光的偏振實(shí)驗(yàn)

關(guān)于光的偏振實(shí)驗(yàn)第1頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.學(xué)習(xí)線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)的獲取方法；2.驗(yàn)證馬呂斯定律；3.學(xué)習(xí)檢驗(yàn)線偏振光、橢圓偏振光(包括圓偏振光)等的實(shí)驗(yàn)過程；4.了解由計(jì)算機(jī)控制實(shí)驗(yàn)的過程。第2頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實(shí)驗(yàn)儀器

激光器起偏器檢偏器1/4波片硅光電池第3頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實(shí)驗(yàn)原理偏振光和自然光橢圓偏振光波片第4頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)于自然光，各方向的強(qiáng)度相等，Imax=Imin,P=0；對(duì)于完全偏振光，IP=I總，P=1；其他情形下的P值都比1小。偏振度的數(shù)值愈接近1，光束的偏振化程度就愈高。第5頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.橢圓偏振光在直角坐標(biāo)系中，將橢圓偏振光的光矢量端點(diǎn)的軌跡用方程表示，則為：式中，Ex和Ey分別為光矢量E在x和y方向的分量

Ex=a1cosωt

Ey=a2cos(ωt+δ)第6頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月這橢圓內(nèi)接于一長方形，長方形各邊與坐標(biāo)軸平行，邊長為2a1和2a2。可以證明，橢圓的長軸和x軸的夾角由下式?jīng)Q定tan2

=2a1a2cosδ/(a21-a22)式中，δ是振動(dòng)方向平行于y軸的分量與振動(dòng)方向平行于x軸的分量的位相差。第7頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月可見橢圓的形狀由相差δ和振幅比a2/a1決定。在兩種特殊情況下，電矢量的運(yùn)動(dòng)沿直線進(jìn)行，因而光波為線偏振光。這兩種特殊的情況是：(1)δ=0或±2π的整數(shù)倍，這時(shí)方程式化為表示電矢量的運(yùn)動(dòng)沿著一條經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)而斜率為a2/a1的直線進(jìn)行；(2)δ=±π的奇數(shù)倍，這時(shí)方程式化為表示電矢量的運(yùn)動(dòng)沿著一條經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn)而斜率為-a2/a1的直線進(jìn)行第8頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月還必須指出，當(dāng)δ=±π/2和它們的奇數(shù)倍時(shí)，方程式化為：這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的橢圓方程，表示一個(gè)長短軸a1，a2與坐標(biāo)軸x,y重合的橢圓。若在這種情況下同時(shí)有a1=a2=a，則由上式得到Ex2+Ey2=a2表示電矢量末端的運(yùn)動(dòng)描成一個(gè)圓，即為圓偏振光。第9頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第10頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月3.波片設(shè)晶片厚度為d，在晶片中o光的光程是nod，e光的光程是ned，兩者的光程差是：

Δ=｜no-ne｜d位相差是：

δ=2πλ｜no-ne｜d

這種能使光矢量互相垂直的兩束線偏振光產(chǎn)生相移的晶片叫做波片或移相片。第11頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)1/4波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=｜no-ne｜d=(m+1/4)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫做1/4波片。當(dāng)入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸成±45°角時(shí)，通過1/4波片后得到圓偏振光，否則將有可能得到橢圓偏振光或線偏振光(當(dāng)與快軸或慢軸相一致時(shí))。第12頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月(2)1/2波片如果波片產(chǎn)生的光程差

Δ=(m+1/2)λ式中m為整數(shù)。這樣的波片叫半波片或1/2波片。圓偏振光通過半波片后仍為圓偏振光，但旋向改變；線偏振光通過半波片后自然是線偏振光，但光矢量的方向改變。設(shè)入射的線偏振光的光矢量與波片的快軸(或慢軸)的夾角為α，通過晶片后光矢量向著快軸方向轉(zhuǎn)了2α角。第13頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)是由計(jì)算機(jī)控制和采集數(shù)據(jù)的。其目的是使大家對(duì)計(jì)算機(jī)控制物理實(shí)驗(yàn)的過程有個(gè)基本的了解，因?yàn)檫@種技術(shù)已在科學(xué)研究與生產(chǎn)實(shí)際中應(yīng)用得很普遍了。第15頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月1.驗(yàn)證馬呂斯定律驗(yàn)證馬呂斯定律實(shí)驗(yàn)裝置圖首先放置好半導(dǎo)體激光器和光電池盒，調(diào)節(jié)等高共軸。第16頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(1)在激光器后放入起偏器(手動(dòng))，點(diǎn)擊菜單上的啟動(dòng)圖標(biāo)，隨即在工作區(qū)中開始繪出一條曲線。由于半導(dǎo)體激光器輸出的激光是偏振的，所以改變起偏器的通光方向，就會(huì)使光強(qiáng)變化。轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器，調(diào)節(jié)曲線的高度，至曲線較高，但不到1，不能使之飽和。第17頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(2)在起偏器和光電池盒之間，靠近后者放置檢偏器。選中與檢偏器相連電機(jī)的圖標(biāo)。啟動(dòng)，畫出一條曲線。選取“數(shù)據(jù)處理”菜單中的“讀取數(shù)據(jù)”項(xiàng)，系統(tǒng)彈出一讀數(shù)標(biāo)志紅線和角度-光電流數(shù)據(jù)顯示窗，利用鍵盤上的箭頭鍵移動(dòng)紅線至光電流值最大處。讀出相應(yīng)角度。利用“角度檢索”功能(點(diǎn)擊相應(yīng)圖標(biāo))，輸入對(duì)應(yīng)于光電流最大處的角度數(shù)，確認(rèn)后即可將此角位置移動(dòng)至坐標(biāo)原點(diǎn)。再啟動(dòng)檢偏器，測(cè)出曲線(0°～180°)。讀出90°～0°間每隔10°的角度θ和相應(yīng)光電流數(shù)據(jù)I。在坐標(biāo)紙上畫出I/I0~cos2曲線。由實(shí)驗(yàn)曲線驗(yàn)證馬呂斯定律，給出驗(yàn)證的結(jié)論。第18頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月2.波片對(duì)偏振光的作用

(1)在前面的實(shí)驗(yàn)裝置上，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器使系統(tǒng)消光。放入1/4波片，并啟動(dòng)相應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)波片，使系統(tǒng)重新消光。這表明波片并沒有對(duì)偏振光系統(tǒng)起作用，此時(shí)必定是波片的某光軸與線偏振光的振動(dòng)面(起偏器的通光方向)夾角為0°。

(2)通過“角度檢索”依次轉(zhuǎn)動(dòng)波片，使其光軸與原線偏振光的振動(dòng)面(起偏器的通光方向)夾角為0°，30°和45°，每次都轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器分別測(cè)出相應(yīng)的曲線。根據(jù)這些曲線的形狀，判斷線偏振光通過1/4波片后變成了哪種偏振光，并歸納出1/4波片對(duì)偏振光作用的一般性結(jié)論。第19頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月

(3)將1/4波片替換為1/2波片，采用同樣的實(shí)驗(yàn)方法，測(cè)定1/2波片光軸與線偏振光的振動(dòng)面夾角分別為0°和45°時(shí)的曲線，并以此判斷線偏振光通過1/2波長后發(fā)生了什么變化，歸納出1/2波片對(duì)偏振光作用的一般性結(jié)論。第20頁，課件共22頁，創(chuàng)作于2023年2月