光的偏振实验讲稿.ppt

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1、关于光的偏振实验第一页，讲稿共二十二页哦一、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。第二页，讲稿共二十二页哦二、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第三页，讲稿共二十二页哦三、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第

2、四页，讲稿共二十二页哦 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。偏振度的数值小。偏振度的数值愈接近愈接近1，光束的偏振化程度就愈高。，光束的偏振化程度就愈高。第五页，讲稿共二十二页哦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量端点在直角坐标系中，将椭圆偏振光的光矢量端点的轨迹用方程表示，则为：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

3、在在x x和和和和y y方向的分量方向的分量方向的分量方向的分量 Ex=a1cost Ey=a2cos(t+)第六页，讲稿共二十二页哦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轴的夹角轴的夹角轴的夹角轴的夹角 由由由由下式决定下式决定下式决定下式决定tan2 tan2 =2=2a a1

4、1a a2 2coscos/(/(a a2 21 1-a a2 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于轴的分量与振动方向平行于轴的分量与振动方向平行于轴的分量与振动方向平行于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。第七页，讲稿共二十二页哦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。在两种特殊情决定。在两种特殊情决定。在两种特殊情决定。在两种特殊情况下，电矢量的运动沿直

5、线进行，因而光波为线偏振光。这况下，电矢量的运动沿直线进行，因而光波为线偏振光。这况下，电矢量的运动沿直线进行，因而光波为线偏振光。这况下，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：两种特殊的情况是：两种特殊的情况是：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

6、；的直线进行；的直线进行；的直线进行；(2)(2)=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的的的的直线进行直线进行直线进行直线进行第八页，讲稿共二十二页哦还必须指出，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，方程式化为：和它们的奇数倍时，方程式化为：和它们的奇数倍时，方程式化为：和它们的奇数倍时，方程式

7、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与坐标轴与坐标轴与坐标轴与坐标轴 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，则由上，则由上，则由上式得到式得到式得到式得到 E Ex x2 2+E Ey y2 2=a a2 2 表示电矢量末端的运动描成一个圆，即表示电矢量末端的运动描成一个圆，即表示电矢量末端的运动描成

8、一个圆，即表示电矢量末端的运动描成一个圆，即为圆偏振光。为圆偏振光。为圆偏振光。为圆偏振光。第九页，讲稿共二十二页哦第十页，讲稿共二十二页哦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。第十一页，讲稿共二十二页哦(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)

9、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。当入射波片。当入射的线偏振光的光矢量与波片的快轴成的线偏振光的光矢量与波片的快轴成45角时，通角时，通过过1/4波片后得到圆偏振光，否则将有可能得到椭波片后得到圆偏振光，否则将有可能得到椭圆偏振光或线偏振光圆偏振光或线偏振光(当与快轴或慢轴相一致时当与快轴或慢轴相一致时)。第十二页，讲稿共二十二页哦(2)1/2波片波片如果波片产生的光程差如果波片产生的光程差 =(m+1/2)式中式中m为整数。这样的波片叫半波片或为整数。这样的波片叫半波片或1/2波片。波片。圆偏振光通过半波片后仍为圆偏振光，但旋向改变；圆偏振光通过半波片后仍为圆

10、偏振光，但旋向改变；线偏振光通过半波片后自然是线偏振光，但光矢量线偏振光通过半波片后自然是线偏振光，但光矢量的方向改变。设入射的线偏振光的光矢量与波片的的方向改变。设入射的线偏振光的光矢量与波片的快轴快轴(或慢轴或慢轴)的夹角为的夹角为，通过晶片后光矢量向，通过晶片后光矢量向着快轴方向转了着快轴方向转了2角。角。第十三页，讲稿共二十二页哦第十四页，讲稿共二十二页哦四、实验内容四、实验内容 本实验是由计算机控制和采集数据的。其本实验是由计算机控制和采集数据的。其目的是使大家对计算机控制物理实验的过程有目的是使大家对计算机控制物理实验的过程有个基本的了解，因为这种技术已在科学研究与个基本的了解，因

11、为这种技术已在科学研究与生产实际中应用得很普遍了。生产实际中应用得很普遍了。第十五页，讲稿共二十二页哦1.验证马吕斯定律验证马吕斯定律验证马吕斯定律实验装置图验证马吕斯定律实验装置图验证马吕斯定律实验装置图验证马吕斯定律实验装置图首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。首先放置好半导体激光器和光电池盒，调节等高共轴。第十六页，讲稿共二十二页哦 (1)在激光器后放入起偏器在激光器后放入起偏器(手动手动)，点击菜，点击菜单上的启动图标，随即在工作区中开始绘出一单上的启动图标，随即在工作区中开始绘

12、出一条曲线。由于半导体激光器输出的激光是偏振条曲线。由于半导体激光器输出的激光是偏振的，所以改变起偏器的通光方向，就会使光强的，所以改变起偏器的通光方向，就会使光强变化。转动起偏器，调节曲线的高度，至曲线变化。转动起偏器，调节曲线的高度，至曲线较高，但不到较高，但不到1，不能使之饱和。，不能使之饱和。第十七页，讲稿共二十二页哦 (2)(2)在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检偏器。选在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检偏器。选在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检偏器。选在起偏器和光电池盒之间，靠近后者放置检偏器。选中与检偏器相连电机的图标。启动，画出一条曲线。选取中与检偏器相连电机的图标

13、。启动，画出一条曲线。选取中与检偏器相连电机的图标。启动，画出一条曲线。选取中与检偏器相连电机的图标。启动，画出一条曲线。选取“数据处理数据处理数据处理数据处理”菜单中的菜单中的菜单中的菜单中的“读取数据读取数据读取数据读取数据”项，系统弹出一读数标志项，系统弹出一读数标志项，系统弹出一读数标志项，系统弹出一读数标志红线和角度红线和角度红线和角度红线和角度-光电流数据显示窗，利用键盘上的箭头键光电流数据显示窗，利用键盘上的箭头键光电流数据显示窗，利用键盘上的箭头键光电流数据显示窗，利用键盘上的箭头键移动红线至光电流值最大处。读出相应角度。利用移动红线至光电流值最大处。读出相应角度。利用移动红线

14、至光电流值最大处。读出相应角度。利用移动红线至光电流值最大处。读出相应角度。利用“角度检索角度检索角度检索角度检索”功能功能功能功能(点击相应图标点击相应图标点击相应图标点击相应图标)，输入对应于光电流最，输入对应于光电流最，输入对应于光电流最，输入对应于光电流最大处的角度数，确认后即可将此角位置移动至坐标原大处的角度数，确认后即可将此角位置移动至坐标原大处的角度数，确认后即可将此角位置移动至坐标原大处的角度数，确认后即可将此角位置移动至坐标原点。再启动检偏器，测出曲线点。再启动检偏器，测出曲线点。再启动检偏器，测出曲线点。再启动检偏器，测出曲线(0(0180)180)。读出读出读出读出909

15、000间每隔间每隔间每隔间每隔1010的角度的角度的角度的角度 和相应光电流数据和相应光电流数据和相应光电流数据和相应光电流数据I I。在坐标纸上画出在坐标纸上画出在坐标纸上画出在坐标纸上画出I I/I I0 0coscos2 2 曲线。由实验曲线验证马曲线。由实验曲线验证马曲线。由实验曲线验证马曲线。由实验曲线验证马吕斯定律，给出验证的结论。吕斯定律，给出验证的结论。吕斯定律，给出验证的结论。吕斯定律，给出验证的结论。第十八页，讲稿共二十二页哦2.2.波片对偏振光的作用波片对偏振光的作用波片对偏振光的作用波片对偏振光的作用 (1)(1)在前面的实验装置上，转动检偏器使系统消光。放在前面的实验

16、装置上，转动检偏器使系统消光。放在前面的实验装置上，转动检偏器使系统消光。放在前面的实验装置上，转动检偏器使系统消光。放入入入入1/41/4波片，并启动相应电机转动波片，使系统重新消光。波片，并启动相应电机转动波片，使系统重新消光。波片，并启动相应电机转动波片，使系统重新消光。波片，并启动相应电机转动波片，使系统重新消光。这表明波片并没有对偏振光系统起作用，此时必定是波片这表明波片并没有对偏振光系统起作用，此时必定是波片这表明波片并没有对偏振光系统起作用，此时必定是波片这表明波片并没有对偏振光系统起作用，此时必定是波片的某光轴与线偏振光的振动面的某光轴与线偏振光的振动面的某光轴与线偏振光的振动

17、面的某光轴与线偏振光的振动面(起偏器的通光方向起偏器的通光方向起偏器的通光方向起偏器的通光方向)夹角为夹角为夹角为夹角为00。(2)(2)通过通过通过通过“角度检索角度检索角度检索角度检索”依次转动波片，使其光轴与原线偏依次转动波片，使其光轴与原线偏依次转动波片，使其光轴与原线偏依次转动波片，使其光轴与原线偏振光的振动面振光的振动面振光的振动面振光的振动面(起偏器的通光方向起偏器的通光方向起偏器的通光方向起偏器的通光方向)夹角为夹角为夹角为夹角为00，3030和和和和4545，每，每，每，每次都转动检偏器分别测出相应的曲线。根据这些曲线的次都转动检偏器分别测出相应的曲线。根据这些曲线的次都转动

18、检偏器分别测出相应的曲线。根据这些曲线的次都转动检偏器分别测出相应的曲线。根据这些曲线的形状，判断线偏振光通过形状，判断线偏振光通过形状，判断线偏振光通过形状，判断线偏振光通过1/41/4波片后变成了哪种偏振光，波片后变成了哪种偏振光，波片后变成了哪种偏振光，波片后变成了哪种偏振光，并归纳出并归纳出并归纳出并归纳出1/41/4波片对偏振光作用的一般性结论。波片对偏振光作用的一般性结论。波片对偏振光作用的一般性结论。波片对偏振光作用的一般性结论。第十九页，讲稿共二十二页哦 (3)将将1/4波片替换为波片替换为1/2波片，采用同样的实验波片，采用同样的实验方法，测定方法，测定1/2波片光轴与线偏振

19、光的振动面夹角分波片光轴与线偏振光的振动面夹角分别为别为0和和45时的曲线，并以此判断线偏振光通过时的曲线，并以此判断线偏振光通过1/2波长后发生了什么变化，归纳出波长后发生了什么变化，归纳出1/2波片对偏振波片对偏振光光作用的一般性结论。作用的一般性结论。第二十页，讲稿共二十二页哦六、讨论问题六、讨论问题1.请说出获得偏振光的几种不同的方法。请说出获得偏振光的几种不同的方法。2.如何判断线偏振光如何判断线偏振光?怎样确定它的偏振方向怎样确定它的偏振方向?3.如何区别圆偏振光与自然光如何区别圆偏振光与自然光?4.怎样区别部分偏振光与椭圆偏振光怎样区别部分偏振光与椭圆偏振光?第二十一页，讲稿共二十二页哦感感谢谢大大家家观观看看4/1/20234/1/2023第二十二页，讲稿共二十二页哦