光的偏振特性研究VIP免费

光信息技术实验七光的偏振特性研究实验7光的偏振特性研究光的干涉衍射现象揭示了光的波动性，但是还不能说明光波是纵波还是横波。而光的偏振现象清楚地显示其振动方向与传播方向垂直，说明光是横波。1808年法国物理学家马吕斯（Malus,1775—1812）研究双折射时发现折射的两束光在两个互相垂直的平面上偏振。此后又有布儒斯特（Brewster,1781—1868）定律和色偏振等一些新发现。光的偏振有别于光的其它性质，人的感觉器官不能感觉偏振的存在。光的偏振使人们对光的传播规律(反射、折射、吸收和散射)有了新的认识。本实验通过对偏振光的观察、分析和测量，加深对光的偏振基本规律的认识和理解。偏振光的应用很广泛，从立体电影、晶体性质研究到光学计量、光弹、薄膜、光通信、实验应力分析等技术领域都有巧妙的应用。一、实验目的1.观察光的偏振现象，了解偏振光的产生方法和检验方法。2.了解波片的作用和用1/4波片产生椭圆和圆偏振光及其检验方法。3.通过布儒斯特角的测定，测得玻璃的折射率。4.验证马吕斯定律。二、实验原理1.自然光和偏振光光是一种电磁波，电磁波中的电矢量E就是光波的振动矢量，称作光矢量。通常，光源发出的光波，其电矢量的振动在垂直于光的传播方向上作无规则的取向。在与传播方向垂直的平面内，光矢量可能有各种各样的振动状态，被称为光的偏振态。光的振动方向和传播方向所组成的平面称为振动面。按照光矢量振动的不同状态，通常把光波分为自然光、部分偏振光、线偏振光（平面偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光五种形式。如果光矢量的方向是任意的，且在各方向上光矢量大小的时间平均值是相等的，这种光称为自然光。自然光通过介质的反射、折射、吸收和散射后，光波的电矢量的振动在某个方向具有相对优势，而使其分布对传播方向不再对称。具有这种取向特征的光，统称为偏振光。偏振光可分为部分偏振光、线偏振光（平面偏振光）、圆偏振光和椭圆偏振光。如果光矢量可以采取任何方向，但不同方向的振幅不同，某一方向振动的振幅最强，而与该方向垂直的方向振动最弱，这种光为部分偏振光。如果光矢量的振动限于某一固定方向，则这种光称为线偏振光或平面偏振光。如果光矢量的大小和方向随时间作有规律的变化，且光矢量的末端在垂直于传播方向的平面内的轨迹是椭圆，则称为椭圆偏振光；如果是圆则称为圆偏振光。将自然光变成偏振光的过程称为起偏，用于起偏的装置称为起偏器；鉴别光的偏振状态的过程称为检偏，它所使用的装置称为检偏器。实际上，起偏器和检偏器是可以通用的。本实验所用的起偏器和检偏器均为分子型薄膜偏振片。光信息技术实验七光的偏振特性研究2．线偏振光的产生产生线偏振光的方法有反射产生偏振、多次折射产生偏振、双折射产生偏振和选择性吸收产生偏振等。（1）反射产生偏振与布儒斯特定律当自然光入射到各向同性的两种介质（如空气和玻璃）分界面时，反射光和透射（折射）光一般为部分偏振光。若改变入射角，则反射光的偏振程度也随之改变。设两介质的折射率分别为1n和2n，可以证明，当入射角为某一特定值p21tanpnn（1）时，反射光变为线偏振光，其振动面垂直于入射面，平行于入射面振动的光反射率为零，而透射光为部分偏振光，如图1所示，其中“”表示振动面垂直于入射面的线偏振光，短线“－”表示振动面平行于入射面的线偏振光，圆圈和短线的数量表示偏振程度。式（1）称为布儒斯特定律，p为布儒斯特角，或称起偏振角。根据光反射的这一特性，就可用调节入射角的方法获得线偏振光，也可以通过测量p来计算折射率2n。例如，通过测量激光束从空气射向玻璃表面反射时的布儒斯特角p可以测定玻璃相对空气的折射率。（2）透射产生偏振当光波的入射角为布儒斯特角时，虽然反射光为线偏振光，但反射率很低（如空气和玻璃界面，反射光强约为入射光强的8％）。对折射光而言，平行于入射面的振动分量全部透过界面，而垂直于入射面的振动分量仅一小部分被反射，大部分也透过了界面，所以透射光只是偏振化程度不高的部分偏振光。如果自然光以p入射到重叠的互相平行的玻璃片堆上，则经过多次折射，最后从玻璃片堆透射出来的光一般是部分偏振光。如果玻...