偏振光的測定實驗

第三輪實驗1、偏振現(xiàn)象的觀測與分析（實驗十）2、邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用（實驗十四）實驗十偏振現(xiàn)象的觀察與分析光波是橫波，具有偏振性。光矢量=電場強度矢量相關(guān)基礎(chǔ)知識——振動與波補充知識：1.平面偏振光(線偏振光)：光矢量E的振動方向始終在某一方向上。垂直于圖面向外傳播的線偏振光線偏振光的圖示法振動方向振動面?zhèn)鞑シ较?2、自然光

在與傳播方向垂直的平面內(nèi)，在所有可能的方向上，E的振幅都相等，這樣的光稱為自然光。光矢量對稱分布

總可以分解成兩個互相垂直的、振幅相等的、彼此獨立的光振動。它們之間不存在確定的相位關(guān)系，并各占自然光總光強的一半。自然光的表示法2、部分偏振光

部分偏振光是偏振態(tài)介于自然光和線偏振光之間的光，它的振動方向也是隨機地迅速變化著。但是在某一方向上的振動占有優(yōu)勢，振幅最大。與之垂直的方向振幅最小，其振幅情況可用圖表示。自然光部分偏振光4、橢圓偏振光和圓偏振光

對于線偏振光，光波場中任意一個場點的光矢量(電矢量)的端點在波面內(nèi)描繪的軌跡為一直線。橢圓偏振光：橢圓偏振光的相應(yīng)的軌跡為一橢圓。如圖所示。圓偏振光：

圓偏振光是橢圓偏振光的一個特例，任一場點的光矢量大小不變，但方向以角速度(光波的圓頻率)勻角速轉(zhuǎn)動。

橢圓偏振光可以分成兩個光矢量互相垂直并具有恒定位相差的線偏振光。

任何偏振態(tài)都可以分成兩個光矢量互相垂直的線偏振光。5.偏振片（器）：只讓某一振動方向的光通過。稱這一方向為偏振片的透振方向。偏振片的透振方向?qū)嶒灒簷C械波通過狹縫一、偏振片透振方向——馬呂斯定律AA=

Acos二、波片波晶片或相位延遲片

晶體的一個最主要的普遍性質(zhì)——各向異性。在光學(xué)中，主要是指光沿不同方向具有不同的傳播速率，也就是對于不同方向，相應(yīng)的折射率不同。

晶體具有雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象自然光O光e光雙折射雙折射雙折射方解石雙折射現(xiàn)象——同一束光線通過折射后分為兩束的現(xiàn)象

一片單軸晶體的平行平面板，其光軸與表面平行。

當(dāng)一束平行線偏振光光束垂直入射到波片上，將分解成的o光和e光，o光和e光沿同一方向傳播，但它們的傳播速度不同，分別為vo和ve，折射率分別為no和ne。波片：波片有一個特殊方向，稱之為光軸。它使入射的線偏振光分成相互垂直的具有一定位相差的兩個線偏振光。其中一個線偏振光的振動方向垂直于光軸，另一個平行于光軸。?波片的光軸o光和e光在波片中所經(jīng)歷的光程不同o光經(jīng)過的光程：node光經(jīng)過的光程：ned相位差相位差取決于波長和波片厚度。在實際中，最常用的波片是1/4波片和1/2波片，稱為1/4波片稱為1/2波片振幅單色自然光自然光（不能形成穩(wěn)定的橢圓）波片（e、o）單色平面偏振光橢圓偏振光（有恒定位相差）波片（e、o）討論：（1）橢圓偏振光線偏振光橢圓偏振器

反射和折射時光的偏振一、布儒斯特定律1、現(xiàn)象：一束自然光射到兩種介質(zhì)的分界面上，發(fā)現(xiàn)反射光和折射光部分偏振光線偏振光在特殊條件下獲得線偏振光的一種方法兩個部分偏振光是什么樣的部分偏振光？

反射光的偏振現(xiàn)象是馬呂斯在1808年發(fā)現(xiàn)的。實驗表明： (1)反射光是垂直于入射面方向振動的光矢量較強的部分偏振光。 (2)折射光是平行于入射面方向振動的光矢量較強的部分偏振光。

討論在什么特殊條件下，反射光成為線偏振光？2、布儒斯特定律（1813年）

當(dāng)入射角等于某一特定角i10時，反射光成為振動面垂直于入射面的線偏振光，i12稱為布儒斯特角或起偏角，滿足又所以反射光與折射光互相垂直實驗十一.偏振現(xiàn)象的觀察與分析一.預(yù)習(xí)要求：閱讀實驗十一.P.124~P.131二.說明：1.本實驗中練習(xí)二的內(nèi)容不做。2.本實驗使用的偏振器件是人造偏振片(聚乙烯醇材料)，它的出射光不是完全線偏振光(偏振度P1)。3.本實驗使用的波片質(zhì)量較差，不是用石英、方解石做成，而是云母類材料，因此，1/2波片、1/4波片的誤差較明顯。4.針對2、3情況，我們對實驗進行了改進。(3)重復(fù)測量三次，求平均值。(4)由布儒斯特角計算玻璃的折射率n。(5)偏振片1透射方向在入射面內(nèi)，記錄偏振片1的透振方向的角度。由偏振片1透射方向可確定偏振片2透射方向，記錄偏振片2的透振方向的角度。布儒斯特角：1.測定玻璃的布儒斯特角iB和偏振片(1)、(2)的主截面(透振方向)的確定(2)同時轉(zhuǎn)動玻璃平板和起偏器(偏振片)P(使其透射方向在入射面內(nèi))，仔細調(diào)節(jié)直到反射光消失為止，記下玻璃平板的角度2。三.實驗內(nèi)容(1)如圖所示，調(diào)節(jié)玻璃平板使反射光束與入射光束重合，記下初始角

1。2.觀察平面偏振光透過半波片后的偏振態(tài)分別觀察平面偏振光的振動面與1/2波片的光軸之間的夾角為300、450、900時，波片的出射光的偏振態(tài)，驗證1/2波片使入射的平面偏振光的振動面轉(zhuǎn)過2角。 （用白屏接受）(1)本實驗只要確定光軸與透振方向的夾角。使兩個偏振片的透振方向正交(消光)，在兩偏振片之間，插入波片并繞光線方向旋轉(zhuǎn)一周時，在四個特定方位(方向)將出現(xiàn)消光的特性，以幫助校正波片光軸與偏振片P1之間夾角的零位(零度位置)。(2)將波片(光軸)分別轉(zhuǎn)動=300、450、900時，相同方向旋轉(zhuǎn)檢偏器(偏振片P2)，驗證1/2波片使入射的平面偏振光的振動面轉(zhuǎn)過2角。3.觀察平面偏振光透過1/4波片后的偏振態(tài)分別觀察平面偏振光的振動面與1/4波片的光軸之間的夾角為150、450、900時，波片的出射光的偏振態(tài)。（用白屏接受）(1)與3(1)相同。(2)將波片(光軸)分別轉(zhuǎn)動=150、450、900時，相同方向旋轉(zhuǎn)檢偏器(偏振片P2)，驗證1/4波片使入射的平面偏振光分別變成橢圓偏振光、圓偏振光和平面偏振光。附：關(guān)于光軸的確定本實驗只要確定光軸與透振方向的夾角。在兩個透振方向正交的偏振片之間，插入波片并繞光線方向旋轉(zhuǎn)一周時，在四個特定方位(方向)將出現(xiàn)消光的特性，以幫助校正波片光軸與偏振片P1之間夾角的零位(零度位置)。注意：本實驗所提供的儀器不能完全確定光軸的方向，只能確定兩個正交方向，其中究竟那一個需要已知光軸的波片來確定，但這不影響實驗。實驗數(shù)據(jù)與結(jié)果1.布儒斯特角：2.偏振片透振方向的記錄1號偏振片：當(dāng)偏振片透振方向為橫向(水平方向)時，指針?biāo)傅慕嵌龋篲________；2號偏振片：當(dāng)偏振片透振方向為豎直方向時，指針?biāo)傅慕嵌龋篲________。3、1/2波片4、1/4波片實驗十四.邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用1、干涉的必要條件A.頻率相同；B.存在相互平行的振動分量；C.位相差恒定。滿足干涉條件的光稱為相干光。理論知識

2、普通光源的發(fā)光機理

（1）自發(fā)輻射——這是一種隨機過程。

（2）特點——間歇性，隨機性。

設(shè)兩列振動方向相同，頻率相同的光波，在空間某點相遇，(平均相對)光強為第三項為干涉項，其關(guān)鍵取決于積分因子?！捌骄痹谟诮邮掌鹘邮盏氖窍鄳?yīng)時間內(nèi)的光強的時間平均值?！跋鄬Α痹谟诓▌庸鈱W(xué)關(guān)心的是光強的相對分布。??兩個獨立光波源（1）不相干情況——不相干（2）相干情況S1、S2是兩個相干光波源???分波器在觀察點相遇經(jīng)過不同光程

這樣無論原子的發(fā)光如何改變，但任何位相改變總是同時發(fā)生在這兩列波中，這樣觀察點的位相差就取決于光程差，因而就保持穩(wěn)定的位相差。產(chǎn)生相干光的兩種方法

設(shè)單色光分成兩束光，兩束相干光在不同媒質(zhì)所經(jīng)歷的幾何路程為r1、r2，相遇后它們的相位差為定義：光程=nr光程差：邁克耳遜干涉儀邁克耳遜干涉儀G1:分光板，其背面為半透明表面(鍍銀薄層)，其作用是將入射光束分成兩束強度幾乎相等的光束。G2:補償板，其厚度和折射率與G1相同，其作用是補償光程。M1：動鏡；M2：固定鏡。等效性：M2經(jīng)G1的半反射表面成虛象于M2，這樣G1半透明表面到M2與到M2的光程相等。因此，光束1可看作由M2面的反射，這就形成了M1和M2之間的空氣薄膜。i光程差為dM1M2內(nèi)高外低、內(nèi)疏外密的圓環(huán).實驗十四.邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)和使用一.預(yù)習(xí)要求：仔細閱讀實驗十四P.156~P.166二.原理當(dāng)平面鏡M1和M2嚴(yán)格垂直(即M1和M2嚴(yán)格平行)時，產(chǎn)生等傾干涉條紋，所有傾角為i的入射光，由M1和M2反射后，它們的光程差為旋動手輪使d回程誤差很大。微調(diào)螺絲讀數(shù)轉(zhuǎn)盤M1和M2背后的三個螺絲當(dāng)旋動手輪使d增加時，可見到條紋從中心“涌出”；當(dāng)旋動手輪使d減小時，可見到條紋從中心“陷入”。當(dāng)考察中心處的條紋時，由于中心處i=0，所以可見：當(dāng)看到中心處的條紋“涌出”或“陷入”一個時，d就增加或減小了半個波長；當(dāng)看到中心處的條紋“涌出”或“陷入”N個時，d的增加或減小就是我們只要測出d，就可計算波長：實驗內(nèi)容:1.用He-Ne激光調(diào)節(jié)邁克耳孫干涉儀，并測激光波長。

(N=100，重復(fù)２次)邁克耳孫干涉儀的調(diào)節(jié)：(1)激光經(jīng)M1和M2反射后，在觀察屏上有兩個最強的亮點，仔細調(diào)節(jié)M1和M2背后的三個螺絲，改變M1和M2的相對方位，直至兩亮點完全重合，這時重合的亮點中往往可觀察到１到２條暗條紋。(2)在激光源前加上擴束透鏡，仔細緩慢地調(diào)節(jié)M2下方的兩個微調(diào)螺絲，使觀察屏上的干涉條紋成圓形。

(激光的干涉情況是“不定域”的，鈉光在這里的干涉情況是“定域”的——定域在無窮遠)d的測量：(1)旋轉(zhuǎn)粗動手輪(配合使用細動手輪)，使M1移動，觀察條紋變化，使視場中(屏上)出現(xiàn)清晰的對比度較好的干涉圓環(huán)。(2)漫漫轉(zhuǎn)動讀數(shù)轉(zhuǎn)盤，觀察中心“涌出”或“陷入”100圈時的d的變化量：由此計算He-Ne激光波長。2.測鈉光波長(1)將光源換成鈉光，這時不用觀察屏接受，而是用眼睛直接觀察等傾干涉條紋。(2)仔細緩慢地調(diào)節(jié)M2下方的兩個微調(diào)螺絲，使干涉條紋成圓形。并且圓紋中心僅隨觀察者的眼睛左右上下移動，但不發(fā)生條紋的“涌出”或“陷入”現(xiàn)象，這時觀察到的條紋才是嚴(yán)格的等傾干涉。(3)漫漫轉(zhuǎn)動讀數(shù)轉(zhuǎn)盤，觀察中心“涌出”或“陷入”100圈時的d的變化量：由此計算He-Ne激光波長。(重復(fù)2次)3.