第1讲静电场电荷守恒定律库仑定律电场强度.doc

课 题 偏振光实验 1．观察光的偏振现象，巩固理论知识； 教 学 目 的 2．了解产生与检验偏振光的元件和仪器； 3．掌握产生与检验偏振光的条件和方法。 重 难 点 1．激光光线与光电仪接收管共轴调节； 2． 光传感器增益度的正确调整。 教 学 方 法 讲授、讨论、实验演示相结合。 学 时 3个学时 一、前言 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.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. 二、实验仪器 偏振光镜，偏振片，方解石块，1/2波片，1/4波片，激光器，高亮度小光源，光具座，光传感器等。 三、实验原理 光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。 光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。 椭圆偏振光可视为两个沿同一方向传播的振动方向相互垂直的线偏振光（例如—个电矢量为，一个为）的合成： （1） （2） 式中为振幅，为二光波的圆频率，表时间，为波矢的数值数值，是两波的相对位相差。合成矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆，椭圆的形状、取向和旋转方向，由、和决定。当及时，椭圆偏振光退化为圆偏振光；当或（或）时，椭圆偏振光退化为线偏振光（如下图）。 本实验中，着重考察的是光的各种偏振态的改变。 一、变自然光为线偏振光 一束自然光入射到介质表面，其反射光和折射光一般是部分偏振光。在特定入射角即布儒斯特角下，反射光成为线偏振光，其电矢量垂直于入射面。若光线是由空气射到折射率为的玻璃平面上，则。如果自然光是以入射到玻璃片堆上，则经多次反射，最后从玻片堆透射出来的光也近于线偏振光。所有这些结论都可从菲涅耳公式出发得到论证。 自然光经过偏振片，其透过光基本上成为线偏振光。这是由于偏振片具有选择吸收性的缘故，入射光波中，电矢量E垂直于偏振片透光方向的成分被强烈吸收，而E平行于这光方向的分量则吸收较少。 马吕斯定律： 强度为的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度 为。式中为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振方向之 间的夹角。当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度发生 周期性变化。当时，；当时，（消 光状态）；时， 利用单轴晶体的双折射，所产生的寻常光（o光）和非常光（e光）都是线偏振光。前者的E垂直于o光的主平面（晶体内部某条光线与光轴构成的平面），后者的E平行于e光的主平面。 二、波晶片 波晶片是从单轴晶体中切割下来的平面平行板，其表面平行于光轴。 当一束单色平行自然光正入射到波晶片上，光在晶体内部便分解为o光与e光。 o光电矢量垂直于光轴， e光电矢量平行于光轴。而o光、e光的传播方向不变，仍都与界面垂直。但o光在晶体内的波速为，e光的为，即相应的折射率不同。 设晶片的厚度为，则两束光通过晶片后就有位相差 式中为光波在真空中的波长。的晶片，称为全波片；者为半波片；为片，以上的都是任意整数。不论全波片、半波片或片都是对一定波长而言。 以下直角坐标系的选择，使以e振动方向为横轴，o振动方向为纵轴（以o轴为x轴，e轴为y轴亦可）。沿任意方向振动的光，正入射到波晶片的表面，其振动便按此坐标系分 解为e分量和o分量。 三、光束通过波晶片后偏振态的改变 平行光垂直入射到波晶片后，分解为e分量和o分量。透过晶片，二者之间产生一附加位相差。离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于及入射光的性质。 自然光通过波晶片，仍为自然光。因为自然光的两个正交分量之间的位相差是无规则的，通过波晶片，引入一恒定的位相差 ，其结果还是无规则的。 若入射光为线偏振光，其电矢量E平行于e轴（或o轴），则任何波长片对它都不起作用，出行光仍为原来的线偏