PAGEPAGE1SGP--2／3型偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用說明書1用途SGP--2型偏振光實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是一套非聯(lián)機(jī)使用的偏振光實(shí)驗(yàn)儀器，適用于大專院校物理實(shí)驗(yàn)課分組實(shí)驗(yàn)。2器件簡介名稱規(guī)格數(shù)量備注導(dǎo)軌和機(jī)座l=1m1套氦氖激光器約1.5mv1套光靶1個(gè)高亮度小光源GY-20，直流3v1套光學(xué)測(cè)角臺(tái)SZ-471套固定單縫板1個(gè)黑玻璃鏡50*27mm1塊凸透鏡f/=150mm1個(gè)透鏡架SZ-082個(gè)可夾持?jǐn)U束器，單縫板雙位延伸架SZ-09A1個(gè)干板架SZ121個(gè)小白屏70*501個(gè)3型用激光器機(jī)架1個(gè)偏振片波片架SZ-513個(gè)X軸旋轉(zhuǎn)架滑動(dòng)座5套包括橫向調(diào)節(jié)座2個(gè)2型含升降微調(diào)座1個(gè)偏振片2片半波片入=632.8nm1片云母1/4波片入=632.8nm1片云母擴(kuò)束器f=4.5mm1個(gè)光傳感器（光電探頭）1個(gè)2型儀器配備光電流放大器1臺(tái)同上3、實(shí)驗(yàn)舉例3．1反射和折射起偏振——布儒斯特角．當(dāng)自然光傾斜地投射到兩種介質(zhì)(例如空氣和玻璃)分界面時(shí)，反射光和透射(折射)光一般都是部分偏振光。當(dāng)光束的入射角等于布儒斯特角時(shí)，折射定律可簡化為這就是布儒斯特定律。此時(shí)的反射光只有垂直于入射面的偏振分量，而平行于入射面的分量消失為零。3.1.1方法之一將高亮度小光源、狹縫板、凸透鏡(=150mm)、光學(xué)測(cè)角臺(tái)分別裝在機(jī)座導(dǎo)軌的滑動(dòng)座上，調(diào)等高同軸，并使狹縫位于透鏡的焦平面上；黑玻璃鏡裝在光學(xué)測(cè)角臺(tái)中央；對(duì)準(zhǔn)偏振軸方向的偏振片架裝在轉(zhuǎn)動(dòng)臂上。當(dāng)，時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器就能觀察到垂直于入射面的光振動(dòng)被消除的現(xiàn)象(如圖3．1)。此時(shí)若使光束入射玻璃片堆，只要將轉(zhuǎn)臂轉(zhuǎn)動(dòng)，用檢偏器對(duì)準(zhǔn)透過玻璃片堆的折射光束，再旋轉(zhuǎn)檢偏器，即可發(fā)現(xiàn)折射光束是近乎全偏振的。3．1．2方法之二(限SGP--2型用)在光具座上，由氦氖激光器發(fā)出的光束擦盤直接入射到立在光學(xué)測(cè)角臺(tái)直徑上的黑玻璃鏡面，先轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角臺(tái)，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位，然后再從入射角為。范圍內(nèi)尋找反射光束通過檢偏器后，光強(qiáng)變到最小(甚至為零)時(shí)的角度(器件布置示于圖3-3)。這里的檢偏器是一個(gè)能在支架上轉(zhuǎn)動(dòng)的偏振片，支架鎖緊在測(cè)角臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂上。用檢偏器檢查任一反射光束，都是偏振光，在改變?nèi)肷浣堑倪^程中，檢偏器透振軸指向水平方向(為什么?)。檢偏器后安裝光電探頭。實(shí)驗(yàn)中入射角在每增加，相應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)接收臂記錄一次光電流讀數(shù)。用所得數(shù)據(jù)，以反射偏振光相對(duì)光強(qiáng)(％)為縱坐標(biāo)，以角度為橫坐標(biāo)作圖，即得一反射偏振光強(qiáng)度與入射角的關(guān)系曲線。3．1．3方法之三(限SGP--2型用)按圖3．3所示在光具座上布置光路。使氦氖激光器發(fā)出的光束通過一個(gè)偏振軸為水平方向的起偏器之后，照射立在光學(xué)測(cè)角臺(tái)上的黑玻璃鏡，轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角臺(tái)，使反射光束原路返回，以此位置為零度，再轉(zhuǎn)動(dòng)測(cè)角臺(tái)，使入射角約達(dá)。時(shí)鎖緊度盤，利用滑動(dòng)座升降微調(diào)裝置適當(dāng)降低測(cè)角臺(tái)，然后放松轉(zhuǎn)動(dòng)臂，在光電探頭隨著轉(zhuǎn)臂緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)過程中測(cè)量反射光的相對(duì)光強(qiáng)。經(jīng)反復(fù)觀測(cè)，找到反射光為最暗(甚至為零)的位置，此時(shí)的入射角就是布儒斯特角。也可以逐步改變?nèi)肷浣?，用光電探測(cè)器測(cè)反射方向的相對(duì)光強(qiáng)，畫出曲線以確定。3．2馬呂斯定律(限SGP--2型用)如果光源中的任一波列(用振動(dòng)平面E表示)投射在起偏器P上(圖3．4)，只有相當(dāng)于它的成分之一的Ey，(平行于光軸方向的矢量)能夠通過，另一成分則被吸收。若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅為E0，則透過A的振幅為(這里是P與A偏振方向之間的夾角)。由于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，所以透射光強(qiáng)I隨而變化的關(guān)系為這就是馬呂斯定律。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：讓激光束垂直通過起偏器成為偏振光，用檢偏器檢查時(shí)，使兩個(gè)偏振器的透振方向的夾角在從轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，用連接光電流放大器的光電探頭測(cè)量透射光強(qiáng)的相對(duì)值I，每讀取一次數(shù)據(jù)。然后畫出關(guān)系曲線。圖3-5是將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)、打印出的關(guān)系曲線。3．3半波片的作用光束進(jìn)入雙折射晶體時(shí)被分成符合折射定律的尋常光(o光)和不符合折射定律的非常光(e光)。o光和e光都是偏振光，但在晶體內(nèi)有不同的波速，因此通過厚度一定的晶片時(shí)光程也不同。設(shè)晶片厚度為d，二光束通過晶片后就有相位差式中表示光的波長，和表示該晶片對(duì)。光e光的折射率。使（k=0，……）的波片稱半波片，它能使o光和e光發(fā)生相位差（符合（k=0，……）條件的波片稱1/4波片)。波片的光軸平行于晶片的表面，在圓上用短線標(biāo)出。實(shí)驗(yàn)：激光束通過起偏器P變成線偏振光，再經(jīng)過擴(kuò)柬器B，將檢偏器A的透振方向定在屏C上光斑為最暗的角度上，然后在B和A之間加入半波片H(圖3-6)。使H繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)觀察C上發(fā)生消光現(xiàn)象的次數(shù)并作解釋；再進(jìn)一步，使激光的入射面與檢偏器正交，加入H后，將其旋轉(zhuǎn)到c上消光位置，從該位置開始，將H、分別轉(zhuǎn)動(dòng)和，相應(yīng)地將A逐次轉(zhuǎn)到消光位置，列表記錄每次A需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出平面偏振光通過半波片后，振動(dòng)面的變化規(guī)律，并予以解釋。3．41／4波片與橢圓偏振光、圓偏振光當(dāng)振幅為A的面偏振光入射到石英晶體做成的波片時(shí)，若振動(dòng)方向與波片光軸夾角，在直角坐標(biāo)系內(nèi)，o光和e光的振幅分別為和。從波片出射后的o光和e光的振動(dòng)可以用兩個(gè)互相垂直、同頻率，有固定相位差的簡諧振動(dòng)方程表示，二者的合振動(dòng)方程為橢圓方程，合振動(dòng)矢量的端點(diǎn)軌跡一般為橢圓(如圖3．7所示)，所以稱作橢圓偏振光。其中有個(gè)特殊情況，即，o光和e光振幅相等，合振動(dòng)矢量的端點(diǎn)軌跡是圓，橢圓偏振光退化為圓偏振光，用檢偏器檢驗(yàn)，波片的透射光強(qiáng)是不變的。實(shí)驗(yàn)：光路與圖3-5似，只是更換了波片。使通過P和B的線偏振光與A正交，C上光斑達(dá)到最暗，然后在B和A之間加入1／4波片Q，直到C上光斑最暗，從這個(gè)消光位置開始，每當(dāng)Q轉(zhuǎn)動(dòng)和時(shí)，都將A轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)屏上或光電接收裝置顯示的光強(qiáng)變化記錄，可以判斷1／4波片透射光的偏振態(tài)(限于平面偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光)。3．5二向色性起偏振(SGP-3型用)有些晶體材料對(duì)自然光在其內(nèi)部產(chǎn)生的偏振分量具有選擇吸收作用，這種現(xiàn)象稱作二向色性。振片是人造的具有二向色性的常用偏振器件。長鏈聚合物中摻入細(xì)微的針狀二向色晶體，受拉伸作用，并加以化學(xué)處理，使其分子固定排列取向。因此能夠透過高度偏振化的光波。實(shí)驗(yàn)：將發(fā)光二極管小光源L用干版架和滑動(dòng)座支起來，連接發(fā)光管的整流變壓器插入20V插座。使小光源發(fā)出的自然光通過架好的偏振片P起偏振(為方便起見，使偏振片的透振方向豎直)。試驗(yàn)將P轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)用眼睛直接觀察光強(qiáng)是否有變化。然后用架好的另一偏振片A平行于P做檢偏器，將A轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察并分析透射光強(qiáng)的變化規(guī)律(如圖3-8所示)。4安全提示切勿用眼睛直視激光器的軸向輸出光束，以免視網(wǎng)膜受到永久性的傷