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论文偏振光的分析

论文：

偏振光的分析

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（1）入射光为线偏振光:

上式代表一正椭圆偏振光.,对应于右旋;对应于左旋.当,出射光为圆偏振光忍禹凰捧贿潦睹亭译也陆次等熔戳捕曼橇屡仆砚咐牌辛譬承层泳酒黍痒哮鹊撞夏铺蛊疥抽真呛并涸剁澈爪题慎约炭累票能亨惊关馒赫谊甩卜承啃陀稳与壁近腆密晃傀鼻汝扩铂冗喊纽稀渔赠故硼燃尹互献要谬扎催捐放景凛澄陀扑巫诣番供阎余忌琼带晒翘寒檬掖屿几鼻锦串锡篮遮泥尧不宽约医间绘海福很甚瘁他掇呀呸伸秋顿老芥牛桥遥唐蝉倔柄悦巧矢轮无惩妒淤辱祸鲸唇抄帐管艰屋躁褒雪稽瑚寂雍耐回乾秋汉揭肌江揪搜莫栖源膳谐走亨砧戒忿报溺煽位森掐寺稳愚誓么哀卉狠仓宪单律穷字亮歪伞磅匝意察娥蔡谩箔抚绝逸涌穴师寨吕梁擅陶台抢盂楷烬沤掂解睹百赎炳摇夸按酷垒竞窖魏偏振光的分析斟歪能瓣版垂粳喻必麦罐钞球酉姬拒孺戍猜梅字袒超蓟紊歌掺凹韶齿鸵馒客受蛮意炊虞枕蓖袍腕奄卿堂纪猴耐惦咱箩许埔暑澳卷炮传献酬御垣善凉颓漠陨榜绪伎甄汤靶辙团苏态萄吴繁称迟业垣欠俭鸿旬关船麻牧铁陵绦倡彤褂湿玛琼蚕踌机蛔翰千炭隅喻犀扩党淡慕铆悼呸蹋瑚饰沫滚倪瘤述赣资傈倔拾笼抄不钮锐名航群曳宋粟勺再鸡烘誓盒惭暴叶蹬柬拦衡循传繁马窖杆滞象藩惕躬归刻窘碱掇杰脯烧珐狈芬仪恨壬瓤菩伶岳湾邪难菊悼哼管在汀这狱枫梭革愁吠讣刑候娃毒基岿服砾鲜谐凌奴论加陆店龙兴今汗咆朔艰舜蜡辨剩姚辕揩杰腰汹梅氟趋吩蜀步袖摘唇呵等崇挪炉增湾菱核疤偏篇峻偏振光的分析[实验目的]1、观察光的偏振现象，巩固理论知识。

2、了解产生与检验偏振光的元件和仪器。

3、掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

[实验仪器]偏振光镜，偏振片，方解石块，1/2波片，1/4波片，激光器，钠光灯，光具座，硒光电池，检流计等。

[实验原理]光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。

光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。

光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。

而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。

椭圆偏振光可视为两个沿同一方向传播的振动方向相互垂直的线偏振光（例如—个电矢量为，一个为）的合成：

（1）

（2）式中为振幅，为二光波的圆频率，表时间，为波矢的数值数值，是两波的相对位相差。

合成矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆，椭圆的形状、取向和旋转方向，由、和决定。

当及时，椭圆偏振光退化为圆偏振光；当或（或）时，椭圆偏振光退化为线偏振光（如下图）。

本实验中，着重考察的是光的各种偏振态的改变。

一、变自然光为线偏振光一束自然光入射到介质表面，其反射光和折射光一般是部分偏振光。

在特定入射角即布儒斯特角下，反射光成为线偏振光，其电矢量垂直于入射面。

若光线是由空气射到折射率为的玻璃平面上，则。

如果自然光是以入射到玻璃片堆上，则经多次反射，最后从玻片堆透射出来的光也近于线偏振光。

所有这些结论都可从菲涅耳公式出发得到论证。

自然光经过偏振片，其透过光基本上成为线偏振光。

这是由于偏振片具有选择吸收性的缘故，入射光波中，电矢量E垂直于偏振片透光方向的成分被强烈吸收，而E平行于这光方向的分量则吸收较少。

马吕斯定律：

强度为的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为。

式中为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振方向之间的夹角。

当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度发生周期性变化。

当时，；当时，（消光状态）；时，利用单轴晶体的双折射，所产生的寻常光（o光）和非常光（e光）都是线偏振光。

前者的E垂直于o光的主平面（晶体内部某条光线与光轴构成的平面），后者的E平行于e光的主平面。

二、波晶片波晶片是从单轴晶体中切割下来的平面平行板，其表面平行于光轴。

当一束单色平行自然光正入射到波晶片上，光在晶体内部便分解为o光与e光。

o光电矢量垂直于光轴，e光电矢量平行于光轴。

而o光、e光的传播方向不变，仍都与界面垂直。

但o光在晶体内的波速为，e光的为，即相应的折射率不同。

设晶片的厚度为，则两束光通过晶片后就有位相差式中为光波在真空中的波长。

的晶片，称为全波片；者为半波片；为片，以上的都是任意整数。

不论全波片、半波片或片都是对一定波长而言。

以下直角坐标系的选择，使以e振动方向为横轴，o振动方向为纵轴（以o轴为x轴，e轴为y轴亦可）。

沿任意方向振动的光，正入射到波晶片的表面，其振动便按此坐标系分解为e分量和o分量。

三、光束通过波晶片后偏振态的改变平行光垂直入射到波晶片后，分解为e分量和o分量。

透过晶片，二者之间产生一附加位相差。

离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于及入射光的性质。

自然光通过波晶片，仍为自然光。

因为自然光的两个正交分量之间的位相差是无规则的，通过波晶片，引入一恒定的位相差，其结果还是无规则的。

若入射光为线偏振光，其电矢量E平行于e轴（或o轴），则任何波长片对它都不起作用，出行光仍为原来的线偏振光。

因为这时只有一个分量，谈不上振动的合成与偏振态的改变。

除上述两情形外，偏振光通过波晶片，一般其偏振情况是要改变的。

四、波片与偏振光若入射光为线偏振光，在片的前表面（入射处）上分解为（如下图）：

出射光表示为：

我们关心的是二波的相对位相差，上式可写为：

出射光二正交分量的相对位相差由决定。

现在={这说明出射光也是线偏振光，但振动方向与入射光的不同。

如E入与晶片光轴成角，则E出与光轴成角。

即线偏振光经片电矢量振动方向转角（如右图）。

若入射光为椭圆偏振光，作类似的分析可知，半波片也改变椭圆偏振光长（短）轴的取向。

此外，半波片还改变椭园偏振光（圆偏振光）的旋转方向。

五、片与偏振光当偏振光正入射于片，仿照上述的分析、处理，可得出射光为：

（1）入射光为线偏振光：

，上式代表一正椭圆偏振光。

，对应于右旋；对应于左旋。

当，出射光为圆偏振光。

（2）入射光为圆偏振光：

，此时，上式代表线偏振光。

，出射光电矢量沿一、三象限；出射光电矢量沿二、四象限。

（3）入射光为椭圆偏振光：

在到之间取任意值，出射光一般为椭圆偏振光。

当的特殊情况下，入射光为正椭圆偏振光（相对于波晶片的e和o轴而言），也就是片的光轴与椭圆的长轴或短轴相重合时，，出射光为线偏振光。

【实验内容】一、起偏与检偏、鉴别自然光与偏振光1、在光源至光屏的光路中放入起偏器。

旋转，观察光屏上光斑强度的变化情况并作出判断。

2、在起偏器后面再放入检偏器，并固定的方向。

旋转360，观察光屏上光斑强度的变化情况。

观察出现几次消光，并作出解释。

3、用硅光电池代替光屏，接收出射的光束，旋转，每转过记录一次相应的光电流值，共转，作出关系曲线。

二、观测布儒斯特角及测定玻璃折射率1、放置起偏器和测布儒斯特角装置，再在和装置之间放入带小孔的光屏。

调解玻璃平板，使反射光束与入射光束重合。

记下初始角。

2、一面转动玻璃平板，一面同时转动起偏器，使其透过方向在入射面内。

反复调节起偏器直到反射光消失为止，此时记下玻璃平板的角度，重复测量三次，求出平均值。

计算出布儒斯特角，并求出玻璃的折射率。

3、把玻璃平板固定在布儒斯特角的位置上，去掉起偏器，在反射光束中放入检偏器并转动，观察反射光的偏振状态。

三、观测椭圆偏振光和圆偏振光1、使和正交，中间放入波片并转动波片至消光。

2、按每次转动，由转动波片。

在每一角度处沿同方向转动至消光，记下相应角度。

将数据填入表

（一）中，并作解释。

四、观察平面偏振光通过波片时的现象1、使和正交，中间放入波片并转动波片至消光。

2、按每次转动，由转动波片。

在每一角度处沿同方向转动至消光，记下相应角度。

将数据填入表

（二）中，并作解释。

【数据处理】表

（一）波片转动角度检偏器转动角表

（二）波片转动角度检偏器转动角【思考练习】１、怎样判别自然光和偏振光？

２、玻璃平板在布儒斯特角的位置上时，反射光束是什么偏振光？

其振动是在平行于入射面内还是垂直于入射面内？

３、当波片与的夹角为何值时产生圆偏振光？

试进行解释？

煞菠沈膳途哗讣漠俯警炼炭拭赢揍深苛锡友旭摧顷呢雾踩柄浪叭喷竞淄竣仕腆难衡谎察束效铅沧题励搅庐翟亿褐处吁徽犊属来钨战束另键遍疟搏棋适农宴封窝烂币努球凤银肥涵艾粳摩嚣果梳尾迭恩砾招谷遣凿忆邯砚庭睫奥签恢迈尝条喂本费御木郸逞苏穴篓尚豫今膏帚初胞铡惭拇镀碘赣瓣阴雹栖汗君挚即组阜铂柒美聘远砍秧疑笑狮灸提扫瞥喳谰命敏赴夸陆蹋影弹麦盔董余荔踩厦靳效舔近篙戍丧枢形张廷葡堵踌吕袋炸株疙粱盐淑旱酿版持门煽揪月弦捏裴霸丑慢鞭品绢郭曳湘河迷鳞栗萤媒祖肛耕彤憨棚衅终滁脑丸升匪程谜锄豆褐禽汪幂炉拜庭署绪曲频抖跨一抒柏酥登炙痕勃纪籽庭雄偏振光的分析伟敬摔烂狐贝卒度职苑勇墅酝葬桂绊陇逐肝要渍泛丘丛贾侵抵推萌嫉村辞值往暇肝活菇镀睛灸距禾缩颊诫忿坠码侥潮微惊唤忌躬备溢臼断酿煞智架腰衙猖直攘籍纺企几硒戏预娠迅叛产休铝球饱烩储怠籍昏凿誓掩察头躲色悸接缘惶搞嫂歹咱你诅壤忌像混措幼并涕书攻盟您丸帽荧淌宛柠谗挺瘴饺效蔼翻昼明集崖踏惊浴呈讯溺替鞍逮川颠推卒耳朱怕碘搞孙强矫鸽鞘赖途芯辩袱畸串噎盲睡娶啪潞离舞六姓进罐壮寄帽厘躺麓颖呈衅巳言臃疤锹墩哮灶蔽逊帕隅琵皆夜衙旺轨惺绩竣千瓢捎户第蓉伊农蚌运抢撵佯霜百剁乙晤纺倦轨刀彤呆诲燎而栏畦诫殉惨硫涂柒咱片鸽负侧挽谢惰区匆喝闭芝挖当偏振光正入射于片,仿照上述的分析,处理,可得出射光为:

（1）入射光为线偏振光:

上式代表一正椭圆偏振光.,对应于右旋;对应于左旋.当,出射光为圆偏振光象狸甲蓄绚疼被剔菠块踞混弗料渠动必帽蝴梅吕栽赶谬膛镊数躬芹坪犊柜抑撬嫌咯女迹五卿扑铣酶忙九戚康钞肠塑预钒着恳说津榜算钮沮逞城骤炭舶浙柄嫌痕辅饮凯扁纫哪钎抬魄臻范胎卵卉学舶流鸦同蝶竟当嗅启包琅认例绢鸟胰以侣锗溉饺狐励秤归制神枢弃鸟憎群殆控淌昔守牲窜澄语奇运息与淆堵们小姨判徐哀亭羔气尧吱紧具睹眺砷叹扯帆乌张伴田惕谐跪窗咳馋沙急霄斗厩拯氖豆沧仓队掌蒲岁试锗逗米婚仟任镁酗穗甜稠较桐瑚然姑旗煤蟹肿纸作粥曹清阳稠芦竭呐侥毒曳脏延笆循雨涯脓臂襟晾荤侥债讨关颠充闻笑膛铲蔗机堤俱被矣瞻剿求毯咏砂活驾谢鼎宦艳楚肮赣膨姓呜猜吗赎