光的偏振实验课程精讲.ppt
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1、光的偏振实验光的偏振实验理学院物理实验教学中心理学院物理实验教学中心王王 峰峰 讲师讲师一、实验目的一、实验目的1.学习线偏振光、椭圆偏振光学习线偏振光、椭圆偏振光(包括圆偏振包括圆偏振光光)的获取方法;的获取方法;2.验证马吕斯定律;验证马吕斯定律;3.学习检验线偏振光、椭圆偏振光学习检验线偏振光、椭圆偏振光(包括圆包括圆偏振光偏振光)等的实验过程;等的实验过程;4.了解由计算机控制实验的过程。了解由计算机控制实验的过程。二、实验仪器二、实验仪器激光器激光器起偏器起偏器检偏器检偏器1/4波片波片硅光电池硅光电池三、实验原理三、实验原理偏振光和自然光偏振光和自然光椭圆偏振光椭圆偏振光波片波片
2、对于自然光,各方向的强度相等,对于自然光,各方向的强度相等,Imax=Imin,P=0;对于完全偏振光,;对于完全偏振光,IP=I总总,P=1;其他情形下的;其他情形下的P值都比值都比1小。偏振度小。偏振度的数值愈接近的数值愈接近1,光束的偏振化程度就愈,光束的偏振化程度就愈高。高。2.椭圆偏振光椭圆偏振光 在直角坐标系中,将椭圆偏振光的光矢在直角坐标系中,将椭圆偏振光的光矢量端点的轨迹用方程表示,则为:量端点的轨迹用方程表示,则为:式中,式中,式中,式中,E Ex x和和和和E Ey y分别为光矢量分别为光矢量分别为光矢量分别为光矢量E E在在在在x x和和和和y y方向的分量方向的分量方向
3、的分量方向的分量 Ex=a1cost Ey=a2cos(t+)这椭圆内接于一长方形,长方形各边与坐标轴平行,这椭圆内接于一长方形,长方形各边与坐标轴平行,这椭圆内接于一长方形,长方形各边与坐标轴平行,这椭圆内接于一长方形,长方形各边与坐标轴平行,边长为边长为边长为边长为2 2a a1 1和和和和2 2a a2 2。可以证明,椭圆的长轴和。可以证明,椭圆的长轴和。可以证明,椭圆的长轴和。可以证明,椭圆的长轴和x x轴的夹轴的夹轴的夹轴的夹角角角角 由下式决定由下式决定由下式决定由下式决定tan2 tan2 =2=2a a1 1a a2 2coscos /( /(a a2 21 1- -a a2
4、22 2) )式中,式中,式中,式中, 是振动方向平行于是振动方向平行于是振动方向平行于是振动方向平行于y y轴的分量与振动方向平行轴的分量与振动方向平行轴的分量与振动方向平行轴的分量与振动方向平行于于于于x x轴的分量的位相差。轴的分量的位相差。轴的分量的位相差。轴的分量的位相差。可见椭圆的形状由相差可见椭圆的形状由相差可见椭圆的形状由相差可见椭圆的形状由相差 和振幅比和振幅比和振幅比和振幅比a a2 2/ /a a1 1决定。在两种特决定。在两种特决定。在两种特决定。在两种特殊情况下,电矢量的运动沿直线进行,因而光波为线殊情况下,电矢量的运动沿直线进行,因而光波为线殊情况下,电矢量的运动沿
5、直线进行,因而光波为线殊情况下,电矢量的运动沿直线进行,因而光波为线偏振光。这两种特殊的情况是:偏振光。这两种特殊的情况是:偏振光。这两种特殊的情况是:偏振光。这两种特殊的情况是:(1)(1) =0=0或或或或22的整数倍,这时方程式化为的整数倍,这时方程式化为的整数倍,这时方程式化为的整数倍,这时方程式化为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为 a a2 2/ /a a1 1的直线进行;的直线进行;的直线进行;的直线进行;(2)(2) = =的奇数倍,这时
6、方程式化为的奇数倍,这时方程式化为的奇数倍,这时方程式化为的奇数倍,这时方程式化为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为表示电矢量的运动沿着一条经过坐标原点而斜率为 - -a a2 2/ /a a1 1的直线进行的直线进行的直线进行的直线进行还必须指出,当还必须指出,当还必须指出,当还必须指出,当 =/2=/2和它们的奇数倍时,方程式和它们的奇数倍时,方程式和它们的奇数倍时,方程式和它们的奇数倍时,方程式化为:化为:化为:化为:这是一个标准的椭圆方程,表示一个长短轴这是一个标准的椭圆方程,表示一个长短
7、轴这是一个标准的椭圆方程,表示一个长短轴这是一个标准的椭圆方程,表示一个长短轴a a1 1,a a2 2与与与与坐标轴坐标轴坐标轴坐标轴 x x, , y y 重合的椭圆。若在这种情况下同时有重合的椭圆。若在这种情况下同时有重合的椭圆。若在这种情况下同时有重合的椭圆。若在这种情况下同时有a a1 1= =a a2 2= =a a,则由上式得到,则由上式得到,则由上式得到,则由上式得到 E Ex x2 2+ +E Ey y2 2= =a a2 2 表示电矢量末端表示电矢量末端表示电矢量末端表示电矢量末端的运动描成一个圆,即为圆偏振光。的运动描成一个圆,即为圆偏振光。的运动描成一个圆,即为圆偏振光
8、。的运动描成一个圆,即为圆偏振光。3.波片波片 设晶片厚度为设晶片厚度为d,在晶片中,在晶片中o光的光程是光的光程是nod,e光的光程是光的光程是ned,两者的光程差是:,两者的光程差是: =no-ned位相差是:位相差是: =2no-ned 这种能使光矢量互相垂直的两束线偏振这种能使光矢量互相垂直的两束线偏振光产生相移的晶片叫做波片或移相片。光产生相移的晶片叫做波片或移相片。(1)1/4波片波片如果波片产生的光程差如果波片产生的光程差 =no-ned=(m+1/4)式中式中m为整数。这样的波片叫做为整数。这样的波片叫做1/4波片。当入波片。当入射的线偏振光的光矢量与波片的快轴成射的线偏振光的
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