偏振片的研究

实验目的：1.了解光的偏振现象，巩固理论知识； 2.了解产生与检验偏振光的元件与仪器； 3.掌握产生与检验偏振光的条件与方法。 实验原理：1.偏振光原理：光是横波，具有矢量性。 2. 改变偏振态的方法和器件:

常见的起偏或检偏的元件构成有两种：

a.光学棱镜。如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；

b.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.

马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通 过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的是 检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向 的夹角。

波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来 的平行平面板，由于波晶片内的速度vo ,ve 不同，所 以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束 通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了 Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(ne-no)d=±λ/4，即Δ=±π/2我

们称之为λ/4片，若满 (ne-no)d=±λ/2，即Δ=±π，我们 称之为λ/2片，若满足(ne-no)d=±λ，即Δ=2π我们称之 为全波片。

3．借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态

a. 只用检偏器（转动）：

对于线偏光可以出现极大和消光现象；

对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现

象；

对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。

b. 用1/4波晶片和检偏器（转动） ： 对于非偏光（自然光）各方向光强不变； 对于圆偏光出现消光现象（原因）； 对于部分偏光仍出现极大和极小现象；

对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光

强极大位置时出现消光现象（原因）。

实验仪器：调节平台和两臂调节机构、半导体激光器和

电源、格兰棱镜、光电倍增管探头及电源、各种调节机构以及光电流放大器。 实验内容：1：起偏

将激光束投射到屏幕上，插入一偏振片。使偏

振片在垂直与光束的平面内旋转，观察光强变化，判断从激光器中出射的光的偏振状态。

2：消光

在第一片偏振片和屏幕之间加入第二块偏振

片，将第一片固定，旋转第二片，观察实验现象。是否能找到一个位置使光完全消失，此时两片偏振片之间有什么关系？鉴别线偏振光的方法你可以总结出来吗？

3：三块偏振片的实验

使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插

入第三块偏振片，解释为什么这时有光通过，第三块偏振片取什么位置时能使光最强？最弱？

4：圆偏光和椭圆偏振光的产生

a. 按光路图使偏振片A和B的偏振轴正交（消

光）。然后插入一片/4波长片C（实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心）。

b. 以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过

360度观察现象。

c. 再将C从消光位置转过15、30、45、60、75、

90度，每次都将B转过360度，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。

5：区分圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏

振光

实验结果及结论：1.起偏：无论偏振片的转向如何，照射在

光屏上的光强大小始终不变；

2.消光:当两块偏振片的光轴线相互垂直时，屏上光完全消失。满足起偏和消光两种规律的光可称作线偏振光；

3.三块偏振片的实验：根据马吕斯定律，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角。设第一、二块偏振片的偏振方向夹角为b，则到达光屏上的光强I=I0 cosb cos(∏/2-b)=1/2I0 sin2b,即当b=45度时，光屏上光最强，当b=0或90度时，光屏上光最弱； 4. 圆偏光和椭圆偏振光的产生

偏振片 波晶片 0 2.2 1.8 1.4 1.2 1.4 1.8 2.2 45 1.2 1.6 1.6 1.2 0.6 0.6 1.2 90 0 0.3 0.8 1.2 0.8 0.3 0 135 1.2 0.6 0.6 1.2 1.6 1.6 1.2 180 2.2 1.8 1.4 1.2 1.4 1.8 2.2 225 1.2 1.6 1.6 1.2 1.6 0.6 1.2 270 0 0.3 0.8 1.2 0.8 0.3 0 315 1.2 0.6 0.6 1.2 1.6 1.6 1.2 0 15 30 45 60 75 90 （注：数值不表示绝对大小，只作相对大小辨别。）

5. 区分圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光： 再提供一片/4波长片C加在检偏的偏振片前，就

可以鉴别它们

思考题：1. 在布儒斯特角入射时，透射光为完全线偏振光？

(B)

A.是 B.不是

2. 激光器发出的激光全是线偏振光？(B)

A.是 B.不是

3. 格兰棱镜成为起偏器的物理机制是什么？

答：布儒斯特定律

4.在两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，且第三块偏振片的透光方向与第一块透光方向成45°、30°，哪一次光强大一些？原因是什么？ 答：45度时光强更大些。根据马吕斯定律，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角。设第一、二块偏振片的偏振方向夹角为b，则到达光屏上的光强I=I0 cosb cos(∏/2-b)=1/2I0 sin2b,即当b=45度时，光屏上光最强。