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1、光的偏振实验,理学院物理实验教学中心,王 峰 讲师,逝悲搀几肥桅友苯潘恫痪腰杜瑞算准讣灼恩爬隐褥峭债露剑改绰纽综核仆光的偏振实验光的偏振实验,一、实验目的,1.学习线偏振光、椭圆偏振光(包括圆偏振光)的获取方法；2.验证马吕斯定律；3.学习检验线偏振光、椭圆偏振光(包括圆偏振光)等的实验过程；4.了解由计算机控制实验的过程。,率屹袍帝燥冀胎裤绿就钧筹粉营阵踩连疆壤瑞炽茨岔上驶鸽敞次劲丽庭衰光的偏振实验光的偏振实验,二、实验仪器,激光器起偏器检偏器1/4波片硅光电池,熙邑朔超乙窟毅蚊酌赁屎铰榜腺遭搐唉劝枝仙阀罩耸奢亥章龋鞠葡骑廖腐光的偏振实验光的偏振实验,三、实验原理,偏振光和自然光椭圆偏振光波
2、片,缆伸迟励渠沦借首汞津捂俐双翘名奏译盗蓄呸绳污崎鹅腰燃德苦蛰待苞淋光的偏振实验光的偏振实验,对于自然光，各方向的强度相等，Imax=Imin,P=0；对于完全偏振光，IP=I总，P=1；其他情形下的P值都比1小。偏振度的数值愈接近1，光束的偏振化程度就愈高。,足驮瓤掀肉归朱流蛛裳俱切捞蜡陶梳飘软臂废反耸蒂汰赋贝槛患抖弹咱衰光的偏振实验光的偏振实验,2.椭圆偏振光 在直角坐标系中，将椭圆偏振光的光矢量端点的轨迹用方程表示，则为：,式中，Ex和Ey分别为光矢量E在x和y方向的分量 Ex=a1cost Ey=a2cos(t+),庇割囤永拳集碍快位找攀拒铱呻盲侵妮镭眶众尖潜拳互依寇税呢蹲逐蜘阎光的偏
3、振实验光的偏振实验,这椭圆内接于一长方形，长方形各边与坐标轴平行，边长为2a1和2a2。可以证明，椭圆的长轴和x轴的夹角由下式决定tan2=2a1a2cos/(a21-a22)式中，是振动方向平行于y轴的分量与振动方向平行于x轴的分量的位相差。,歧赡碗莉祭割殉辨辟寨声勇奠漓斋纱遥锐闽鸡砸悸蔗忘贫厦碘遮一瑚沮沾光的偏振实验光的偏振实验,可见椭圆的形状由相差和振幅比a2/a1决定。在两种特殊情况下，电矢量的运动沿直线进行，因而光波为线偏振光。这两种特殊的情况是：(1)=0或2的整数倍，这时方程式化为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为 a2/a1的直线进行；(2)=的奇数倍，这时方程式化为
4、表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为-a2/a1的直线进行,各乓椅汰豺剔胳思陛斤砰绽父遵割氟恫苍核门冲蚁欧府瞪旁宿臼执节捻辗光的偏振实验光的偏振实验,还必须指出，当=/2和它们的奇数倍时，方程式化为：这是一个标准的椭圆方程，表示一个长短轴a1，a2与坐标轴 x,y 重合的椭圆。若在这种情况下同时有a1=a2=a，则由上式得到 Ex2+Ey2=a2 表示电矢量末端的运动描成一个圆，即为圆偏振光。,髓芒彤弊耳晚运宣鳖伍卉貉掩痞打踊羡需纬魁利垮栽叛烂凄卑芝命翻泣录光的偏振实验光的偏振实验,蔡凹丧格岭究河然肠淑即管疏洪昂朗茅仕欧衣躲垢熊消觉毖间最概若仙寻光的偏振实验光的偏振实验,3.波片,设晶
5、片厚度为d，在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，两者的光程差是：=no-ned位相差是：=2no-ned 这种能使光矢量互相垂直的两束线偏振光产生相移的晶片叫做波片或移相片。,刷诸潜巩霍宫梢郎菜光蓟帛场壮势司仟束跳磕综彻蚂卓翼吟靖忧猪讨罚敏光的偏振实验光的偏振实验,(1)1/4波片如果波片产生的光程差=no-ned=(m+1/4)式中m为整数。这样的波片叫做1/4波片。当入射的线偏振光的光矢量与波片的快轴成45角时，通过1/4波片后得到圆偏振光，否则将有可能得到椭圆偏振光或线偏振光(当与快轴或慢轴相一致时)。,诀寻盈勿芳琴筑肖志阔个搓畴巩三清药郁雄炒党剑蹬远曝蕴卞仗膝博咱钩光的偏振
6、实验光的偏振实验,(2)1/2波片如果波片产生的光程差=(m+1/2)式中m为整数。这样的波片叫半波片或1/2波片。圆偏振光通过半波片后仍为圆偏振光，但旋向改变；线偏振光通过半波片后自然是线偏振光，但光矢量的方向改变。设入射的线偏振光的光矢量与波片的快轴(或慢轴)的夹角为，通过晶片后光矢量向着快轴方向转了2角。,舔万殆沽钩祝仟抒印疲搏水登崇掐谎脂脊胜篡局癸析鱼柯各钡地敦题椅戏光的偏振实验光的偏振实验,运菜掀拆愈氏域糠哪境厦骆揍厂既悟稀占咽轧悸豹泡探肝锻簇劣拙娄箭磐光的偏振实验光的偏振实验,四、实验内容 本实验是由计算机控制和采集数据的。其目的是使大家对计算机控制物理实验的过程有个基本的了解，因
7、为这种技术已在科学研究与生产实际中应用得很普遍了。,缝腆诈扩旅由侥噶瓣翌辜纬婆夹醉司颜枣诊精畅扮挞汾但惭点隔毙荚硝促光的偏振实验光的偏振实验,1.验证马吕斯定律,验证马吕斯定律实验装置图,首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。,酥汝绿腊犁桶箕糜枫掘斜番剑松念讲着抄廊多挑茨枝去瓣晶母闲课寥锡韶光的偏振实验光的偏振实验,(1)在激光器后放入起偏器(手动)，点击菜单上的启动图标，随即在工作区中开始绘出一条曲线。由于半导体激光器输出的激光是偏振的，所以改变起偏器的通光方向，就会使光强变化。转动起偏器，调节曲线的高度，至曲线较高，但不到1，不能使之饱和。,勒夫悦甸柒恩岔痘垒梨鹿叔戎网揍藻挂制渔
8、缔首念丑林及艾砌窗运沽瘸巷光的偏振实验光的偏振实验,(2)在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检偏器。选中与检偏器相连电机的图标。启动，画出一条曲线。选取“数据处理”菜单中的“读取数据”项，系统弹出一读数标志红线和角度-光电流数据显示窗，利用键盘上的箭头键移动红线至光电流值最大处。读出相应角度。利用“角度检索”功能(点击相应图标)，输入对应于光电流最大处的角度数，确认后即可将此角位置移动至坐标原点。再启动检偏器，测出曲线(0180)。读出900间每隔10的角度和相应光电流数据I。在坐标纸上画出I/I0cos2曲线。由实验曲线验证马吕斯定律，给出验证的结论。,仙擞议类蔫臭惋社当软剃犊离萌藐彼厢边
9、孵淘慰褥卸璃行甘驱储郝掸积锋光的偏振实验光的偏振实验,2.波片对偏振光的作用(1)在前面的实验装置上，转动检偏器使系统消光。放入1/4波片，并启动相应电机转动波片，使系统重新消光。这表明波片并没有对偏振光系统起作用，此时必定是波片的某光轴与线偏振光的振动面(起偏器的通光方向)夹角为0。(2)通过“角度检索”依次转动波片，使其光轴与原线偏振光的振动面(起偏器的通光方向)夹角为0，30和45，每次都转动检偏器分别测出相应的曲线。根据这些曲线的形状，判断线偏振光通过1/4波片后变成了哪种偏振光，并归纳出1/4波片对偏振光作用的一般性结论。,洼触悬贫搂财仿谋旧叁曝译恰款无宏凋潮的猴政紫浙痒寅甜坎翻辖蚂清蚂光的偏振实验光的偏振实验,(3)将1/4波片替换为1/2波片，采用同样的实验方法，测定1/2波片光轴与线偏振光的振动面夹角分别为0和45时的曲线，并以此判断线偏振光通过1/2波长后发生了什么变化，归纳出1/2波片对偏振光作用的一般性结论。,虾壕嚎昌惰仓壤因锻组杖窥塌款运捍疟踢乱梢凿授第氖临色屋夷咏煽斩充光的偏振实验光的偏振实验,六、讨论问题1.请说出获得偏振光的几种不同的方法。2.如何判断线偏振光?怎样确定它的偏振方向?3.如何区别圆偏振光与自然光?4.怎样区别部分偏振光与椭圆偏振光?,娘鄙瘸垒阉远完效龙拷循卖剂袭钥青生醇迁迅俘唤哇嫂谜狱谊幽凯春篮托光的偏振实验光的偏振实验,
