大学物理-光的偏振

实验27 光的偏振

一、实验目的

1、观察光的偏振现象，加深对光的偏振的理解。

2、了解偏振光的产生及其检验方法。

3、观测布儒斯特角，测定玻璃折射率。

4、观测椭圆偏振光与圆偏振光。

5、了解1/2波片和1/4波片的用途。

二、实验原理

1、光的偏振状态

光是电磁波，它是横波。通常用电矢量E表示光波的振动矢量。

(1)自然光 其电矢量在垂直于传播方向的平面内任意取向，各个方向的取向概率相等，所以在相当长的时间里（10-5秒已足够了），各取向上电矢量的时间平均值是相等的，这样的光称为自然光，如图27-l所示。

(2)平面偏振光 电矢量只限于某一确定方向的光，因其电矢量和光线构成一个平面而称其为平面偏振光。如果迎着光线看，电矢量末端的轨迹为一直线，所以平面偏振光也称为线偏振光，如图27-2所示。

(3)部分偏振光 电矢量在某一确定方向上较强，而在和它正交的方向上较弱，这种光称为部分偏振光，如图27-3所示。部分偏振光可以看成是线偏振光和自然光的混合。

(4)椭圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一椭圆，这样的光称为椭圆偏振光。椭圆偏振光可以由两个电矢量互相垂直的、有恒定相位差的线偏振光合成得到。

(5)圆偏振光 迎着光线看，如果电矢量末端的轨迹为一个圆，则这样的光称为圆偏振光。圆偏振光可视为长、短轴相等的椭圆偏振光。

图27-4 椭圆偏振光 2、布儒斯特定律

反射光的偏振与布儒斯特定律

如图27-5所示，光在两介质（如空气和玻璃片等）界面上，反射光和折射光（透射光）都是部分偏振光。当反射光线与折射光线的夹角恰为90°时，反射光为线偏振光，其电矢量振动方向垂直于入射光线与界面法线所决定的平面（入射面）。此时的透射光中包含平行于入射面的偏振光的全部以及垂直于入射面的偏振光的其余部分，所以透射光仍为部分偏振光。由折射定律很容易导出此时的入射角满足关系

12tannn (27-1)

电气系\计算机系\詹班 《大学物理》（光的偏振）作业5

一．选择题

1. 两偏振片堆叠在一起，一束自然光垂直入射时没有光线通过。当其中一偏振片以入射光线为轴慢慢转动180°时透射光强度发生的变化为

(A) 光强单调增加； (B) 光强先增加，然后减小，再增加，再减小至零

(C) 光强先增加，后又减小至零； (D) 光强先增加，后减小，再增加。

【 D 】

2．一束光强为I0的自然光，相继通过三个偏振片P1、P2、P3后，出射光的光强为I= I0/8，已知P1和P3的偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转P2，要使出射光的光强为零，P2最少要转过的角度是

（A）30° （B）45°

（C）60° （D）90°

[ B ]

[参考解] 设P1与 P2的偏振化方向的夹角为α ，则82sin8sincos2020220IIII ，所以4/，若I=0 ，则需0或 。可得。

3．一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片，若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为

（A）1/2 （B）1/5 （C）1/3 （D）2/3

【 A 】

4．自然光以60°的入射角照射到某两介质交界面时，反射光为完全偏振光，则知折射光为

（A）完全偏振光且折射角是30°

（B）部分偏振光且只是在该光由真空入射到折射率为3的介质时，折射角是30°

（C）部分偏振光，但须知两种介质的折射率才能确定折射角

（D）部分偏振光且折射角是30°

【 D 】

5．一束自然光自空气射向一块平板玻璃(如图)，设入射角等于布儒斯特角，则在玻璃板下面界面的反射光O2 A是

(A) 自然光．

(B) 部分偏振光．

第3章 综合性实验

53 20 10

15 5

③ 计算各环的直径平方2

kD，填入表3-8。

④ 求22

mnDD。

⑤ 用式（3-16）求出R的值，并计算平均值__R。

确定平凸透镜凸面曲率半径的最佳值和不确定度R。

曲率半径的最佳值： 5

11,

54()iiDDDR

mn





52

1

551iiDDD

s





，0.001Dumm

22

DDDsu

，4DRmn



，RRR

【注意事项】

① 调节牛顿环时，螺钉不可旋得过紧，以免接触压力过大而损坏透镜。实验完毕应将牛顿

环装置上的3个螺钉松开，以免牛顿环产生塑性形变。

② 由于显微镜的移动也是靠测微螺旋丝杆的推动，因此，读数显微镜和测微目镜一样，为

避免引进螺距差，采用单方向移动测量，移测时必须向同一方向旋转，中途不可倒退。

③ 使用完毕后，应将仪器归放在原仪器柜中，以免灰尘进入仪器。

④ 各种光学零件切勿随意拆动，以保持仪器的精度。

【思考题】

① 透射光的牛顿环是如何形成的。如何观察？它与反射光的牛顿环在明暗上有何关系。为

什么？

② 用白光照射时能否看到牛顿环干涉条纹，此时的条纹有何特征？

③ 实验中为什么要测量多组数据且采用多项逐差法处理数据？

④ 实验中如果用凹透镜代替凸透镜，所得数据有何异同？

⑤ 牛顿环的中心在什么情况下是暗的，在什么情况下是亮的？

⑥ 实验中为什么要以22

4()mnDDR

mn

测牛顿环直径，而不以2

krR

p测半径计算R？

实验七 光 的 偏 振

【实验目的】

① 了解并观察光的偏振性。

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。

大 学 物 理 学 教 案

1

大学物理学

授课章节 第14章 光的偏振

教学目的 1. 理解自然光、线偏振光与部分偏振光的区别与表示；

2. 理解起偏器与检偏器的原理与作用，掌握马吕斯定律及其应用；

3. 理解反射光完全偏振的条件及此时能量在反射光和折射光中传递的特点，掌握布儒斯特定律及其应用；

4. 了解双折射现象中寻常光与非常光的区别，了解用双折射获取线偏振光的原理，了解偏振光的干涉、波片原理及应用。

教学重点、难点 1. 理解关的偏振性；

2. 了解到双折射是本章的难点内容；

3. 理解寻常光（o光）与非常光（e光）的主要区别；

4. 怎样判断o光与e光的振动方向。

教学内容 备注

第14章 光的偏振

光的干涉和衍射现象不能告诉我们光波是横波还是纵波，因为这两种波都能产生干涉现象。光的偏振现象则清楚地显示了光的横波性。光的偏振也是肯定光是电磁波的根据之一。

由于光的偏振，使光的传播又出现了一些新的特点。

§14.1 自然光和偏振光

一、横波的偏振性

偏振：是指光的振动有一个固定的方向，并不是哪个方向都有。 实验表明，只有横波才有偏振性。例如，平面电磁波，其电场强度E(称光矢量)，就在垂直于其传播方向的平面上某一固定的方向振动（图中是X方向）。所以，光波是横波。

二、偏振光、非偏振光和部分偏振光

1、 完全偏振光（线偏振光）：

（1）特点：光矢量的振动方向始终不变，但其大小随位相而变。因光矢量

c E x

y z

平面电磁波示意图 大 学 物 理 学 教 案 2

大学物理学 的方向始终在一个平面中，若迎着光传播的方向看，在垂直传播方向的平面内，只有一个方向有振动，其他方向没有。线偏振光又称平面偏振光。

（2）振动面：光矢量的振动方向和传播方向组成的平面。例，上面图中的xoz面。线偏振光的表示如下

2、非偏振光——自然光：

（1）普通光源发的光是自然光。