偏振光的研究实验报告.pdf

偏振光的研究实验报告

篇一：偏振光的观测与研究~~实验报告

偏振光的观测与研究

光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进

一步说明光是横波而不是纵波，即其E和H的振动方向是垂

直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波，人们通

过对光的偏振性质的研究，更深刻地认识了光的传播规律和

光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农

业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器，

已为科研、工程设计、生产技术的检验等，提供了极有价值

的方法。

【实验目的】

1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念。2．了

解偏振光的产生和检验方法。3．观测布儒斯特角及测定玻

璃折射率。4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。

【实验仪器】

光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电

转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置

图1实验仪器实物图

【实验原理】

1．偏振光的基本概念

按照光的电磁理论，光波就是电磁波，它的电矢量E和

1word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和

感光材料的特性上看，引起视觉和化学反应的是光的电矢量，

通常用电矢量E代表光的振动方向，并将电矢量E和光的传

播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中，光的

振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏

振光，如图2（a）。光源发射的光是由大量原子或分子辐射

构成的。由于热运动和辐射的随机性，大量原

－

子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是

相同的。一般说，在106s内各个方向电矢量的时间平均值

相等，故出现如图2（b）所示的所谓自然光。有些光的振动

面在某个特定方向出现的几率大于其他方向，即在较长时间

内电矢量在某一方向较强，这就是如图2（c）所示的所谓部

分偏振光。还有一些光，其振动面的取向和电矢量的大小随

时间作有规则的变化，其电矢量末端在垂直于传播方向的平

面上的移动轨迹呈椭圆（或圆形），这样的光称为椭圆偏振

光（或圆偏振光），如图2（c）所示。

图2光波按偏振的分类2．获得偏振光的常用方法(1)

非金属镜面的反射。

通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光

和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特

定值时，镜面反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入

2word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

射面，如图3所示，这时入射角称为布儒斯特角，也称为

起偏角。

由布儒斯特定律得：

其中、分别为两种介质的折射率，为相对折射率。如

果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时，对于各种不同材

料的玻璃，已知其相对折射率n的变化范围在1.50到1.77

之间，则可得布儒斯特角约在560—600之间。此方法可用

来测定物质的折射率。

(2)多层玻璃片的折射。

当自然光以布儒斯特角入射到由多层平行玻璃片重叠

在一起构成的玻璃片堆上时，由于在各个界面上的反射光都

是振动面垂直入射面的线偏振光，故经过多次反射后，透出

来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光。

(3)利用偏振片的二向色性起偏。

将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏。某些有机化

合物晶体具有二向色性，它往往吸收某一振动方向的入射光，

而与此方向垂直振动的光则能透过，从而可获得线偏振光。

利用这类材料制成的偏振片可获得较大截面积的偏振光束，

但由于吸收不完全，所得的偏振光只能达到一定的偏振度。

(4)利用晶体的双折射起偏。

自然光通过各向异性的晶体时将发生双折射现象，双折

射产生的寻常光（o光）和非常光（e光）均为线偏振光。o

3word格式支持编辑，如有帮助欢迎下载支持。

光光矢量的振动方向垂直于自己的主截面；e光光矢量的振

动方向在自己的主截面内。方解石是典型的天然双折射晶体，

常用它制成特殊的棱镜以产生线偏振光。利用方解石制成的

沃拉斯顿棱镜能产生振动