文档介绍:实 验 报 告
学生XX: 学 号: 指导教师:
实验地点: 实验时间:
一、实验室名称:偏振光实验室
二、实验项目名称:偏振光实验
三、实验学时:
四、实验原理:
光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内,取所有可能的方向;某一方向振动占优势的光叫部分偏振光;只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光(如自然光)变成线偏振光的方法称为起偏,用以起偏的装置或元件叫起偏器。
(一)线偏振光的产生
1.非金属表面的反射和折射
光线斜射向非金属的光滑平面(如水、木头、玻璃等)时,反射光和折射光都会产生偏振现象,偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时,该入射角叫起偏角。起偏角的数值与反射物质的折射率的关系是: (1)
称为布如斯特定律,如图1所示。根据此式,可以简单地利用玻璃起偏,也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质,一般起偏角在53度到58度之间。
非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的;透射光是部分偏振光;使用多层玻璃组合成的玻璃堆,能得到很好的透射线偏振光,振动方向平行于入射面的。
图 1 图 2
2.偏振片
分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成,它具有梳状长链形结构的分子,这些分子平行地排列在同一方向上。这种胶膜只允许垂直于分子排列方向的光振动通过,因而产生线偏振光,如图2所示。分子型偏振片的有效起偏X围几乎可达到180度,用它可得到较宽的偏振光束,是常用的起偏元件。
图 3
鉴别光的偏振状态叫检偏,用作检偏的仪器叫或元件叫检偏器。偏振片也可作检偏器使用。自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时,在垂直光线传播方向的平面内旋转偏振片时,可观察到不同的现象,如图3所示,图中(α)表示旋转P,光强不变,为自然光;(b)表示旋转P,无全暗位置,但光强变化,为部分偏振光;(c)表示旋转P,可找到全暗位置,为线偏振光。
(二)圆偏振光和椭圆偏振光的产生
线偏振光垂直入射晶片,如果光轴平行于晶片的表面,会产生比较特殊的双折射现象。这时,非常光和寻常光的传播方向是一致的,但速度不同,因而从晶片出射时会产生相位差
(2)
式中表示单色光在真空中的波长,和分别为晶体中光和光的折射率,为晶片厚度。
1.如果晶片的厚度使产生的相位差,k=0,1,2,…,这样的晶片称为1/4波片,其最小厚度为。线偏振光通过1/4波片后,透射光一般是椭圆偏振光;当α=π/4时,则为圆偏振光;当或π/2时,椭圆偏振光退化为线偏振光。由此可知,1/4波片可将线偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光;反之,它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成线偏振光。
2.如果晶片的厚度使产生的相差,k=0,1,2,…,这样的晶片称为半波片,其最小厚度为。如果入射线偏振光的振动面与半波片光轴的交角为
,则通过半波片后的光仍为线偏振光,但其振动面相对于入射光的振动面转过角。
3. 如果晶片的厚度使产生的相差,k=1,2,3,…,这样的晶片称为全波片,其最小厚度为。从该波片透射的光为线偏振光。
(三)线偏振光通过检偏器后光强的变化
强度为的线偏振光通过检偏器后的光强为
(3)
式中,为线偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角,(3)式为马吕斯(Malus)定律,它表示改变角可以改变透过检偏器的光强。
当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量极大时,称它们为平行(此时= 00)。当二者的取向使系统射出的光量极小时,称它们为正交(此时= 900)。
(四)布儒斯特角
光线斜射向非金属介质的表面,当入射角是某一数值时,其反射光为线偏振光,该入射角叫起偏角,又称布儒斯特角。
以自然光入射两种介质的界面,其反射光和折射光通常都是部分偏振光。
五、实验目的:
(一)理解光的各种偏振特性;
(二)学会鉴别圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光;
(三)验证马吕斯定律;
(四)通过测布儒斯特角求材料的相对折射率。
六、实验内容:
(一)观察起偏和消光现象;
(二)鉴别圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光;
(三)验证马吕斯定律;
(四)了解1/4波片和1/2波片的作用;
(五)通过测布儒斯特角求材料的相对折射率。
七、实验器材(设备、元器件):
半导体激光器1个,具有测量垂直旋转角度