文档介绍：试验一光偏振试验光偏振现象是波动光学中一个关键现象,对于光偏振现象研究,使大家对光传输(反射、折射、吸收和散射等)规律有了新认识。尤其是多年来利用光偏振性所开发出来多种偏振光元件,偏振光仪器和偏振光技术在现代科学技术中发挥了极其关键作用,在光调制器、光开关、光学计量,应力分析、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件等方面全部有着广泛应用。本试验将对光偏振基础知识和性质进行观察、分析和研究。【试验目标】了解偏振光种类。着重了解和掌握线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光产生及检验方法了解和掌握1/4波片作用及应用。了解和掌握1/2波片作用及应用。验证马吕斯定律【试验原理】1、偏振光种类光是电磁波,它电矢量E和磁矢量H相互垂直,且又垂直于光传输方向,通常见电矢量代表光矢量,并将光矢量和光传输方向所组成平面称为光振动面,按光矢量不一样振动状态,能够把光分为五种偏振态:如矢量沿着一个固定方向振动,称线偏振光或平面偏振光;如在垂直于传输方向内,光矢量方向是任意,且各个方向振幅相等,则称为自然光;假如有方向光矢量振幅较大,有方向振幅较小,则称为部分偏振光;假如光矢量大小和方向随时间作周期性改变,且光矢量末端在垂直于光传输方向平面内轨迹是圆或椭圆,则分别称为圆偏振光或椭圆偏振光。2、线偏振光产生1)反射和折射产生偏振依据布儒斯特定律,当自然光以入射角从空气或真空入射至折射率为n介质表面上时,其反射光为完全线偏振光,振动面垂直于入射面;而透射光为部分偏振光。称为布儒斯特角。假如自然光以入射到一叠平行玻璃片堆上,则经过数次反射和折射,最终从玻璃片堆透射出来光也靠近于线偏振光。2)偏振片它是利用一些有机化合物晶体“二向***”制成,当自然光经过这种偏振片后,光矢量垂直于偏振片透振方向分量几乎完全被吸收,光矢量平行于透振方向分量几乎完全经过,所以透射光基础上为线偏振光。3、波晶片波晶片简称波片,它通常是一块光轴平行于表面单轴晶片。一束平面偏振光垂直入射到波晶片后,便分解为振动方向和光轴方向平行e光和和光轴方向垂直o光两部分(图2所表示)。这两种光在晶体内传输方向即使一致,但它们在晶体内传输速度却不相同。于是e光和o光经过波晶片后就产生固定相位差δ,即,式中λ为入射光波长,为晶片厚度,ne和no分别为e光和o光主折射率。对于某种单色光,能产生相位差δ=(2k+1)π/2波晶片,称为此单色光1/4波片;能产生δ=(2k+1)π晶片,称为1/2波片;能产生δ=2kπ波晶片,称为全波片。通常波片用云母片剥离成合适厚度或用石英晶体研磨成薄片。因为石英晶体是正晶体,其o光比e光速度快,沿光轴方向振动光(e光)传输速度慢,故光轴称为慢轴,和之垂直方向称为快轴。对于负晶体制成波片,光轴就是快轴。eθλ入射光振动方向光轴方向o图2波晶片4、平面偏振光经过多种波片后偏振态改变由图2可知一束振动方向和光轴成θ角平面偏振光垂直入射到波片后,会产生振动方向相互垂直e光和o光,其E矢量大小分别为Ee=Ecosθ,Eo=Esinθ经过波片后,二者产生一附加相位差。离开波片时合成波偏振性质,决定于相位差δ和θ。假如入射偏振光振动方向和波片光轴夹角为0或π/2,则任何波片对它全部不起作用,即从波片出射光仍为原来线偏振光。而假如不为0或π/2,线偏振光经过1/2波片后,出来也仍为线偏振光,但它振动方向将旋转2θ,即出射光和入射光电矢量对称于光轴;线偏振光经过1/4波片后,则可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴和光轴垂直或平行椭圆偏振光,这取决于入射线偏振光振动方向和光轴夹角θ。5、偏振光判别判别入射光偏振态须借助于检偏器和1/4波片。使入射光经过检偏器后,检测其透射光强并转动检偏器;若出现透射光强为零(称“消光”)现象,则入射光必为线偏振光;若透射光强度没有改变,则可能为自然光或圆偏振光(或二者混合);若转动检偏器,透射光强虽有改变但不出现消光现象,则入射光可能是椭圆偏振光或部分偏振光。要深入作出判别,则需在入射光和检偏器之间插入一块1/4波片。若入射光是圆偏振光,则经过1/4波片后将变成线偏振光,当1/4波片慢轴(或快轴)和被检测椭圆偏振光长轴或短轴平行时,透射光也为线偏振光,于是转动检偏器也会出现消光现象;不然,就是部分偏振光。6、马吕斯定律根据马吕斯定律,强度为线偏振光经过检偏器后,透射光强度为: 。式中,为入射光偏振方向和检偏器偏振轴之间夹角,为检偏器光轴和起偏器光轴平行时出射光强,(偏振片有吸收,反射);显然,当以光线传输方向为轴转动检偏器时,透射光强度I将发生周期性改变。当φ=0°时,透射光强度最大;当φ=90°时,透射光强为最小值(消光状态),靠近于全暗;当0°<φ<90°时,透射强度I介于最大值和最小值之间。所以,依据透射光强度改变情况,能够区分线偏振光、自然光和部分偏振光。图3表