【實驗目的】
1.通過觀察光的偏振現象，加深對光波傳播規律的認識。
2.掌握產生和檢驗偏振光的原理和方法。
【實驗儀器】
鈉光燈，可旋轉偏振片2個，玻璃磚或玻璃堆，λ/4波片1個（589.3 nm），多用途光學實驗儀。
【實驗原理】
1.偏振光的概念
光的波動的形式在空間傳播屬於電磁波，它的電矢量E與磁矢量H 相互垂直。E和H均垂直於光的傳播方向，故光波是橫波。
實驗證明光效應主要由電場引起，所以電矢量E的方向定為光的振動方向。
自然光源（如日光，各種照明燈等）發射的光是由構成這個光源的大量分子或原子發出的光波的合成。這些分子或原子的熱運動和輻射是隨機的，它們所發射的光振動，出現在各個方向的幾率相等，這樣的光叫做自然光。
自然光經過媒質的反射、折射或者吸收後，在某一方向上振動比另外方向上強，這種光稱為部分偏振光。如果光振動始終被限制在某一確定的平面內，則稱為平面偏振光，也稱為線偏振光或完全偏振光。偏振光電矢量E的端點在垂直於傳播方向的平面內運動軌跡是一圓周的，稱為圓偏振光，是一橢圓的則稱為橢圓偏振光。
2.獲得線偏振光的方法
自然光變成偏振光稱作起偏，可以起偏的器件分為透射和反射2種形式。
(1) 反透射式起偏器
自然光在兩種媒質的界面處反射和折射，當入射角φｂ滿足tanφｂ ＝n１/n２時，反射光成為振動 方向垂直於入射面的線偏振光，這個規律稱布儒斯特定律，φｂ稱為布儒斯特角或起偏角，而折射光為部分偏振光。
如果自然光以入射角φｂ投射在多層的玻璃堆上，經過多次反射後，透射出的光也接近於線偏振光，其振動面平行於入射面。
(2)透射式起偏器
晶體起偏器：利用某些晶體的雙折射現象可以獲得較高質量的線偏振光，如尼科爾稜鏡，這類偏光器件價格昂貴。
偏振片：一般用具有網狀分子結構的高分子化合物——聚乙烯醇薄膜作為片基，將這種薄膜浸染具有強烈二向色性的碘，經過硼酸水溶液的還原穩定後，再將其單向拉伸4~5倍以上而製成。這種偏振片稱H偏振片。此外用另外方法還可製成K偏振片、L偏振片。
3.馬呂斯定律
自然光通過偏振片變成光強為I０ ，振幅為A的線偏振光，再垂直入射到另一塊偏振片上，出射光強為：
I＝I０ cos２θ
這就是馬呂斯定律。θ為兩偏振片透振方向之間的夾角。
4.波片的偏光作用
單軸晶體製成厚度為L，表面平行於光軸的片,稱波片。波片有正晶體或負晶體之分。
一束振幅為A的線偏振光垂直入射在波片表面上，且振動方向與光軸夾角為θ，在晶體內分解成o光和e光，振幅分別是A０＝A sinθ，Ae＝Acosθ。經過波片後，二光產生位相差：
ΔΦ＝2π（n０－nｅ）L/λ０
式中, λ０為光在真空中的波長；n０、nｅ為晶片對o光和e光的折射率。
因為波片能使o光或e光的位相推遲，又稱為位相推遲器。
o光和e光振動方向相互垂直，頻率相同，位相差恆定，由振動合成可得：
這是橢圓方程式，代表橢圓偏振光。
當ΔΦ＝2Kπ（K＝１，２，３…）及A０＝Aｅ時，合成振動為圓偏振光。
【實驗內容與步驟】
1.確定偏振片透振方向，使用多用途光學實驗儀可以在測定布儒斯特角的同時測定偏振片的透振方向。如果沒有這種設備，通過觀察桌面或一些玻璃表面所反射的部分偏振光，確定偏振片透振方向。
2.用單色平行光，垂直照射在2片正交的偏振片上，兩偏振片之間再插入一λ/4波片，轉動λ/4波片，每轉5°或10°再將檢偏片轉動一周。識別圓偏振光和橢圓偏振光,部分偏振光和橢圓偏振光；自然光和圓偏振光。
3.用光電池接受的辦法代替光屏接受，使用光點檢流計對光強變化做定量的分析。 |
