大学物理实验教程（第二分册）实验4偏振光【实验目的】1．观察光的偏振现象，加深偏振的基本概念，掌握偏振光实验的思想方法。2．了解偏振光的产生和检验方法。3．观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。4．观测椭圆偏振光和圆偏振光。【实验仪器】1.导轨2.半导体激光器λ=650nm；3.偏振片（转盘刻度360°，格值2°）；4.12波片、14波片（转盘刻度360°，格值2°）；5.旋转载物台（格值1°）；6.玻璃堆；7.白屏；8.光电接收单元：硅光电池；9.滑座（一维）；10.滑座（二维）；11.白屏。在导轨平台上靠近两端各放置光源及光电接收器。利用激光器调整架调节光束发射角度，与横向微调滑座联调使光信号进入接收器。在光路中放置一起偏器，调到0°，轻旋半导体激光头使检流计数值较大（半导体激光在水平和垂直两个方向上发散角的差值较大，这两方向的光能量也有差别）。【实验原理及内容】1．线偏振光的产生与鉴别自然光通过起偏器后，产生电矢量振动单一方向的线偏振光。判断其是否为线偏振光，可让偏振光通过一个检偏器，当转动检偏器改变其偏振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时，出射的光强随之改变。当偏振轴与线偏振光的振动方向平行时，出射的光强最大；而垂直于线偏振光的振动方向时，出射的光强为零。如果检偏器转动一周，光强交替出现两次最亮和两次消光，则可判断其为线偏振光。这些规律可用Malus定律表述如下（4.1）式：，（4.1）式中，为检偏器偏振轴与线偏振光振动方向之间的夹角，E、I分别为检偏器出射光的振幅和光强，E0、I0分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度的变化成余弦曲线的规律变化，周期为。200以相对能量I/I0为纵坐标，cos为横坐标，从0到90变化时将形成一条直线，由此也可验证线偏振光。2.验证马吕斯（Malus）定律使起偏和检偏器偏振轴方向正交，记录光电接收器的示值，然后将检偏器偏振轴方向每间隔10°～15°角转动一次并逐次纪录光电接收的示值I，直至转动90°为止。重复上述实验几次，在同一坐标系下画出实验所得相对光强透过率II/0随变化的关系曲线和2cos曲线，并做比较。90°80°70°60°50°40°30°20°10°0°2cosθ实验得I实验得I/I0计算得cos2θ1实验4偏振光3.折射光的偏振如图4.1所示，光从折射率为n1的空气中入射到折射率为n2的玻璃板中，反射光是振动方向垂直于入射面为主in1的部分偏振光，折射光是振动方向平行于入射面为主的部分偏振光。光斜向入射到玻璃堆上，经过玻璃堆被多n2i0次反射后穿过玻璃堆的折射光是振动方向平行于入射面为主的部分偏振光。n1如图4.2所示，在光路中放置载物台、玻璃堆、检偏器、n2图4.1自然光的反射光和折射光的偏振态光屏，转动载物台内盘使入射光以50°～60°角射入，通过偏振片可以看到透过玻璃堆的光检偏器转动载物台光屏斑。使偏振片与透射光垂直，旋转偏振片，观察到的亮度有强弱变化，说in1in0明透过玻璃堆的折射光是部分偏振2光源玻璃堆光，玻璃堆起到了起偏器的作用。检刻度盘偏器转盘指向°，光斑最暗，检偏图4.2折射光的偏振实验光路图0器转盘指向90°，光斑最亮，说明此时折射偏振光中平行于入射面振动的光比垂直于入射面振动的光要强。4.布儒斯特角如图4.3所示，由布儒斯特定律可知，当光以布儒斯特角i10射入另一介质时，其反射光为线偏振光。此时入射角i10与折射角i2之和为90°且°90n2ptgi10=（4.2）n1A式中n1和n2分别为D两种介质的折射率。儒斯特角测量方法如下：B⑴玻璃堆反射面竖立放置在C旋转载物台上，光O束垂直于载物台转轴入射到玻璃堆反射V面、反图4.3光以布儒斯特角入射时的反射和折射光的偏振态射光透过检偏器照射到白屏上，按照载物台以上约三分之二玻璃堆高度调整入射光。旋转内盘使入射光以50°～60°的入射角射入玻璃堆，反射光射到白屏上并使偏振片、白屏与反射光垂直。旋转偏振片，使处于较暗的位置。（2）转动内盘，观察白屏看反射光亮度的改变，如果亮度渐渐变弱，再旋转偏振片使亮度更弱。反复调整直至亮度接近全暗。这时再旋转偏振片，如果反射光的亮度由黑变亮，再变66大学物理实验教程（第二分册）黑，说明此时反射光已是线偏振光。记下刻度盘的读数1。（3）转动内盘，使入射光通过玻璃堆的反射光斑与入射光重合，记下度盘的读数θ2表示入射方向的角位置。布儒斯特角i10=│θ1－θ2│此方法不是唯一测