光的偏振研究－大学物理基础课件

光的偏振研究－大学物理基础课件内容摘要：

光的偏振研究－大学物理基础课件 大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）9光的偏振实验研究孙作奎（大连理工大学 动力工程系 0306 班）摘要：通过测量穿过检偏器的光的光强，并比较光强与 究马吕斯定律。 测量玻璃堆反射光的偏振度，当其偏振度接近于一时，此时激光的入射角 就是其布儒斯角，而 值就是玻璃堆的折射率。 关键字：光强，偏振光的检测，偏振器，布儒斯特角，折射率1马吕斯定律的研究自 1808 年马吕斯（7751812）发现了光的偏振（of 象，对于光的偏振现象的深入研究，证明了光波（横波（，使人们进一步认识了光的本性。 为了充分利用光的偏振性为人们服务，各种偏振光元件，偏振光仪器应运而生，偏振光的应用技术也日益发展，在各个领域都得到了广泛的应用。 （1（ 试验仪器：计算机与操作控制软件（1 套） ；格兰傅科棱镜(2 块)；1/2 玻片（1 片)；玻璃堆（1 块） ；1/4 玻片（1 片)；由步进电机控制的调节架（3 套） ；光电接收系统（1 套） ；e 半导体激光器（1 套）（2（ 实验过程：光路图如下所示，激光器发射出激光，激光通过两个由步进电机带动的格兰傅棱镜和一个检偏器，其中一个格兰傅棱镜由电机带动，缓慢转动转过 3600，此时，如果入射光是部分线偏振光或者椭圆偏振光，旋转偏振片，出射光强在最小值 测器检测打到它上面激光的光强，电脑屏幕上面显示光强随角度变化所测得的值。 图一：马吕斯定律示意光路图（3） 试验数据记录：角度 学生物理实验研究论文集（2005）10光强 度是步进电机转过的角度，并非是两偏振片的相对夹角。 光强为原光强的倍数。 两偏振片相对角度为零时的光强，相应的后面的相角度为 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90。 假设光强就是 验光强 I 光强 I=0）光强 I= 0 0我们可以假设透射光强是以与入射光强成不同函数的关系射出，有上表看到：我假设了三个函数，分别为 I=90）； I=并计算出在不同角度时的光强值，当然我们还可以假设为其它函数，并作出曲线与实验值曲线进行拟合，与实验值曲线最为接近的便为透射光强与入射光强的函数关系。 根据以上数据由 件可以作出以下各图： 大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）112D X l =I 线与实验值曲线的拟合X l 0）曲线与实验值曲线的拟合比较大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）122D X l =I 线与实验值曲线的拟合比较D X l vs l 4曲线在一幅图中与实验值曲线的拟合比较由实验所绘图形可以看出，实验值 I 与相对角度 为一曲线，与 Im 本吻合(在误差所允许的范围内)，而与其它曲线拟合情况较差。 所以 I=Im 成立的。 可以认为马吕斯定律成立。 其中 是入射线偏振光的振动方向与偏振片透光方向的夹角，如果以光的传播方向为轴旋转偏振片，可测得出射光强在 0果入射光是自然光大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）13或者圆偏振光，旋转偏振片，出射光强不变；这是因为自然光和圆偏振光不是线偏振光。 当电磁波通过时，沿偏振片某一方向振动的光矢量趋势电子定向运动而形成电流带走与之相应的能量，垂直这个方向的光矢量就不会被吸收，而可以毫无阻拦的通过，自然光通过偏振片后就成为方向沿着偏振片透光方向的线偏振光，而圆偏振光可以阻拦的通过，所以旋 转偏振片，出射光强不变。 2布儒斯特定律研究光线斜射向非金属的光滑表面上（如水，木头，玻璃等）时反射光和投射光都会产生偏振现象，其偏振的程度取决于光的入射角以及反射物的性质。 当入射角是某一数值时，反射光为线偏振光，这时的入射角叫起偏角，也叫布儒斯特角（。 起偏角的数值 反射物质的折射率有关。 ，此关系称为布儒斯特定律。 此时，不管入射光的偏振状态如何，反射光的n果自然光是以 经过多次反射，最后从玻璃片透射出来的光一般是部分线偏振光。 如果玻璃片数目较大，则透射光近似为线偏振光。 （1） 试验仪器：格兰傅棱镜，玻璃堆，光电接收系统，导体激光器。 （2） 实验过程: 通过转动玻璃堆使得入射光的角度变化，从而改变入射角，出射出来的光线通过检偏器，检偏器前面有由步进电机带动的格兰傅棱镜，出射光为线偏振光，通过计算机屏幕上的曲线读出每个每个入射角的 计算出来每一次的偏振度 P。 实验光路图如下所示。 激光器 玻璃堆光强检测器图六：测反射光偏振度实验光路示意图检偏器大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）14（3） 实验数据记录：转角 300 450 500 550 600 650 注：P=(I ( P=1 时为最大，此时激光入射角为近似为布儒斯特角，转角为 550 时，P 有最大值，则，激光以布儒斯特角入射时,反射光为线偏振光,偏振度为: 4） 实验讨论：实验中，假如激光器发射出来的激光没有和格兰傅棱镜，检偏器的中心对准，将很难得到满意的结果，因为当激光没有完全打在棱镜的中心时，透射出去的激光光强将减弱，而此实验中要测量的量正是光强，一旦光强被其他东西削弱了，检偏器得不到应有的光强时，由软件所绘出的图形将不会成为正铉曲线，而导致实验失败，测得的量不准确。 （5） 实验中注意事项：激光光强很强，不可直视激光光束；不得直接接触各个光学元件的表面。 参考文献：1 詹卫伸，连理工大学出版社,20042 学出版社 ,20043 等教育出版社 ,19894 防科技大学出版社 ,2002 of of of 连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005）15of is , of。