123456789101111213141521617打打打打打1819图4 仪器实物俯视示意图
HLL1G1RM12M2打气球
图5 仪器原理图
表头实验三 偏振光分析
一．实验目的
1．观察光的偏振现象；
2．掌握产生偏振光的常用方法；
3．观察半波片和四分之一波片转动时检偏器转动角度和光的偏振性质。
二．实验原理 （一）偏振光的获取
1．反射起偏器（或透射起偏器）
当自然光在两种媒质的界面上反射和折射时，反射光和折射光都成为部分偏振光。当入射角达到某一特定值?b时，反射光成为完全偏振光，其振动面垂直于入射面，而角?b就是布儒斯特角，也成为起偏角，由布儒斯特定律得：
tan?b?n2n1
例如，当光有空气入射向n?1.54的玻璃时，?b?57?。
当入射光以起偏角?b射到多层平行玻璃片上时，经过多次反射最后透射出来的光也就接近于线偏振光，其振动面平行于入射面。有多层玻璃片组成的这种透射起偏器又称为玻璃片堆。
2．晶体起偏器
利用某些晶体的双折射现象来获取线偏振光，如尼科尔棱镜等。 3．偏振片（分子型）
聚乙烯醇胶膜内部含有刷状结构的链状分子。在胶膜被拉伸时，这些链状分子被拉直并平行排列在拉伸方向上，拉伸过的胶膜只允许振动方向取向平行于分子排列方向（此方向称为偏振片的偏振轴）的光通过，利用它可以获得线偏振光。
（二）偏振光的检测
按照马吕斯定律，强度I0为的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：
I?I0cos2?
式中?为入射光偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角。显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性变化。当??0?时，透射光强度最大；当??90?时，透射光强度最小（消失状态）；当0????90?时，透射光强度介于最大值和最小值之间。因此，根据透射光强度变化的情况可以区别光的不同偏振状态。
（三）偏振光通过波晶片时的情形
1．波晶片
波晶片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，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时，光在晶体内部分解为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光与e光的传播方向不变，仍都与表面垂直。但o光在晶体内的速度为?o，e光在晶体内的速度为?e，相应折射率分别为no和ne。
设晶片厚度为l，则两束光通过晶体后就有相位差：
????n?n?l ?oe式中?为光波在真空中的波长，??2k?称为全波片；??2k???称为半波片（?2波片）；；上面的k为任意整数。值得注意的是无论全??2k???2称为四分之一波片（?4波片）
波片、半波片还是四分之一波片都是相对于一定波长而言。
以下的直角坐标系的选择，以e光振动方向为横轴，o光振动方向为纵轴。沿任意方向振动的光，正入射到波晶片的表面时，其振动便按此坐标系分解为e光分量和o光分量。
2．光束通过波片后偏振状态的改变
平行光垂直入射到波晶片后，分解为e光分量和o光分量，通过晶片，二者间产生一附加相位差?，离开晶体时合成光波的偏振性质取决于?和入射光的性质。
（1）偏振态不变的情形
① 自然光通过波晶片后出射的合成光仍为自然光。
② 若入射光为线偏振光，通过波晶片后出射的合成光仍为线偏振光。 除上述外，偏振光通过波晶片后，其偏振状态一般都要改变。 （2）半波片和偏振光
① 若入射光为线偏振光，在半波片的前面（入射处）分解为：
Ee?Aecos?t
Eo?Aocos??t??? ??0或?
出射光表示为：
2???Ee?Aecos??t?nel?
???2???Eo?Aocos??t???nol?
???讨论二波的相对相位差，上式可写为：
Ee?Aecos?t
2?2???Eo?Aocos??t???nol?nel?
?????Aocos??t?????,???
出射光二正交分量的相对相位差由???决定，即：
????0?????和????????0
表明出射光也是线偏振光，但振动方向与入射光不同。如入射光与晶片光轴成?角，则出射光与光轴成??角。即线偏振光经半波片后电矢量振动方向转过了2?角。
② 若入射光为椭圆偏振光，做类似分析可知，半波片既改变椭圆偏振光长（短）轴的
取向，也改变椭圆偏振光（圆偏振光）的旋转方向。
（3）四分之一波片和偏振光 ① 若入射光为线偏振光
Ee?Aecos?t
Eo?Aocos??t??? ??0或?
出射光表示为
Ee?Aecos?t
Eo?Aocos??t?????,????2
此式代表一正椭圆偏振光。?????时，出射光为圆偏振光。
② 若入射光为圆偏振光
Ee?Aecos?t
?2对应于右旋，??????2对应于左旋。当Ae?AoEo?Aocos??t???,????2
此式代表线偏振光。????0，出射光电矢量E出沿一、三象限；?????，出射光电矢量E出沿二、四象限。
③ 若入射光为椭圆偏振光
Ee?Aecos?t
Eo?Aocos??t???，?在??到??任意取某值
出射光表示为
Ee?Aecos?t
Eo?Aocos??t?????,????2
可见出射光一般为椭圆偏振光。
三．实验仪器
１．激光器；２．二维调整架；３．扩束镜；４．分束镜（半透半反镜）；５．二维调整架；６．白屏；7．通用底座；８．气室；９．可变口径二维架；10．二维调整架；11．平面反射镜；12．通用底座；13．一维底座；14．一维底座；15．三维底座；16．二维调整架；17．平面反射镜；18．一维底座；19．三维底座；
四．仪器实物图和原理图
仪器实物图如图6所示，原理图如图7所示。