偏振與雙折射

偏振與雙折射第一頁，共二十一頁，2022年，8月28日提綱實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)內(nèi)容思考題

第二頁，共二十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠^察與了解光在各向異性晶體中傳播時(shí)產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象和規(guī)律觀察光的偏振現(xiàn)象，加深對(duì)其規(guī)律認(rèn)識(shí)了解產(chǎn)生和檢驗(yàn)偏振光的器件及儀器掌握一些光的偏振態(tài)的鑒別方法和測試技術(shù)

第三頁，共二十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)原理

自然光與偏振光雙折射現(xiàn)象二向色性偏振光的檢驗(yàn)波片——位相延遲器橢圓偏振光通過檢偏器的光強(qiáng)第四頁，共二十一頁，2022年，8月28日自然光與偏振光自然光：光矢量在垂直于傳播方向上的各向分布幾率相等；線偏振光（平面偏振光）：光矢量方向不變，大小隨相位變化，在垂直于光波傳播方向的平面上光矢量端點(diǎn)軌跡是一直線；圓偏振光（或橢圓偏振光）：光矢量是隨時(shí)間作有規(guī)律的改變，光矢量的末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡是圓（或者橢圓）；部分偏振光：介于偏振光和自然光之間。第五頁，共二十一頁，2022年，8月28日當(dāng)一束光入射到光學(xué)各向異性的介質(zhì)時(shí)，折射光往往有兩束，這種現(xiàn)象稱為雙折射雙折射現(xiàn)象圖1冰洲石的雙折射現(xiàn)象

第六頁，共二十一頁，2022年，8月28日光在某些晶體中傳播時(shí)，晶體對(duì)o光和e光的吸收是不一樣的，此特性稱為二向色性。利用這一性質(zhì)可以用來產(chǎn)生線偏振光二向色性圖2二向色性第七頁，共二十一頁，2022年，8月28日起偏器：將自然光變?yōu)槠窆獾钠骷?；檢偏器：用于檢驗(yàn)偏振光的器件。偏振光的檢驗(yàn)若線偏振光之光矢量A與主平面的夾角為θ，如圖3所示，用矢量分解法，我們可以得到o光和e光的電矢量Ao和Ae（注意：起偏器和檢偏器都可以由偏振片來制作）：圖3馬呂斯定律第八頁，共二十一頁，2022年，8月28日o光和e光之光強(qiáng)分別為檢驗(yàn)：兩個(gè)偏振片的透光軸夾角為θ，自然光垂直入射。通過起偏器后，變?yōu)榫€偏振光，其振幅為A。通過檢偏器后，仍然為線偏振光，但其偏振面轉(zhuǎn)過了θ角，其振幅為Ae（隨θ變）圖4偏振光檢驗(yàn)第九頁，共二十一頁，2022年，8月28日波片：由雙折射晶體制成的平板狀光學(xué)元件，其光軸平行于表面，也稱位相延遲器。波片——位相延遲器如圖5所示，一平面偏振光垂直入射，光矢量A向上，與光軸夾角為θ。則入射光在晶片表面即分解為o光和e光，均沿原方向傳播。在晶片中，其傳播速度是不同的。因此o光和e光通過晶片的時(shí)間可表示為：圖5波片第十頁，共二十一頁，2022年，8月28日這樣二光線通過晶片就會(huì)有一個(gè)時(shí)間差，進(jìn)而導(dǎo)致光程差，其對(duì)應(yīng)的位相差可表示為：由上式我們可以將波片分類如下：第十一頁，共二十一頁，2022年，8月28日橢圓偏振光的得到：光通過起偏器后成為線偏振光。λ/4波片的光軸與起偏器的光軸夾角只要不是、、。則此線偏振光通過波片C后就是橢圓偏振光。

橢圓偏振光通過檢偏器的光強(qiáng)P1、P2

和λ/4波片C之光軸如圖6分布。經(jīng)過P1后得到的線偏振光的光矢量振幅為A，在波片入射面上將被分解為e光和o光，則:圖6光矢量分解圖第十二頁，共二十一頁，2022年，8月28日Ae、Ao通過λ/4波片C后將產(chǎn)生一位相差通過C之后的Ae、Ao只有與P2通光面平行之分量Aee，Aoe才能通過P2，故有：

考慮到Aee與Aoe有一恒定位相差，因此它們能夠產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，合成后的光矢量A2為：第十三頁，共二十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)在防震光學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行。重要儀器和器材有：激光器、偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、光電信號(hào)檢測儀。偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的各種光學(xué)器件如：冰洲石（亦名方解石，為負(fù)單軸晶體），定光軸冰洲石，起偏器，檢偏器，可調(diào)分束角棱鏡（用來觀察光的分束現(xiàn)象）,1/2波片、1/4波片,托架。第十四頁，共二十一頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

觀察光學(xué)各向異性晶體中的雙折射現(xiàn)象觀察o、e雙輸出的偏振態(tài)，可調(diào)分束角光強(qiáng)I與（兩偏振器的）夾角θ的關(guān)系判別λ/4波片與λ/2波片偏振光態(tài)勢變換觀測橢圓偏振光通過檢偏器的光強(qiáng)第十五頁，共二十一頁，2022年，8月28日研究透過兩偏振器后的光強(qiáng)I與它們透光軸間夾角θ的關(guān)系

光強(qiáng)I與（兩偏振器的）夾角θ的關(guān)系1）將激光束，偏振棱鏡調(diào)至等高、同軸；2）轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器P2使其與起偏器P1透光軸方向平行，此時(shí)光檢測器示值最大。在兩偏振器透光軸夾角θ分別為，，，，，，，，，，時(shí)，測量透射光強(qiáng)I。用極坐標(biāo)作I－θ曲線，用直角坐標(biāo)紙作I－曲線，并作分析。第十六頁，共二十一頁，2022年，8月28日判別λ/4波片與λ/2波片在正交偏振器光路中，分別插入λ/4波片和λ/2波片，首先轉(zhuǎn)動(dòng)波片使屏幕上仍然變黑。再轉(zhuǎn)動(dòng)波片，若為λ/4波片，則通過波片后為圓偏振光。轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，光屏上亮斑亮度不變。若為λ/2波片，則通過波片后仍然是線偏振光，但振動(dòng)面轉(zhuǎn)過，光屏上顯示為亮斑，若將檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)，則光屏變黑（為什么）。提示操作過程：

第十七頁，共二十一頁，2022年，8月28日平面偏振光變換為圓偏振光、橢圓偏振光。圓偏振光、橢圓偏振光變換為平面偏振光。偏振光態(tài)勢變換操作提示：承接判別λ/4波片與λ/2波片的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，考慮到λ/4波片的特點(diǎn)第十八頁，共二十一頁，2022年，8月28日1）將激光束，λ/4波片，偏振棱鏡調(diào)至等高、同軸，光路如圖7所示

觀測橢圓偏振光通過檢偏器的光強(qiáng)3）插入λ/4波片C，轉(zhuǎn)動(dòng)C，使C與P1、P2中的一個(gè)偏振器通光面平行。緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)C一周，觀測C的光軸與P1（或P2）透光軸夾角改變時(shí)光強(qiáng)變化圖7橢圓偏振光檢測2）轉(zhuǎn)動(dòng)P2，將P1、P2調(diào)至正交，光屏上無光斑第十九頁，共二十一頁，2022年，8月28日5）轉(zhuǎn)動(dòng)P2一周，先觀察探測器反映的光強(qiáng)變化；確定光強(qiáng)的極大值和極小值（即橢圓的長軸和短軸）位置。然后以極大值處為起始點(diǎn)（）。測量之關(guān)系。每測量1個(gè)點(diǎn)。用極坐標(biāo)作

曲線，并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。4）將λ/4波片C置于正交偏振器P1、P2中，使C光軸與P1透光軸平行，光屏上應(yīng)消光（可略為轉(zhuǎn)動(dòng)C觀察），轉(zhuǎn)動(dòng)波片C，使，此時(shí)橢圓長軸方向就在1/4波片C的光軸上了（為什么）第二十頁，共二十一頁，2022年，8月28日思考題

怎么用實(shí)驗(yàn)方法來區(qū)分自然光、圓偏振光、橢圓