光的偏振8.pptVIP

观测光的偏振 张春梅 物理实验教研室 * * 1808年马吕斯发现了光的偏振现象，对于光的偏振现象的深入研究，证明了光波是横波，使人们进一步认识了光的本性。随着科学技术的发展，偏振光元件，偏振光仪器和偏振光技术在各个领域都得到了很多应用，尤其在实验应力分析、计量测试、晶体材料分析、簿膜和表面研究、激光技术等方面更为突出。 背景 实验内容 1: 根据马吕斯定律测定硅光电池的线性响应 2: 线偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光的观测 3:根据布德斯特角定律，测定介质材料（例如有机玻璃) 的折射率 一: 实验原理 1:马吕斯定律 2:布儒斯特角定律 3: 1/2和1/4波片 一: 马吕斯定律 如上图所示，当自然光（或部分偏振光）通过起偏器后，形成强度为I0的线偏振光，振动方向为起偏器的透振方向。保持起偏器P1的方位固定不变，改变检偏器P2的角度，设检偏器与起偏器的透振方向夹角为θ，那么最后的透射光光强为 即光强I随θ而改变 ,这就是马吕斯定律. · · · · · · · n1 n2 i i r · 自然光反射和折射 后产生部分偏振光 · · · · · · n1 n2 i0 i0 r0 线偏振光 · · S 起偏振角 · · 二: 布儒斯特角定律 当自然光在两种各向同性媒质的分界面上反射和折射时，反射光和折射光一般不再是自然光，而是部分偏振光。如上图(左)所示,在反射光中，s分量(振动方向垂直于入射面)多于p分量(振动方向平行于入射面)，在折射光中，p分量多于s分量。理论和实验都证明，反射光和折射光的偏振化程度与入射角有关。当入射角等于某一特定角i0时，反射光只有s分量，是完全的线偏振光（如下图所示）。这特定角i0称为布儒斯特角(也称起偏振角)。 布儒斯特定律 (1812年) 根据布儒斯特角定律，在实验中，当入射光只有p分量时，改变光的入射角，当反射光的光强为零时，即可确定布儒斯特角，并由上式可求得待测介质材料的折射率。 如果一束波长为λ，电矢量平行于入射面的平面偏振光（只有p分量）从折射率为n1中以布儒斯特角入射到折射率为n2的介质表面上时，则该界面上光的反射系数为零，入射光将全部进入介质内，此时 三：波片介绍 １：波片------相位延迟片 波（晶）片是光轴平行表面的晶体薄片 y d x A Ao Ae ? 线偏振光 光轴 λ A Ao Ae ? 光轴 P 　　　如上图（左）所示，一束单色平面偏振光垂直入射到一块波片上。当偏振光的电矢量振动方向和晶片的光轴成　角时，光分解为非常光（e光）和寻常光（o光），其中o光的光振动垂直于主截面， e光的振动位于主截面内。虽然非常光（e光）和寻常光（o光）在晶片内的传播方向一致，但它们在晶体中的传播速度却不相同。于是e光和o光通过晶片后，它们之间就产生固定的图位相差δ，即： 式中λ为单色光的波长，l为晶片的厚度，ne和no分别是e光和o光的折射率。 振幅关系： 通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差 相位关系： 　对波长为λ的单色光，如晶片厚度满足δ=(2k+1)π， k=0，1， 2，3，…，则该晶片称为对波长为λ光的1/2 　波片。 　对波长为λ的单色光，如晶片厚度满足δ=(2k+1)π/2， k=0，1，2，…，则该晶片称为对波长为λ光的1/4波片。 ２： 1/2和1/4波片 (1) 四分之一波片 —— 线偏振光→圆偏振光 —— 线偏振光→线偏振光 从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反） ——线偏振光→椭圆偏振光 (2) 二分之一波片 使线偏振光振动面转过2? 角度 ? ? A0入 A0出 A入 A出 Ae入= Ae出入 光轴 二：实验仪器 半导体激光器(产生部分偏振光) 偏振片两片 1/4波片两片 1/2波片一片 光电探测器,光电流放大器 有机玻璃一块。 三: 实验步骤 1: 根据马吕斯定律测定硅光电池的线性响应 P1 光源 D P2 P1：起偏器；P2：检偏器；D：光强检测器 I0 I 上图为实验所需光路图,实验时,首先转动P1和P2,使它们透振方向的夹角θ为90o ,此时可观察到消光现象. 之后转动检偏器,依次转过不同的角度,将相应的光电流读值填入实验表格.