(完整版)偏振光的测定实验.

i •••• 1 •••• n 1
i2• •
n 2
反射光和 折射光
部分偏振光
在特殊 条件下
获得线偏振光的一种方法
线偏振光
两个部分偏振光是什么样的部分偏振光？
反射光的偏振现象是马吕斯在1808年发 现的。实验表明：
(1)反射光是垂直于入射面方向振动的 光矢量较强的部分偏振光。
Hale Waihona Puke Baidu
(2)折射光是平行于入射面方向振动的
偏振光的振动方向垂直于光轴， 波片的光轴 另一个平行于光轴。
o光和e光在波片中所经历的光程不同
o光经过的光程：no d e光经过的光程： ne d
••••••
vv oe
d
• 相位差
2
(no ne )d
相位差取决于波 长和波片厚度。
在实际中，最常用的波片是1/4波片和1/2波片，
当 2，
称为1/4波片
二、波片
波晶片或相位延迟片
晶体的一个最主要的普遍性质——各向 异性。在光学中，主要是指光沿不同方向具 有不同的传播速率，也就是对于不同方向， 相应的折射率不同。
• 晶体具有双折射现象
•双折射现象
方解石 自然光
e光
O光
双双折折射射
双折射现象——同一束光线通过折射后 分为两束的现象
波片：
一片单轴晶体的平行平面板，其光轴与表 面平行。
第三轮实验
1、偏振现象的观测与分析（实验十） 2、迈克耳孙干涉仪的调节和使用（实验十四）
实验十 偏振现象的观察与分析
光波是横波，具有偏振性。 光矢量 = 电场强度矢量
相关基础知识——振动与波
补充知识：
•E
1.平面偏振光(线偏振光)：光矢量 E的振动方向始终在某一方向上。
垂直于图面向 外传播的线偏
He Ne激光
P1 偏振片
P2 偏振片 波片
i •••• 10 •••• n 1
i2••
n 2
所以 i10 i2 90 0
反射光与折射光互相垂直
实验十一.偏振现象的观察与分析
一.预习要求：阅读实验十一.P.124~P.131 二.说明： 1.本实验中练习二的内容不做。 2.本实验使用的偏振器件是人造偏振片(聚乙烯
醇材料)，它的出射光不是完全线偏振光(偏振 度P1)。 3.本实验使用的波片质量较差，不是用石英、 方解石做成，而是云母类材料，因此，1/2波 片、1/4波片的误差较明显。 4.针对2、3情况，我们对实验进行了改进。
vv oe
d
••••••
vv oe
d
当一束平行线偏振光光束垂直入射到波片
上，将分解成的o光和e光，o光和e光沿同一方 向传播，但它们的传播速度不同，分别为vo和ve， 折射率分别为no和ne。
波片有一个特殊方向，称之为
光轴。它使入射的线偏振光分 成相互垂直的具有一定位相差
•
的两个线偏振光。其中一个线
为止，记下玻璃平板的角度 2。
2.观察平面偏振光透过半波片后的偏振态
He Ne激光
P1 偏振片
P2 偏振片
波片
D 白屏
• 分别观察平面偏振光的振动面与1/2波片的光轴 之间的夹角为300、450、900时，波片的出射光 的偏振态，验证1/2波片使入射的平面偏振光的
振动面转过2 角。
（用白屏接受）
• 线偏振光的图示法
振光
(a)
k
(b)
k
振动方向
振动面
传播方向
2、自然光
• 光矢量对称分布 在与传播方向垂直的平面内，
在所有可能的方向上，E的振幅 都相等，这样的光称为自然光。
总可以分解成两个互相垂直
的、振幅相等的、彼此独立的光
振动。它们之间不存在确定的相
位关系，并各占自然光总光强的
一半。
I Ix Iy 2
三.实验内容 1.测定玻璃的布儒斯特角iB和偏振片(1)、(2)的主 截面(透振方向)的确定
(1)如图所示，调 节玻璃平板使反 射光束与入射光 束重合，记下初
始角 1。
He Ne激光
圆孔屏
P 偏振片
G 涂黑玻璃
i
D 白屏
(2)同时转动玻璃平板和起偏器(偏振片)P(使其透 射方向在入射面内)，仔细调节直到反射光消失
当 ，
称为1/2波片
• 振幅
AC
Ao Ae
Ae Acos
Ao
A s in
讨论：（1）
单色自然光 波片（e、o） 自然光（不能形 成稳定的椭圆）
单色平面 波片（e、o） 椭圆偏振光（有
偏振光
恒定位相差）
P
C
S
椭圆偏振器
线偏振光
d
椭圆偏振 光
• 反射和折射时光的偏振
一、布儒斯特定律 1、现象：一束自然光射到 两种介质的分界面上，发现
圆孔屏
He Ne激光
P 偏振片
布儒斯特角： iB 2 1 ，
G 涂黑玻璃
i
玻璃的折射率为： n tgiB
D 白屏
(3)重复测量三次，求平均值。
(4)由布儒斯特角计算玻璃的折射率n。
(5)偏振片1透射方向在入射面内，记录偏振片1 的透振方向的角度。由偏振片1透射方向可确 定偏振片2透射方向，记录偏振片2的透振方向 的角度。
任何偏振态都可以分成两个光矢量互相 垂直的线偏振光。
5. 偏 振 片 （ 器 ） ： 只 让 某 一 振 动方向的光通过。称这一方 向为偏振片的透振方向。
实验：机械波通过狭缝
偏振片的透振 方向
一、偏振片 透振方向
A
A = Acos
••
I0
I1 I0 2
I2 ?
I2 I1 cos2 ——马吕斯定律
x
kz
y
E1
E2
• 自然光的表示法
k
2、部分偏振光
部分偏振光是偏振态介于自然光和线偏振 光之间的光，它的振动方向也是随机地迅速变 化着。但是在某一方向上的振动占有优势，振 幅最大。 与之垂直的方向振幅最小，其振幅情 况可用图表示。
椭圆包络线
最小方向 最大方向
自然光
部分偏振光
4、椭圆偏振光和圆偏振光
对于线偏振光，光波 场中任意一个场点的光矢 量(电矢量)的端点在波面内 描绘的轨迹为一直线。
• 椭圆偏振光：椭圆偏振光 的相应的轨迹为一椭圆。 如图所示。
E
•
波面
•圆偏振光：
圆偏振光是椭圆偏振光的一个特例，任
一场点的光矢量大小不变，但方向以角速度
(光波的圆频率)匀角速转动。
椭圆偏振光可以分成两个光矢量互相垂 直并具有恒定位相差的线偏振光。
光矢量较强的部分偏振光。
i •••• 1 •••• n
讨论在什么特殊条件
1
下，反射光成为线偏振光？
i2• •
n 2
2、布儒斯特定律（1813年） 当入射角等于某一特定角 i10 时，反射
光成为振动面垂直于入射面的线偏振光，i12 称为布儒斯特角或起偏角，满足
tan i10
n2 n1
又
sin i10 n2 sin i2 n1