光學(xué)偏振說(shuō) 明書(shū)

1、光的干涉和衍射現(xiàn)象表明光是一種波動(dòng)但這些現(xiàn)象還不能告訴我們光是縱波還是橫波，光的偏振現(xiàn)象清楚的顯示了光的橫波性。歷史上，早在光的電磁理論建立以前，在楊氏雙縫實(shí)驗(yàn)成功以后不多年，馬呂斯（E.L.Malus）于1809年就在實(shí)驗(yàn)上發(fā)現(xiàn)了光的偏振現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)?zāi)康?驗(yàn)證馬呂斯定律；2產(chǎn)生和觀察光的偏振狀態(tài)；3了解產(chǎn)生與檢驗(yàn)偏振光的元件和儀器；4掌握產(chǎn)生與檢驗(yàn)偏振光的條件和方法。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理光波是一種電磁波，電磁波是橫波，光波中的電矢量

2、與波的傳播方向垂直。光的偏振現(xiàn)象清楚的顯示了光的橫波性。光波的電矢量E和磁矢量H相互垂直，且都垂直于光的傳播方向c（圖1）。通常用電矢量E代表光的振動(dòng)方向，并將電矢量E和光的傳播方向c所構(gòu)成的平面稱為光振動(dòng)面。我們知道光有五種偏振狀態(tài)，即線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光、自然光和部分偏振光。在傳播過(guò)程中，電矢量的振動(dòng)方向始終在某一確定方向的光稱為平面偏振光或線偏振光（圖2a）。光源發(fā)射的光是由大量分子或原子輻射構(gòu)成的。單個(gè)原子或分子輻射的

3、光是偏振的，由于大量原子或分子的熱運(yùn)動(dòng)和輻射的隨機(jī)性，它們所發(fā)射的光的振動(dòng)面出現(xiàn)在各個(gè)方向的幾率是相同的。一般說(shuō)，在106秒內(nèi)各個(gè)方向電矢量的時(shí)間平均值相等，故這種光源發(fā)射的光對(duì)外不顯現(xiàn)偏振的性質(zhì)，稱為自然光（圖2b）。在發(fā)光過(guò)程中，有些光的振動(dòng)面在某個(gè)特定方向上出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)電矢量在某一方向上較強(qiáng)，這樣的光稱為部分偏振光（圖2c）。還有一些光，其振動(dòng)面的取向和電矢量的大小隨時(shí)間作有規(guī)律的變化，電矢量末端在垂直于

4、傳播方向的平面上的軌跡是橢圓或圓，這種光稱為橢圓偏振光或圓偏振光（圖3a）。其中線偏振光和圓偏振光又可看作橢圓偏振光的特例。橢圓偏振光可看作是兩個(gè)沿同一方向z傳播的振動(dòng)方向相互垂直的線偏振光的合成：如圖1所示：（1）)cos(kztAExx???EcH圖1E，H，c三者之間的關(guān)系圖2線偏振光、自然光及部分偏振光abcExEyEyxAxAy圖3a橢圓偏振光的合成自然光經(jīng)過(guò)偏振片，其透射光基本上變?yōu)榫€偏振光，這是由于偏振片具有選擇吸收性的緣

5、故，入射光波中，電矢量E垂直于偏振片透光方向的成分被強(qiáng)烈吸收，而E平行于透光方向的分量則吸收較少。二波晶片波晶片利用單軸晶體的雙折射，所產(chǎn)生的尋常光（o光）和非常光（e光）都是線偏振光。前者的E垂直于o光的主平面（晶體內(nèi)部某條光線與光軸構(gòu)成的平面），后者的E平行于e光的主平面。波晶片是從單軸晶體中切割下來(lái)的平面平行板，其表面平行于光軸。當(dāng)一束單色平行自然光正入射到波晶片上，光在晶體內(nèi)部便分解為o光與e光。o光電矢量垂直于光軸，e光電矢量

6、平行于光軸。而兩者的傳播方向不變，仍都與界面垂直。但o光在晶體內(nèi)的波速為voe光為ve，即相應(yīng)的折射率no、ne不同。設(shè)晶片的厚度為L(zhǎng)則兩束光通過(guò)晶片后就有位相差：（4）Lnneo)(2?????其中?為光波在真空中的波長(zhǎng)。?＝2k?的晶片，稱為全波片；?＝2k???時(shí)，為半波片；?＝2k???2為四分之一波片；三偏振光的檢測(cè)偏振光的檢測(cè)鑒別光的偏振態(tài)的過(guò)程稱為檢偏，它所用的裝置稱為檢偏器。實(shí)際上，起偏器和檢偏器是通用的。用于起偏的偏振

7、片稱為起偏器，用于檢偏的稱為檢偏器。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：（5）?20cosII?式中?為入射光偏振方向與檢偏器的偏振軸之間的夾角。顯然，當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)?＝0時(shí)，透射光強(qiáng)度為極大值；當(dāng)?＝90?時(shí)，透射光強(qiáng)度為極小值，我們稱之為消光狀態(tài)，接近于全暗；當(dāng)0?90?時(shí)，透射光強(qiáng)度I介于最大值和最小值之間。因此，根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，可以區(qū)別線