實(shí)驗(yàn)二偏振光綜合實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二偏振光綜合實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹苛私夤獠ǖ奶匦砸约肮獠ǖ钠駪B(tài)自選、自學(xué)、自做，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神分別驗(yàn)證偏振光的一些性質(zhì)并對(duì)各種現(xiàn)象做出正確的解釋【儀器用具】CW-48I氦氖激光器，WZS-1偏振光演示儀，會(huì)聚偏振光干涉演示儀，偏振片（兩塊），方解石，1/2波片，1/4波片，玻璃堆，硬質(zhì)塑料環(huán)，旋光物質(zhì)溶液（糖溶液）【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】1、驗(yàn)證馬呂斯定律某些雙折射晶體對(duì)于光振動(dòng)垂直于光軸的線偏振光有強(qiáng)烈吸收，而對(duì)于光振動(dòng)平行于光軸的線偏振光吸收很少(吸收o光，通過e光)，這種對(duì)線偏振光的強(qiáng)烈的選擇吸收性質(zhì)，叫做二向色性。具有二向色性的晶體叫做偏振片。P1P1P2A0A0cosθθ圖2PP1P2線偏光單色自然光線偏光圖1圖1中靠近光源的偏振片為起偏器，設(shè)經(jīng)過后線偏振光振幅為（圖2所示），光強(qiáng)為I0。與夾角為,因此經(jīng)后的線偏振光振幅為，光強(qiáng)為,此式為馬呂斯定律。把兩個(gè)偏振片分別固定在導(dǎo)軌上，打開激光光源，并調(diào)節(jié)旋針（也稱導(dǎo)向桿，即偏振片透振方向），使繞著入射光旋轉(zhuǎn)一周，由上式可知當(dāng)，即∥時(shí),出射光強(qiáng)最強(qiáng)，為I0；當(dāng)，即⊥時(shí)，出射光強(qiáng)為零。我們稱觀察到的這種現(xiàn)象為“兩明兩零”（兩次最大光強(qiáng),兩次零光強(qiáng)）。只有入射光為線偏振光時(shí)才有這種現(xiàn)象，因此偏振片也可做檢偏器。2、平行偏振光的干涉偏振光垂直通過波片以后，按其振動(dòng)方向（或振動(dòng)面）分解為尋常光（o光）和非常光（e光）。它們具有相同的振動(dòng)頻率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若將它們投影到同一方向，就能滿足相干條件，實(shí)現(xiàn)偏振光的干涉。旋光溶液?jiǎn)紊匀还鈭D4量糖計(jì)MCN圖3分振動(dòng)面干涉裝置I0波片偏振片偏振片單色自然光分振動(dòng)面的干涉裝置如圖3所示，旋光溶液?jiǎn)紊匀还鈭D4量糖計(jì)MCN圖3分振動(dòng)面干涉裝置I0波片偏振片偏振片單色自然光考慮特殊情況，當(dāng)M⊥N時(shí)，即兩個(gè)偏振片的透振方向垂直時(shí)，出射光強(qiáng)為：；當(dāng)M∥N時(shí)，即兩個(gè)偏振片的透振方向平行時(shí)，出射光強(qiáng)為：。其中θ為波片光軸與M透振方向的夾角，δ為o光和e光的總相位差（同波晶片的厚度成正比）。改變?chǔ)?、δ中的任何一個(gè)都可以改變屏幕上的光強(qiáng)。當(dāng)δ=（2k+1）π（1/2波片）時(shí)，cosδ=-1，，出射光強(qiáng)最大，，出射光強(qiáng)最??；當(dāng)δ=[（2k+1）π]/2（1/4波片）時(shí)，cosδ=0，,。特別地，利用1/4波片我們還可以得到圓偏振光和橢圓偏振光。當(dāng)θ=45度時(shí)，得到圓偏振光，此時(shí)讓偏振片N旋轉(zhuǎn)一周，屏幕上光強(qiáng)不變。一般情況下，得到的是橢圓偏振光，讓偏振片N旋轉(zhuǎn)一周，屏幕上的光斑“兩明兩暗”。本實(shí)驗(yàn)與上一個(gè)相比，需在兩個(gè)偏振片之間加入一個(gè)波片。首先，調(diào)節(jié)偏振片的旋針，使兩個(gè)偏振片的白色標(biāo)記所對(duì)的角度相差0度、90度（分別對(duì)應(yīng)偏振片透振方向平行、垂直情況）；然后，打開激光器，再旋轉(zhuǎn)波片，即改變?chǔ)?，就可以在屏幕上觀察到光強(qiáng)的變化?？梢钥吹?，平行偏振光的干涉規(guī)律符合上述結(jié)論。3、旋光現(xiàn)象線偏振光通過許多有機(jī)溶液或液體時(shí)，振動(dòng)面會(huì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，這種現(xiàn)象叫做旋光現(xiàn)象，能發(fā)生旋光現(xiàn)象的物質(zhì)叫做旋光物質(zhì)。在一對(duì)偏振器之間加入一根帶有平行平面窗口的玻璃管，管內(nèi)充有糖溶液，這種裝置叫做量糖計(jì)（如圖4所示）。從偏振片可以檢驗(yàn)出來，光線經(jīng)過管內(nèi)溶液時(shí)有旋光現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將兩個(gè)偏振片的透振方向調(diào)為垂直，由馬呂斯定律可知，出射到屏幕上的光強(qiáng)為零。將裝有糖溶液的玻璃管放在兩個(gè)偏振片之間，讓激光束完全穿過，即可在屏幕上看到一個(gè)很暗的亮斑。保持不變，緩慢的調(diào)節(jié)的透振方向，當(dāng)轉(zhuǎn)過某一定角度時(shí)，出射的光強(qiáng)才重新為零。其原因是，糖溶液是旋光物質(zhì)，通過它的激光束的振動(dòng)方向不再是與一致，因此要旋轉(zhuǎn)一定角度，才能使透振方向與其垂直，使出射光強(qiáng)為零。4、應(yīng)力雙折射由于晶體自身的性質(zhì)，當(dāng)外界對(duì)其施加一個(gè)持續(xù)不斷的外力時(shí)，晶體的光學(xué)性質(zhì)將發(fā)生一些改變，應(yīng)力雙折射就是其中的一例。將環(huán)氧樹脂晶體圓環(huán)用兩個(gè)偏振片一前一后夾住，對(duì)著日光燈觀看，可以看到晶體圓環(huán)內(nèi)有美麗的干涉條紋，然后，將固定晶體圓環(huán)的螺絲順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，對(duì)晶體圓環(huán)施以更大的應(yīng)力，再重復(fù)上一步驟，可以觀察到干涉條紋與上次有了顯著的區(qū)別。原因在于外界施加的應(yīng)力可以改變晶體的晶格的間距，應(yīng)力越集中，各向異性越強(qiáng)，干涉條紋越密。光測(cè)彈性儀就是利用此原理來檢驗(yàn)應(yīng)力分布的儀器，它在實(shí)際中有很廣泛的應(yīng)用。5、晶體的雙折射圖6布儒斯特角一束單色自然光垂直入射于晶體的表面，進(jìn)入晶體后，變?yōu)閮墒猓簅光和e圖6布儒斯特角單色自然光單色自然光e光O光晶體的截面圖5晶體的雙折射現(xiàn)象首先利用方解石觀察晶體的雙折射現(xiàn)象。打開激光器，在屏幕上出現(xiàn)一個(gè)亮斑。再將方解石晶體放在導(dǎo)軌上，光束分為兩束，在屏幕上出現(xiàn)了兩個(gè)亮斑。這就是晶體的雙折射現(xiàn)象。旋轉(zhuǎn)晶體，一束光不動(dòng)，此為o光；而另一束光則隨之旋轉(zhuǎn)，這就是e光。然后，在屏幕與方解石之間放一個(gè)偏振片。旋轉(zhuǎn)該偏振片，即改變它的透振方向，認(rèn)真觀察兩亮斑的亮度變化。在某一方向上，經(jīng)方解石雙折射后的兩束光中的一束完全無法透過（偏振方向與偏振片的透振方向垂直），而另一束的光強(qiáng)達(dá)到最大值（偏振方向與偏振片的透振方向平行）；繼續(xù)按原方向旋轉(zhuǎn)90度，則剛才無法透過的那束光光強(qiáng)達(dá)到最大，而先前光強(qiáng)最大的那束光卻無法透過。由此，我們可以驗(yàn)證，方解石晶體可以將單色自然光分解為兩束偏振方向相互垂直的線偏振光。（如果可測(cè)量光強(qiáng)的話，還可以知道出射兩束光的光強(qiáng)相等，均為原光強(qiáng)的1/2）6、布儒斯特角當(dāng)光通過不同的介質(zhì)界面時(shí),入射光分為反射光和折射光兩部分,折射定律和反射定律決定了它們的方向,而這兩部分光的強(qiáng)度和振動(dòng)的取向,則需要用電磁理論來討論。因?yàn)楣庠诮橘|(zhì)界面上反射和折射時(shí),其電矢量振動(dòng)平行于入射面的分量(又稱平行分量,用p表示,或簡(jiǎn)稱p分量)，與垂直于入射面的分量(又稱垂直分量,用s表示,或簡(jiǎn)稱s分量)的行為不同。自然光和偏振光都可以分解為兩個(gè)相互垂直的線偏振光,所以討論光在透明介質(zhì)界面上所發(fā)生的現(xiàn)象,可以借助于討論兩個(gè)特定的線偏振光來進(jìn)行。當(dāng)自然光以某一入射角入射到介質(zhì)界面時(shí)，恰好反射光中只有s分量,沒有p分量,p分量全部透射。此時(shí)的入射角稱為布儒斯特角(也叫偏化角),記為。反射起偏和透射起偏：自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(由二十多個(gè)玻璃片組成)上,反射光是振動(dòng)面垂直于入射面的線偏振光。透射光偏振度非常高,也可視為線偏振光,振動(dòng)面平行于入射面。如圖8在導(dǎo)軌上擺好光路，打開光源。將玻璃片堆轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)60度左右的角度（已知該玻璃堆的布儒斯特角在50度－70度之間），調(diào)節(jié)好偏振片的透振方向（平行與導(dǎo)軌）。然后，在50度－70度之間小心調(diào)節(jié)玻璃堆轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，直到出射到屏幕上的