實(shí)驗(yàn)六偏振光的觀測與分析光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)證明了光的波動性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步說明光是橫波而不是縱波，即其電矢量E和磁矢量H的振動方向是垂直于光的傳播方向的。光的偏振性證明了光是橫波，人們通過對光的偏振性質(zhì)的研究，更深刻地認(rèn)識了光的傳播規(guī)律和光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律。目前偏振光的應(yīng)用已遍及于工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防等部門。利用偏振光裝置的各種精密儀器，已為科研、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的檢驗(yàn)等，提供了極有價(jià)值的方法?！緦?shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．觀察光的偏振現(xiàn)象，加深偏振的基本概念。2．了解偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法。3．觀測布儒斯特角及測定玻璃折射率。4．觀測橢圓偏振光和圓偏振光?！緦?shí)驗(yàn)儀器】光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光電轉(zhuǎn)換裝置、光點(diǎn)檢流計(jì)、觀測布儒斯特角裝置【實(shí)驗(yàn)原理】1．偏振光的基本概念按照光的電磁理論，光波就是電磁波，它的電矢量E和磁矢量H相互垂直。兩者均垂直于光的傳播方向。從視覺和感光材料的特性上看，引起視覺和化學(xué)反應(yīng)的是光的電矢量，通常用電矢量E代表光的振動方向，并將電矢量E和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為光振動面。在傳播過程中，光的振動方向始終在某一確定方位的光稱為平面偏振光或線偏振光，如圖(a)。光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射構(gòu)成的。由于熱運(yùn)動和輻射的隨機(jī)性，大量原子或分子發(fā)射的光的振動面出現(xiàn)在各個方向的幾率是相同的。一般說，在10－6s內(nèi)各個方向電矢量的時間平均值相等，故出現(xiàn)如圖(b)所示的所謂自然光。有些光的振動面在某個特定方向出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時間內(nèi)電矢量在某一方向較強(qiáng)，這就是如圖(c)所示的所謂部分偏振光。還有一些光，其振動面的取向和電矢量的大小隨時間作有規(guī)則的變化，其電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上的移動軌跡呈橢圓（或圓形），這樣的光稱為橢圓偏振光（或圓偏振光），如圖(d)所示。2．獲得偏振光的常用方法(1)非金屬鏡面的反射。通常自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射和折射時，反射光和折射光都將成為部分偏振光。并且當(dāng)入射角增大到某一特定值時，鏡面反射光成為完全偏振光，其振動面垂直于入射面，如圖所示，這時入射角稱為布儒斯特角,也稱為起偏角。由布儒斯特定律得：其中、分別為兩種介質(zhì)的折射率，為相對折射率。如果自然光從空氣入射到玻璃表面而反射時，對于各種不同材料的玻璃，已知其相對折射率n的變化范圍在1.50到1.77之間，則可得布儒斯特角約在560—600之間。此方法可用來測定物質(zhì)的折射率。(2)多層玻璃片的折射。當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到由多層平行玻璃片重疊在一起構(gòu)成的玻璃片堆上時，由于在各個界面上的反射光都是振動面垂直入射面的線偏振光，故經(jīng)過多次反射后，透出來的透射光也就接近于振動方向平行于入射面的線偏振光。(3)利用偏振片的二向色性起偏。將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏。某些有機(jī)化合物晶體具有二向色性，它往往吸收某一振動方向的入射光，而與此方向垂直振動的光則能透過，從而可獲得線偏振光。利用這類材料制成的偏振片可獲得較大截面積的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能達(dá)到一定的偏振度。(4)利用晶體的雙折射起偏。自然光通過各向異性的晶體時將發(fā)生雙折射現(xiàn)象，雙折射產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光）均為線偏振光。o光光矢量的振動方向垂直于自己的主截面；e光光矢量的振動方向在自己的主截面內(nèi)。方解石是典型的天然雙折射晶體，常用它制成特殊的棱鏡以產(chǎn)生線偏振光。利用方解石制成的沃拉斯頓棱鏡能產(chǎn)生振動面互相垂直的兩束線偏振光；用方解石膠合成的尼科耳棱鏡能給出一個有固定振動面的線偏振光。3．偏振片、波片及其作用(1)偏振片偏振片是利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性。將其滲入透明塑料薄膜中，經(jīng)定向拉制而成。它能吸收某一方向振動的光，而透過與此垂直方向振動的光，由于在應(yīng)用時起的作用不同，用來產(chǎn)生偏振光的偏振片叫做起偏器；用來檢驗(yàn)偏振光的偏振片，叫做檢偏器。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為Ｉ0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：Ｉ=Ｉ0cos2式中為入射偏振光的偏振方向與檢偏器偏振軸之間的夾角，顯然當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動檢偏器時，透射光強(qiáng)度Ｉ將發(fā)生周期性變化。當(dāng)=時，透射光強(qiáng)最大；當(dāng)=900時，透射光強(qiáng)為極小值（消光狀態(tài)），當(dāng)00<<900時，透射光強(qiáng)介于最大和最小值之間，如圖所示表示了自然光通過起偏器與檢偏器的變化。根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，可以區(qū)別線偏振光、自然光和部分偏振光。(2)波片波片是用單軸晶體切成的表面平行于光軸的薄片。當(dāng)線偏振光垂直射到厚度為L，表面平行于自身光軸的單軸晶片時，會產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，尋常光（o光）和非常光(e光)沿同一方向前進(jìn)，但傳播的速度不同。這兩種偏振光通過晶片后，它們的相位差為：其中，為入射偏振光在真空中的波長，no和ne分別為晶片對o光和e光的折射率，L為晶片的厚度。我們知道，兩個互相垂直的、頻率相同且有固定相位差的簡諧振動，可用下列方程表示（如通過晶片后光和光的振動）：從兩式中消去t，經(jīng)三角運(yùn)算后得到合振動的方程式為由此扮式可洞知，1.當(dāng)愚時，,為線游偏振鄉(xiāng)豐光。2.當(dāng)重時麻，霜，桿為正橢翻圓偏勁振光伯。在=時，鼠為圓腰偏振汗光。3.當(dāng)龍為怎其它貸值時咸，為州橢圓車偏振擾光。在某研一波諷長的釘線偏燦振光達(dá)垂直啟入射嗎到晶限片的瘡情況下，折能使o光和e光產(chǎn)普生相根位差（相鴿當(dāng)于爭光程鑼差為該的奇靜數(shù)倍卻）的呼晶片查，稱住為對應(yīng)墻于該擁單色抖光的耗二分浸之一晶波片該（1/緒2波片褲）或波片鄰；與遠(yuǎn)此相侵似，義能使o光和e光產(chǎn)泉生相像位差（相件當(dāng)于卸光程霜差為掠的奇邊數(shù)倍姻）的晶片適，稱脈為四扯分之描一波那片（1/繞4波片開）或訊波片。凝本實(shí)援驗(yàn)中萬所用釀波片辜（滿）是哥對菠（趴激盤光）跨而言肥的。如圖吳所示技，當(dāng)惠振幅位為A的線糟偏振賴光垂冷直入鄉(xiāng)豐射到1/敏4波片扣上，癥振動筆方向磚與波修片光蜜軸成偶角乘時，命由于o光和e光的閥振幅退分別撤為A和A，所文以通傅過1/創(chuàng)4波片軟合成嗓的偏艘振狀桌態(tài)也澆隨角布度溫的除變化片而不雙同。1當(dāng)=時，去獲得頌振動燒方向剛平行登于光島軸的出線偏蓄振光亂（e光）辛。2當(dāng)=陜/4時，間獲得飲振動芳方向路垂直牽于光販軸的獲線偏擠振光站（o光）土。3當(dāng)=貧/2時，Ae=Ao獲得攀圓偏偉振光牙。4當(dāng)簽為其涂它值缺時，雨經(jīng)過1/演4波片通后為及橢圓繼偏振保光。所以基，可尿以用1/扮4波片進(jìn)獲得問橢圓歇偏振器光和奶圓偏竿振光層。【實(shí)驗(yàn)福內(nèi)容飼與步告驟】1．起損偏與某檢偏榜鑒別相自然顏光與半偏振紛光，飼驗(yàn)證脈馬呂被斯定囑律。(1崗)在光面源至位光屏地的光蜓路上選插入癢起偏桑器P1，旋奔轉(zhuǎn)P1，觀括察光標(biāo)屏上夫光斑奸強(qiáng)度贈的變侄化情氏況。(2未)在起洲偏器P1后面頁再插橋入檢月偏器P2。固綿定P1的方野位,旋轉(zhuǎn)P2，旋險(xiǎn)轉(zhuǎn)36泥00，觀掃察光慢屏上烈光斑郵強(qiáng)度膝的變廚化情烤況。局有幾梳個消騰光方拌位？(3毫)以光別電轉(zhuǎn)堵?lián)Q裝屋置代鹽替光朗屏接跡收P2出射妄的光蜻束，果旋轉(zhuǎn)P2，記隙錄相丘應(yīng)的遍光電或流值刻，共混轉(zhuǎn)36好00，在告坐標(biāo)縫紙上喇作出I~董co診s2θ關(guān)系隆曲線啦。2．觀戶測布張儒斯虜特及般測定貢玻璃居折射役率(1論)在起脅偏器P1后，葉插入竄測布粱儒斯學(xué)特角乳的裝堪置，糞再在P1和裝志置之漸間插飽入一愉個帶寶小孔嬸的光否屏。議調(diào)節(jié)躲玻璃最平板冬，使恭反射沒的光恩束與約入射虎光束擁重合忍。記肥下初斗始角躺。(2硬)一面丘轉(zhuǎn)動扶玻璃豆平板偵，一惑面同鮮時轉(zhuǎn)錯動起詞偏器P1，使眾其透共過方璃向在激入射陪面內(nèi)侍。反萬復(fù)調(diào)俊節(jié)直粱到反譯射光悔消失船為止投，此邁時記擔(dān)下玻咬璃平鐵板的飾角度顧，重搬復(fù)測器量三樹次，贏求平劑均值撕。算色出布牲儒斯悠特角臣。(3跑)把玻初璃平信板固瓦定在鋼平儒絡(luò)斯特銅角的珍位置尿上，地去掉雹起偏量器P1，在昆反射版光束宋插入腿檢偏預(yù)器P2，轉(zhuǎn)P2，觀罰察反儀射光距的偏編振狀獲態(tài)。3．觀鴿察橢卡圓偏膨振光狂和圓科偏振鏈光先使碗起偏手器P1和檢敘偏器P2的偏軋振軸黃垂直蹲（即鉆檢偏叛器P2后的五光屏香上處閘于消陸光狀喚態(tài)）虧，在質(zhì)起偏里器P1和檢趟偏器P2之間丈插入1/港4波片駛，轉(zhuǎn)海動波盡片使P2后的護(hù)光屏親上仍闊處于吹消光宰狀態(tài)棄（此忘時=00）。從=助00的位窩置開毯始，費(fèi)使檢厲偏器P2轉(zhuǎn)動糾，這抓時可平以從柔屏上談光強(qiáng)唯的變艘化看們到經(jīng)缺過1/止4波片書后的酬光為突線偏竹振光今。取=9計(jì)00，使熔檢偏瞧器P2轉(zhuǎn)動所，這斤時也贈可以唉從屏驅(qū)上光祖強(qiáng)的范變化史看到鳥經(jīng)過1/毫4波片否后的護(hù)光為濫線偏盾振光腸。其丑振動送面與=瀉00時的榨振動捏面垂?fàn)斨?。取忽為?0和900外的耳其他鏡值，跪觀察俱轉(zhuǎn)動P2時屏魯上光室強(qiáng)的辰變化詢，其狠結(jié)果墻與橢老圓偏婆振光野對應(yīng)躁。特定別是餃當(dāng)=4測50時，P2轉(zhuǎn)動穗時屏副上光焰強(qiáng)幾猛乎不壇變，攀這便抄是圓跨偏振抄光對紗應(yīng)的紋狀態(tài)央?！緮?shù)據(jù)有記錄姑及處視理】表1馬呂豎斯定坑律驗(yàn)猶證實(shí)串驗(yàn)P1與P2偏振化方向夾角光電流的讀數(shù)I（）實(shí)驗(yàn)I/I0理論I/I0=cos2第一次第二次第三次003004506003600表2玻璃便折射塌率的去測定她與計(jì)配算次數(shù)玻璃平板的角位置布儒斯特角玻璃折射率n=tg光垂直入射時反射光消光時123【注意損事項(xiàng)】1、實(shí)盞驗(yàn)中熱各元丟件不因能用毀手摸佛，實(shí)攀驗(yàn)完尼畢后回按規(guī)鴨定位寧置放債置好膠。2、不木要讓部激光幕束直渣接照余射或年反射曾到人仁眼內(nèi)杯?！舅伎纪陬}】偏