偏振光的产生和检验Word格式文档下载.docx
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1.光的偏振性
光波是波长较短的电磁波,电磁波是横波,光波中的电矢量与波的传播方向垂直。
光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。
光大体上有五种偏振态,即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。
而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。
(1)自然光
光是由光源量原子或分子发出的。
普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关,而且光振动方向也是彼此不相关的,呈随机分布。
在垂直于光传播方向的平面,沿各个方向振动的光矢量都有。
平均说来,光矢量具有轴对称而且均匀的分布,各方向光振动的振幅相同,各个振动之间没有固定的相联系,这种光称为自然光或非偏振光,通过自然观的照射,CD盒上会出现显色偏振.
(2)线偏振光
光矢量只沿一个固定的方向振动时,这种光称为线偏振光,又称为平面偏振光。
光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面,如图(a)所示。
线偏振光的振动面是固定不动的,图(b)所示是线偏振光的表示方法,图中短竖线表示光振动在纸面,点表示光振动垂直于纸面。
(3)部分偏振光
这是介于线偏振光与自然光之间的一种偏振光,在垂直于这种光的传播方向的平面,各方向的光振动都有,但它们的振幅不相等,如图(a)所示。
这种部分偏振光用数目不等的点和短线表示。
在图(b)中,上图表示在纸面的光振动较强,下图表示垂直纸面的光振动较强。
要注意,这种偏振光各方向的光矢量之间也没有固定的相的关系。
2.布儒斯特角
当光从折射率为n1的介质(例如空气)入射到折射率为n2的介质(例如玻璃)交界面,而入射角又满足
时,反射光即成完全偏振光,其振动面垂直于入射面。
iB称布儒斯特角,上式即布儒斯特定律。
显然,θB角的大小因相关物质折射率大小而异。
若n1表示的是空气折射率,(数值近似等于1)上式可写成
3.马吕斯定律
如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上(如下图),只有相当于它的成份之一的Ey(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成份Ex(=Ecosθ)则被吸收。
与此类似,若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为E0cosθ(这里θ是P与A偏振化方向之间的夹角)。
由于光强与振幅的平方成正比,可知透射光强I随θ而变化的关系为
这就是马吕斯定律。
E
Ey
4、实验容与步骤
1.布儒斯特角的测定
在光具座上,由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面,先转动测角台,使反射光束原路返回,由此定出入射光束的零度方位,利用滑动座的升降微调装置适当降低角度盘,然后再从入射角为10°
~85°
围寻找反射光束通过检偏器后,光强变到最小(甚至为零)时的角度也可直接用白屏观察)。
这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片,支架锁紧在测角台的转臂上。
用检偏器检查任一反射光束,都是偏振光,在改变入射角的过程中,检偏器透振轴指向水平方向(为什么?
)。
为了更准确的测量,可以选取48°
~64°
角的入射角围,根据消光位置找出布儒斯特角。
2.马吕斯定律的验证
如果光源中的任一波列(用振动平面E表示)投射在起偏器P上,只有相当于它的成分之一的
(平行于光轴方向的矢量)能够通过,另一成分
则被吸收。
若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0,则透过A的振幅为
(这里
是P与A偏振方向之间的夹角)。
由于光强与振幅的平方成正比,所以透射光强I随
而变化的关系为
实验容:
让激光束垂直通过起偏器成为偏振光,用检偏器检查时,使两个偏振器的透振方向的夹角
在从0°
转动一周的过程中,用连接光电流放大器的光电探头测量透射光强的相对值I,每10°
读取一次数据。
将数据填入表
(二),然后画出I-
关系曲线,或将实验数据输入计算机打印出
关系曲线。
5、数据表格及数据处理
(1).布鲁斯特角
θ
θ’
Δθ
84º
34’
140º
25’
55º
51’
124º
55’
181º
45’
56º
50’
40º
96º
40’
Δθ=56º
21’≈57º
和理论上基本符合
不确定度的计算:
(2).验证马吕斯定律
检流计仍放在4档,在测量过程中也不要换档。
将起偏器放在光强最强的位置,在管2另一端套上检偏器P2并使竖直方向为0︒。
然后旋转检偏器P2使检流计的光强最小(仍在4档可以调为0)。
此时可以认为P1与P2偏振方向的夹角为90︒,记录此时P2偏振方向的绝对角度值φ、相对角度值θ和光强值I,以后每隔10︒记录一次,直到P1与P2偏振方向的夹角为-90︒,I0为P1与P2偏振方向的夹角为0︒时的光强值,作出I/I0~cos2θ的关系曲线(0︒~90︒,0︒~-90︒各一条,用最小二乘法求出斜率和截距,根据马吕斯定律斜率应为1,截距应为0,分析实验的误差)。
1)-90~0
Theta
Ip
Cos^2
-90
1.06939E-26
-85
2
0.0076
-80
6.4
0.03015
-75
13.2
0.06699
-70
22
0.11698
-65
32.2
0.17861
-60
44.6
0.25
-55
57.6
0.32899
-50
71.1
0.41318
-45
85.3
0.5
-40
100
0.58682
-35
113
0.67101
-30
126
0.75
-25
137.6
0.82139
-20
146.8
0.88302
-15
154.6
0.93301
-10
160.2
0.96985
-5
163.3
0.9924
164
1
用Origin线性拟合并分析误差:
2)0~90
5
161.8
10
157.1
15
150.1
20
141.3
25
130.2
30
118.1
35
104.4
40
90
45
75.6
50
61.4
55
48.2
60
35.7
65
23.7
70
75
8.3
80
3
85
0.3
0.1
6、注意事项
1、保护光学元件的光学表面,不得触摸光学元件的光学表面。
2、激光管两端的高压引线头是裸露的,且激光电源空载输出电压高达数千伏,要警惕误触。
3、激光束光强极高,切勿用眼睛对视,防止视网膜遭永久性损伤。
7.《参考文献》:
1.王昆林岳开华等《普通物理实验》西南交通大学,2014.8.P111-P113
2.普通物理实验光学实验部分
3.述武立竹国土。
普通物理实验1;
高等教育
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- 关 键 词:
- 偏振光 产生 检验