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实验三十 偏振光的观测与研究.doc

实验三十 偏振光的观测与研究

芭bi娃娃kong
2017-10-22 0人阅读 举报 0 0 0 暂无简介

简介:本文档为《实验三十 偏振光的观测与研究doc》,可适用于社会民生领域

实验三十偏振光的观测与研究.观察光的偏振现象加深偏振的基本概念。.了解偏振光的产生和检验方法。.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。.观测椭圆偏振光和圆偏振光。光具座、激光器、光电检流计(以上由实验室自备我厂亦可代配)、偏振片、波片、光电转换装置、观测布儒斯特角装置、钠光灯。按照光的电磁理论光波就是电磁波电磁波是横波所以光波也是横波。因为在大多数情况下电磁幅射同物质相互作用时起主要作用的是电场所以常以电矢量作为光波的振动矢量。其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振光的这种偏振现象是横波的特征。根据偏振的概念如果电矢量的振动只限于某一确定方向的光称为平面偏振光亦称线偏振光如果电矢量取随时间作有规律的变化其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆(或圆)这样的光称为椭圆偏振光(或圆偏振光)若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化各方向的取向率相同称为自然光若电矢量在某一确定的方向上最强且各方向的电振动无固定相位关系则称为部分偏振光。偏振光的应用遍及于工农业、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。.非金属镜面的反射当自然光从空气照射在折射率为n的非金属镜面(如玻璃、水等)上反射光与折射光都将成为部分偏振光。当入射角增大到某一特定值φ时镜面反射光成为完全偏振光其振动面垂直于入射面这时入射角φ称为布儒斯特角也称起偏振角由布儒斯特定律得:tgφ=n()其中n为折射率.多层玻璃片的折射当自然光以布儒斯特角入射到迭在一起的多层平行玻璃片上时经过多次反射后透过的光就近似于线偏振光其振动在入射面内。.晶体双折射产生的寻常光(O光)和非常光(e光)均为线偏振光。.用偏振片可以得到一定程度的线偏振光。.偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性将其渗入透明塑料薄膜中经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光而透过与此垂直方向振动的光由于在应用时起的作用不同而叫法不同用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器用来检验偏振光的偏振片叫作检偏器。按照马吕斯定律强度为I的线偏振光通过检偏器后透射光的强度为:I=Icosθ()实验三十偏振光的观测与研究式中θ为入射偏振光偏振方向与检偏器振轴之间的夹角显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时透射光强度I发生周期性变化。当θ=时透射光强度最大当θ=时透射光强为极小值(消光状态)当<θ<时透射光强介于最大和最小值之间。图表示自然光通过起偏器与检偏器的变化。.波长片当线偏振光垂直射到厚度为L表面平行于自身光轴的单轴晶片时则寻常光(O光)和非常光(e光)沿同一方向前进但传播的速度不同。这两种偏振光通过晶片后它们的相位差φ为:图φ=πλ(nn)L()e其中λ为入射偏振光在真空中的波长n和n分别为晶片对o光e光的折射率L为晶片的厚度。e我们知道两个互相垂直的同频率且有固定相位差的简谐振动可用下列方程表示(如通过晶片后o光和e光的振动)X=AsinωtY=Asin(ωφ)eo从两式中消去t经三角运算后得到全振动的方程式为:XAeYAXYAACosφ=sinφ()oeo由此式可知:()当φ=K(K=、、、……)时为线偏振光。X()当φ=(Kπ)(K=、、、……)时为正椭圆偏振光。在A=A时为圆偏振光。e()当φ为其它值时为椭圆偏振光。在某一波长的线偏振光垂直入射于晶片的情况下能使o光和e光产生相位差φ=(K)π(相当于光程差为λ的奇数倍)的晶片称为对应于该单色光的二分之一波片(λ波片)与此相似能使o光与e光产生相位φ=(K)π(相当于光程差为λ的奇数倍)的晶片称为四分之一波片(λ)是对Å(HN激光)而言的。ee如图所示当振幅为A的线偏振光垂直入射到λ波片上振动方向与波片光轴成θ角时由于o光和e光的振幅分别为Asinθ和Acosθ所以通过λ波片后合成的偏振状态也随角度θ的变化而不同。()当θ=时获得振动方向平行于光轴的线偏振光。()当θ=λ时获得振动方向垂直于光轴的线偏振光。()当θ=λ时A=A获得圆偏振光。eo()当θ为其它值时经过λ波片后为椭圆偏振光。(三)椭圆偏振光的测量椭圆偏振光的测量包括长、短轴之比及长、短轴方位的测定。如图所示当检偏器方位与椭圆长轴的夹角为φ时则透射光强为:I=AcosφAsinφ当φ=K时I=Imax=Aφ=(K)π时I=Imin=A则椭圆长短轴之比为π()实验三十偏振光的观测与研究椭圆长轴的方位即为Imax的方位图图.在光源至光屏的光路上插入起偏器P旋转P观察光屏上光斑强度的变化情况。.在起偏器P后面再插入检偏器P。固定P的方位。旋转P旋转观察光屏上光斑强度的变化情况。有几个消光方位?.以硅光电池代替光屏接收P出射的光束旋转P每转过记录一次相应的光电流值共转在坐标纸上作出I~cosθ关系曲线。.在起偏器P后郫入测布儒斯特角装置再在P和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板使反射光束与入射光束重合。记下初始角φ。.一面转动玻璃平板一面同时转动起偏器P使其透过方向在入射面内。重复调节直到反射光消失为止此时记下玻璃平板的角度φ重复测量三次求平均值。算出布儒斯特角φ=φφ。.把玻璃平板固定在布儒斯特角的位置上去掉起偏器P在反射光束中插入检偏器P转P观察反射光的偏振状态。.先使起偏器P和检偏器P的偏振轴垂直(即检偏器P后的光屏上处于消光状态)在起偏器P和检偏器P之间插入λ波片转动波片使P后的光屏上仍处于消光状态。用硅光电池(及光点检流计组成的光电转换器)取代光屏。.将起角P转过角调节硅光电池使透过P的光全部进入硅光电池的接收孔内。转动检偏器P找出最大电流的位置并记下光电流的数值。重复测量三次求平均值。.转动P使P的光轴与λ波片的光轴的夹角依次为、、、、值在取上述每一个角度时都将检偏器P转动一周观察从P透出光的强度变化。P起偏器A检偏器P、A是偏振片或尼科()按图在光耳S钠光灯C波片长图实验三十偏振光的观测与研究具座上依次放置各元件使起偏器P的振动面为垂直检偏器A的振动面为水平。(此时应观察到消光现象)。()在P、A之间插入波长片(C)反C转动能看到几次消光?解释这现象。()将C转任意角度这时消光现象被破坏把A转动观察到什么现象?由此说明通过波长片后光变为怎样的偏振状态?()仍使P、A处于正交插入C使消光再将C转破坏其消光。转动A至消光位置并记录A所转动的角度。()继续将C转(即总转动角为)记录A达到消光所转总角度依次使C总转角为、、、记录A消光时所转总角度。从上面实验结果得出什么规律?怎样解释这一规律。半波片转动角度检偏器转动角.数据表格自拟。.在坐标纸上描绘出I~cosθ关系曲线。p.求出布儒斯特角φ=φφ并由公式()求出平板玻璃的相对折射率。.由公式()求出时椭圆偏振光的长、短轴之比。并以理论值为准求出相对误差。.通过起偏和检偏的观测你应当怎样鉴别自然光和偏振光?.玻璃平板在布儒斯特角的位置上时反射光束是什么偏振光?它的振动是在平行于入射面内还是在垂直于入射面内?.当λ波片与P的夹角为何值时产生圆偏振光?为什么?

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