的偏振实验
王 峰 讲师
理学院物理实验教学中心
一、实验目的
➢ 1.学习线偏振光、椭圆偏振光(包括圆偏振 光)的获取方法；
➢ 2.验证马吕斯定律； ➢ 3.学习检验线偏振光、椭圆偏振光(包括圆
偏振光)等的实验过程； ➢ 4.了解由计算机控制实验的过程。
二、实验仪器 ➢激光器 ➢起偏器 ➢检偏器 ➢1/4波片 ➢硅光电池
量端点的轨迹用方程表示，则为：
E
2 x
a12

E
2 y
a22
2
ExEy a1a2
cos

sin2
式中，Ex和Ey分别为光矢量E在x和y方向的分量
Ex=a1cosωt Ey=a2cos(ωt+δ)
这椭圆内接于一长方形，长方形各边与坐标轴平行， 边长为2a1和2a2。可以证明，椭圆的长轴和x轴的夹
四、实验内容 本实验是由计算机控制和采集数据的。
其目的是使大家对计算机控制物理实验的过 程有个基本的了解，因为这种技术已在科学 研究与生产实际中应用得很普遍了。
1.验证马吕斯定律
验证马吕斯定律实验装置图 首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。
(1)在激光器后放入起偏器(手动)，点 击菜单上的启动图标，随即在工作区中开 始绘出一条曲线。由于半导体激光器输出 的激光是偏振的，所以改变起偏器的通光 方向，就会使光强变化。转动起偏器，调 节曲线的高度，至曲线较高，但不到1，不 能使之饱和。
三、实验原理
➢偏振光和自然光 ➢椭圆偏振光 ➢波片
P I Imax Imin I总 Imax Imin
对于自然光，各方向的强度相等， Imax=Imin,P=0；对于完全偏振光，IP=I总， P=1；其他情形下的P值都比1小。偏振度 的数值愈接近1，光束的偏振化程度就愈 高。
2.椭圆偏振光 在直角坐标系中，将椭圆偏振光的光矢
(2)通过“角度检索”依次转动波片，使其光轴 与原线偏振光的振动面(起偏器的通光方向)夹角为 0°，30°和45°，每次都转动检偏器分别测出相应 的曲线。根据这些曲线的形状，判断线偏振光通过 1/4波片后变成了哪种偏振光，并归纳出1/4波片对偏 振光作用的一般性结论。
(3)将1/4波片替换为1/2波片，采用同样的 实验方法，测定1/2波片光轴与线偏振光的振 动面夹角分别为0°和45°时的曲线，并以此 判断线偏振光通过1/2波长后发生了什么变化， 归纳出1/2波片对偏振光作用的一般性结论。
Δ=｜no-ne｜d 位相差是：
δ=2πλ｜no-ne｜d 这种能使光矢量互相垂直的两束线偏振 光产生相移的晶片叫做波片或移相片。
(1)1/4波片 如果波片产生的光程差
Δ=｜no-ne｜d=(m+1/4)λ 式中m为整数。这样的波片叫做1/4波片。当入 射的线偏振光的光矢量与波片的快轴成±45° 角时，通过1/4波片后得到圆偏振光，否则将有 可能得到椭圆偏振光或线偏振光(当与快轴或慢 轴相一致时)。
(2)在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检 偏器。选中与检偏器相连电机的图标。启动，画出 一条曲线。选取“数据处理”菜单中的“读取数据” 项，系统弹出一读数标志红线和角度-光电流数据显 示窗，利用键盘上的箭头键移动红线至光电流值最 大处。读出相应角度。利用“角度检索”功能(点击 相应图标)，输入对应于光电流最大处的角度数，确 认后即可将此角位置移动至坐标原点。再启动检偏 器，测出曲线(0°～180°)。读出90°～0°间每隔 10°的角度θ和相应光电流数据I。
1
这是一个标准的椭圆方程，表示一个长短轴a1，a2与 坐标轴 x, y 重合的椭圆。若在这种情况下同时有
a1=a2=a，则由上式得到 Ex2+Ey2=a2 表示电矢量末端 的运动描成一个圆，即为圆偏振光。
wenku.baidu.com3.波片
设晶片厚度为d，在晶片中o光的光程是 nod，e光的光程是ned，两者的光程差是：
角由下式决定tan2 =2a1a2cosδ/(a21-a22)
式中，δ是振动方向平行于y轴的分量与振动方向平 行于x轴的分量的位相差。
可见椭圆的形状由相差δ和振幅比a2/a1决定。在两种特 殊情况下，电矢量的运动沿直线进行，因而光波为线
偏振光。这两种特殊的情况是：
(1)δ=0或±2π的整数倍，这时方程式化为
在坐标纸上画出I/I0~cos2曲线。由实验曲线验
证马吕斯定律，给出验证的结论。
2.波片对偏振光的作用 (1)在前面的实验装置上，转动检偏器使系统消光。
放入1/4波片，并启动相应电机转动波片，使系统重 新消光。这表明波片并没有对偏振光系统起作用， 此时必定是波片的某光轴与线偏振光的振动面(起偏 器的通光方向)夹角为0°。
Ey

a2 a1
Ex
表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为
a2/a1的直线进行； (2)δ=±π的奇数倍，这时方程式化为
Ey


a2 a1
Ex
表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为 -a2/a1的直线进行
还必须指出，当δ=±π/2和它们的奇数倍时，方程式
化为：
E
2 x
a12

E
2 y
a22