文档介绍：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面互相垂直的两束线偏振光；用方解石胶合成的尼科耳棱镜能给出一个有固定振动面的线偏振光。
3．偏振片、波片及其作用
(1)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，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，叫做检偏器。
按照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：
                     I = I0 cos2
式中为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性变化。当 =
时，透射光强最大；当 =90 时，透射光强为极小值（消光状态），当 < <90 时，透射光强介于最大和最小值之间，如图所示表示了自然光通过起偏器与检偏器的变化。
 
图4 光波的起偏核检偏
根据透射光强度变化的情况，可以区别线偏振光、自然光和部分偏振光。
(2)波片
波片是用单轴晶体切成的表面平行于光轴的薄片。
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，会产生双折射现象，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，它们的相位差为：
 
其中，为入射偏振光在真空中的波长，no和ne分别为晶片对o光和e光的折射率，L为晶片的厚度。
我们知道，两个互相垂直的、频率相同且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示（如通过
晶片后光和光的振动）：
 
从两式中消去t，经三角运算后得到合振动的方程式为
 
由此式可知，
1当时，，为线偏振光。
2当时，，为正椭圆偏振光。在 = 时，为圆偏振光。
3当为其它值时，为椭圆偏振光。
在某一波长的线偏振光垂直入射到晶片的情况下，能使o光和e光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光的二分之一波片（1/2波片）或波片；与此相似，能使o光和e光产生相位差（相当于光程差为的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（1/4波片）或波片。本实验中所用波片（）是对（激光）而言的。
如图5所示，当振幅为A的线偏振光垂直入射到1/4波片上，振动方向与波片光轴成角时，由于o光和e光的振幅分别为A 和A ，所以通过1/4波片合成的偏振状态也随角度的变化而不同。
 
图5
1当 = 时，获得振动方向平行于光轴的线偏振光（e光）。
2当 = /4时，获得振动方向垂直于光轴的线偏振光（o光）。
3当 = /2时，Ae=Ao获得圆偏振光。
4当为其它值时，经过1/4波片后为椭圆偏振光。
所以，可以用1/4波片获得椭圆偏振光和圆偏振光。
 
【实验内容与步骤】
 
1．起偏与检偏鉴别自然光与偏振光，验证马吕斯定律。
(1)    在光源至光屏的光路上插入起偏器P1，旋转P1，观察光屏上光斑强度的变化情况。
(2)    在起偏器P1后面再插入检偏器P2。固定P1的方位,旋转P2 ，旋转3600，观察光屏上光斑强度的变化情况。有几个消光方位？
(3)    以硅光电池代替光屏接收P2出射的光束，旋转P2，记录相应的光电流值，共转900，在坐标纸上作出
I~cos2θ关系曲线。
2．观测布儒斯特及测定玻璃折射率
(1)  在起偏器P1后，插入测布儒斯特角的装置，再在P1和装置之间插入一个带小孔的光屏。调节玻璃平板，使反射的光束与入射光束重合。记下初始角。
(2)  一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器P1，使其透过方向在入射面内。反复调节直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度，重复测量三次，求平均值。算出布儒斯特角。
(3)  把玻璃平板固定在平儒斯特角的位置上，去掉起偏器P1，在反射光束插入检偏器P2，转P