偏振光的观测与研究--实验报告-共3页.pdf
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1、偏振光的观测与研究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的研究,更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术的检验等,提供了极有价值的方法。【实验目的实验目的】1观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。2了解偏振光的产生和检验方法。3观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。4观测椭圆偏振光和圆偏振光。【实验仪器实验仪器】光具座、激光器
2、、偏振片、1/4 波片、1/2 波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图 1 实验仪器实物图【实验原理实验原理】1偏振光的基本概念按照光的电磁理论,光波就是电磁波,它的电矢量 E 和磁矢量 H 相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看,引起视觉和化学反应的是光的电矢量,通常用电矢量 E 代表光的振动方向,并将电矢量 E 和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中,光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2(a)。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性,大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的
3、几率是相同的。一般说,在 106s 内各个方向电矢量的时间平均值相等,故出现如图 2(b)所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向,即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就是如图 2(c)所示的所谓部分偏振光。还有一些光,其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化,其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样的光称为椭圆偏振光(或圆偏振光),如图 2(c)所示。图 2 光波按偏振的分类2获得偏振光的常用方法(1)非金属镜面的反射。通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时,反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值 时
4、,镜面反射光成为完全偏振光,其振动面垂直于入射面,如图 3 所示,这时入射角 称为布儒斯特角,也称为起偏角。由布儒斯特定律得:其中、分别为两种介质的折射率,为相对折射率。如果自然光从空气入射到玻璃表面而反射时,对于各种不同材料的玻璃,已知其相对折射率 n 的变化范围在 1.50 到 1.77 之间,则可得布儒斯特角 约在 560600之间。此方法可用来测定物质的折射率。(2)多层玻璃片的折射。当自然光以布儒斯特角 入射到由多层平行玻璃片重叠在一起构成的玻璃片堆上时,由于在各个界面上的反射光都是振动面垂直入射面的线偏振光,故经过多次反射后,透出来的透射光也就接近于振动方向平行于入射面的线偏振光。
5、(3)利用偏振片的二向色性起偏。将非偏振光变成偏振光的过程称为起偏。某些有机化合物晶体具有二向色性,它往往吸收某一振动方向的入射光,而与此方向垂直振动的光则能透过,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
6、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=9
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