光的偏振实验

光的偏振实验
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光的偏振实验

光的干涉和衍射现象表明光是一种波动,但这些现象还不能告诉我们光是纵波还是横波,光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。历史上,早在光的电磁理论建立以前,在杨氏双缝实验成功以后不多年,马吕斯(E.L.Malus )于1809年就在实验上发现了光的偏振现象。

【实验目的】

1.验证马吕斯定律;

2.产生和观察光的偏振状态;

3.了解产生与检验偏振光的元件和仪器;

4.掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

【实验仪器】

光源(白炽灯或可见光激光器)、起偏器、检偏器、光屏或光功率指示器、 /4波片。

【实验原理】

光波是一种电磁波,电磁波是横波,光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振现象清楚的显示了光的横波性。光波的电矢量E 和磁矢量H 相互垂直,且都垂直于光的传播方向c (图1)。通常用电矢量E 代表光的振动方向,并将电矢量E 和光的传播方向c 所构成的平面称为光振动面。

我们知道光有五种偏振状态,即线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光、自然光和部分偏振光。在传播过程中,电矢量的振动方向始终在某一确定方向的光称为平面偏振光或线偏振光(图2a )。光源发射的光是由大量分子或原子辐射构成的。单个原子或分子辐射的光是偏振

的,由于大量原子或分子的热运动和辐射的随机性,它

们所发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同

的。一般说,在10-6秒内各个方向电矢量的时间平均值

相等,故这种光源发射的光对外不显现偏振的性质,称

为自然光(图2b )。在发光过程中,有些光的振动面在

某个特定方向上出现的几率大于其他方向,即在较长时

间内电矢量在某一方向上较强,这样的光称为部分偏振

光(图2c )。还有一些光,其振动面的取向和电矢量的

大小随时间作有规律的变化,电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹是椭圆或圆,这种光称为椭圆偏振E

c

H 图1 E , H , c 三者之间的关系 图2 线偏振光、自然光及部分偏振光 a b

c

x 图3a 椭圆偏振光的合成

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