光的偏振實驗

關于光的偏振實驗第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實驗目的1.學習線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)的獲取方法；2.驗證馬呂斯定律；3.學習檢驗線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)等的實驗過程；4.了解由計算機控制實驗的過程。第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗儀器

激光器起偏器檢偏器1/4波片硅光電池第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實驗原理偏振光和自然光橢圓偏振光波片第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月對于自然光，各方向的強度相等，Imax=Imin,P=0；對于完全偏振光，IP=I總，P=1；其他情形下的P值都比1小。偏振度的數(shù)值愈接近1，光束的偏振化程度就愈高。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.橢圓偏振光在直角坐標系中，將橢圓偏振光的光矢量端點的軌跡用方程表示，則為：式中，Ex和Ey分別為光矢量E在x和y方向的分量

Ex=a1cosωt

Ey=a2cos(ωt+δ)第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月這橢圓內(nèi)接于一長方形，長方形各邊與坐標軸平行，邊長為2a1和2a2?？梢宰C明，橢圓的長軸和x軸的夾角由下式?jīng)Q定tan2

=2a1a2cosδ/(a21-a22)式中，δ是振動方向平行于y軸的分量與振動方向平行于x軸的分量的位相差。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月可見橢圓的形狀由相差δ和振幅比a2/a1決定。在兩種特殊情況下，電矢量的運動沿直線進行，因而光波為線偏振光。這兩種特殊的情況是：(1)δ=0或±2π的整數(shù)倍，這時方程式化為表示電矢量的運動沿著一條經(jīng)過坐標原點而斜率為a2/a1的直線進行；(2)δ=±π的奇數(shù)倍，這時方程式化為表示電矢量的運動沿著一條經(jīng)過坐標原點而斜率為-a2/a1的直線進行第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月還必須指出，當δ=±π/2和它們的奇數(shù)倍時，方程式化為：這是一個標準的橢圓方程，表示一個長短軸a1，a2與坐標軸x,y重合的橢圓。若在這種情況下同時有a1=a2=a，則由上式得到Ex2+Ey2=a2表示電矢量末端的運動描成一個圓，即為圓偏振光。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.波片設晶片厚度為d，在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，兩者的光程差是：

Δ=｜no-ne｜d位相差是：

δ=2πλ｜no-ne｜d

這種能使光矢量互相垂直的兩束線偏振光產(chǎn)生相移的晶片叫做波片或移相片。第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)1/4波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=｜no-ne｜d=(m+1/4)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫做1/4波片。當入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸成±45°角時，通過1/4波片后得到圓偏振光，否則將有可能得到橢圓偏振光或線偏振光(當與快軸或慢軸相一致時)。第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)1/2波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=(m+1/2)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫半波片或1/2波片。圓偏振光通過半波片后仍為圓偏振光，但旋向改變；線偏振光通過半波片后自然是線偏振光，但光矢量的方向改變。設入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸(或慢軸)的夾角為α，通過晶片后光矢量向著快軸方向轉(zhuǎn)了2α角。第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗內(nèi)容本實驗是由計算機控制和采集數(shù)據(jù)的。其目的是使大家對計算機控制物理實驗的過程有個基本的了解，因為這種技術已在科學研究與生產(chǎn)實際中應用得很普遍了。第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.驗證馬呂斯定律驗證馬呂斯定律實驗裝置圖首先放置好半導體激光器和光電池盒，調(diào)節(jié)等高共軸。第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)在激光器后放入起偏器(手動)，點擊菜單上的啟動圖標，隨即在工作區(qū)中開始繪出一條曲線。由于半導體激光器輸出的激光是偏振的，所以改變起偏器的通光方向，就會使光強變化。轉(zhuǎn)動起偏器，調(diào)節(jié)曲線的高度，至曲線較高，但不到1，不能使之飽和。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)在起偏器和光電池盒之間，靠近后者放置檢偏器。選中與檢偏器相連電機的圖標。啟動，畫出一條曲線。選取“數(shù)據(jù)處理”菜單中的“讀取數(shù)據(jù)”項，系統(tǒng)彈出一讀數(shù)標志紅線和角度-光電流數(shù)據(jù)顯示窗，利用鍵盤上的箭頭鍵移動紅線至光電流值最大處。讀出相應角度。利用“角度檢索”功能(點擊相應圖標)，輸入對應于光電流最大處的角度數(shù)，確認后即可將此角位置移動至坐標原點。再啟動檢偏器，測出曲線(0°～180°)。讀出90°～0°間每隔10°的角度θ和相應光電流數(shù)據(jù)I。在坐標紙上畫出I/I0~cos2曲線。由實驗曲線驗證馬呂斯定律，給出驗證的結論。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.波片對偏振光的作用

(1)在前面的實驗裝置上，轉(zhuǎn)動檢偏器使系統(tǒng)消光。放入1/4波片，并啟動相應電機轉(zhuǎn)動波片，使系統(tǒng)重新消光。這表明波片并沒有對偏振光系統(tǒng)起作用，此時必定是波片的某光軸與線偏振光的振動面(起偏器的通光方向)夾角為0°。

(2)通過“角度檢索”依次轉(zhuǎn)動波片，使其光軸與原線偏振光的振動面(起偏器的通光方向)夾角為0°，30°和45°，每次都轉(zhuǎn)動檢偏器分別測出相應的曲線。根據(jù)這些曲線的形狀，判斷線偏振光通過1/4波片后變成了哪種偏振光，并歸納出1/4波片對偏振光作用的一般性結論。第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)將1/4波片替換為1/2波片，采用同樣的實驗方法，測定1/2波片光軸與線偏振光的振動面夾角分別為0°和45°時的曲線，并以此判斷線偏振光通過1/2波長后發(fā)生了什么變化，歸納出1/2波片對偏振光作用的一般性結論。第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月