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优选
偏振光现象的观察和分析
摘要
本实验用半导体激光通过偏振片来产生线偏振光,使其分别通过1/4波片和1/2波片,通过测量不同方向上检偏器透过的光的强度,判断出出射光的偏振态。并证实了线偏振光通过1/4波片可以产生线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光,通过1/2波片可以产生线偏正光,验证了马吕斯定律。
引言
振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振,它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。只有横波才能产生偏振现象,故光的偏振是光的波动性的又一例证。在垂直于传播方向的平面,包含一切可能方向的横振动,且平均说来任一方向上具有一样的振幅,这种横振动对称于传播方向的光称为自然光〔非偏振光〕。凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。偏振光的典型应用是偏光式3D技术,其普遍用于商业影院和其它高端应用。
实验原理
光是一种电磁波,由于电磁波对物质的作用主要是电场,故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面,光矢量可能有不同的振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中,假设光矢量保持在固定平面上振动,这种振动状态称为平面振动态,此平面就称为振动面。
图1 电矢量垂直于纸面的偏振光
图2 电矢量平行于纸面振光【1】
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优选
光的五种偏振态:
线偏振光:在光的传播过程中,只包含一种振动,其振动方向始终保持在同一平面,
局部偏振光:光波包含一切可能方向的横振动,但不同方向上的振幅不等。
自然光:光波包含一切可能方向的横振动,但不同方向上的振幅相等。
椭圆偏振光:在光的传播过程中,空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动,假设它们的频率一样并且有固定的位相差,那么该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。
圆偏振光:旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,是椭圆偏振光的特殊情形。
〔1〕偏振片
利用某些有机化合物的"二向色性〞制成,当自然光透过这种偏振片后,光矢量垂直于偏振片方向的分量几乎完全被吸收,而平行方向的分量几乎完全通过,因此透射光根本上为线偏振光。偏振片可以作为起偏器,也可以作为检偏器检验偏振光的偏振方向。
〔2〕双折射产生偏振
自然光入射到双折射晶体时,产生的寻常光(o光)和非寻常光〔e光〕都是线偏振光。
即上述能发生双折射的晶体,又称波片。当光垂直入射到波片后,产生的o
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优选
光和e光在波片中的传播方向一致而传播速度不同,因此导致它们产生了光程差,当波长为λ时,产生相位差,其中d为波片厚度,ne与no是e光与o光的主折射率。对于某种单色光,能产生相位差的波片为1/4波片;能产生的波片称为1/2波片;能产生的波片称为全波片。
离开波片时合成波的偏振性质,确定于相位差和。线偏振光通过1/2波片后出射光和入射光的电矢量对称于光轴;线偏振光通过1/4波片后可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光。
表一检验偏振光的类型【2】
第一步
令入射光通过偏振片1,改变偏振片1的透振方向P1,观察透光强度的变化
观察到的现象
有消光
强度无