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光信息技术实验七 光的偏振特性研究
光，??只取决于波片的厚度。波片是从单轴双折射晶体上平行于光轴方向截下的薄片，它可以改变偏振光的偏振态。
(1) 当???2k?（k＝1，2，3，…）时，光程差??(no?ne)d?k?或d?k?no?ne，
即这样的晶片能使o光和e光产生k?的光程差，称为全波片（或λ波片）。此时由式（8）可得直线方程，表示合振动为线偏振光（与入射线偏振光方向平行）。
(2) 当???(2k?1)?（k=0，1，2，…）时，则光程差??(no?ne)d?(2k?1)此时晶片的厚度可使o光和e光产生(2k?1)?2。
?2光程差，称为二分之一波片（或
?波片）由2式（8）得直线方程，表示合振动仍为线偏振光（但与入射光的振动方向有2α的夹角）。
(3) 当???(2k?1)?/2（k=0，1，2，…）时，则光程差??(no?ne)d?(2k?1)此时晶片的厚度可是o光和e光产生(2k?1)?4，
?4光程差，称为四分之一波片（或
?波片）由4式（8）得到正椭圆方程。表示合振动为正椭圆偏振光。振光和圆偏振光。对于线偏振光垂直射入成的光偏振状态还有以下几种情况
?波片主要用于产生或检验椭圆偏4?波片时，且振动方向与波片光轴成?角时，合4① 当??0时，Ao?0可得到振动方向平行于光轴的线偏振光。 ② 当??③ 当???2时，Ae?0可得到振动方向垂直于光轴的线偏振光。
时，Ao?Ae可得到圆偏振光。
?4④ 当?为其它值时，Ao?Ae经
?波片透出的光为椭圆偏振光。 4图2 偏振光实验仪结构示意
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1— 涂黑反射镜；2— 旋转载物台；3— 玻璃堆；4— 白屏；5— 半导体激光器及调整架；6— 白炽灯；7— 旋光管；8— 偏振片组；9— 半波片；10—1/4波片；11— 聚光镜；12— 光电接收器；13— 检流计数显箱；14— 导轨平台；15— 二维磁力滑座；16— 一维磁力滑座
三、实验仪器
WZP-1型偏振光实验仪。
1. 仪器简介
WZP-1型偏振光实验仪由导轨平台、磁力滑座、光源、偏振部件、光电接收单元和聚光镜及白屏（观察实验现象）组成，图2为其结构示意图。导轨带有导向凸台并附有标尺，实验时根据需要选择部件并将磁力滑座的基准面靠入导轨凸台，旋转磁力滑座可进行升降调节使系统达到同轴。
2. 使用方法
在导轨平台上靠近两端各放置光源及光电接收器，检流计数显箱后面板有两排插孔，上面两孔接插硅光电池，旁边的换档开关向上拨到光电池档。先对激光器调焦：把接收器换成白屏，轻旋激光器上调焦镜，观察白屏上光斑最小（约2～3mm）即可。撤掉白屏换上接收器，如图3。利用激光器调整架调节光束发射角度，与二维磁力滑座联调使光信号进入接收器，二维滑座为光电接收器专用。在光路中放置一偏振片，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）。若用白炽灯作光源，可用聚光镜来准直。
图3 实验装置图 四、实验内容与要求 1. 起偏和检偏 如图4所示，在光源和接收器之间放置偏振片，此为起偏器，放置另一偏振片为检偏器，旋转检偏器观察到光强发生变化。由偏振片转盘刻度值可知，当起偏器、检偏器的偏振化方向平行时，光最强，偏振化方向垂直时，光最暗。将检偏器旋转一周，光强变化四次，两明两暗。固定检偏器，旋转起偏器可产生同样的现象。
通过实验我们知道光通过偏振片后成为偏振光，偏振片起到了起偏器和检偏器的作用。
2. 验证马吕斯（Malus）定律
依照实验1的方法安置仪器，使起偏器和检偏器正交，记录光电接收的示值I，然后将检偏器间隔10～15°转动一次并记录一次，直至转动90°为止，利用所得实验数据验证马吕斯定律。
光信息技术实验七 光的偏振特性研究 表1 验证马吕斯定律数据表 图 4 光的起偏和检偏装置示意图 θ I cos2θ I 0cos2θ 90° 0 0 0° 1 图 6 布儒斯特角测定实验装置图 图5 反射光的偏振 3. 根据布儒斯特角测定介质的折射率 （1）依图5配置，在光路中放置载物台、玻璃堆、偏振片、光电池及白屏。观察白屏，对激光器进行调焦，按照载物台以上约三分之二玻璃堆高度调整入射光，如图6所示。
(2) 玻璃堆置于载物台上，使玻璃堆垂直光轴，此时入射光通过玻璃堆的法线射向光电池。放入偏振片、白屏。旋转内盘使入射光以50°～60°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，观察到光的亮度有强、弱变化，说明玻璃堆起到了起偏器的作用。旋转偏振片使光斑处于较暗的位置，如图7所示。
（3） 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
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度更弱。
反复调整直至亮度最弱，接近全暗。这时再转偏振片，如果反射光的亮度由黑变亮，再变黑，说明此时反射光已是线偏振光。记下反射光的强度几乎为零时，度盘的两个读数φ1和φ1′。
图 7 布儒斯特角测定实验装置图 （4） 继续转动内盘，使入射光与玻璃堆的法线同轴并射到光电池上，使数显表头读数最大。记下此时度盘的两个读数φ2和φ2′。 于是，布儒斯特角 ψp= 1 (│φ1－φ2│+│φ1′－φ2′│)。重复测量3~5次，计算平均值?p，2代入式(1)计算玻璃的折射率n2，并估算折射率n2的不确定度。
此方法不是唯一测量方法，可以自己动手设计其它实验方法。
4．椭圆偏振光和圆偏振光
由物理光学知道，平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当???4时（?为平面偏振光的振动方向与波片光轴的夹角），则为圆偏振光；但当??0和?2时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。也就是说，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。
如果平面偏振光的振动方向与1/2波片光轴的夹角为?，则通过1/2波片后的光仍为平面偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过2?角。
如图8所示，在光源前放入两偏振片，将1/4波片放入两偏振片之间，并使1/4波片的光轴与起偏器的偏振化方向成45o角，透过1/4波片的光就是圆偏振光。因为人眼不能分辨圆、椭圆偏振光，所以借助检偏器来检验，旋转检偏器可在白屏看到在各个方向上光强保持均匀（由于1/4波片的波长与光源的波长不一定能完全匹配，因此光强在各个方向上只是大体均匀）。 图8 圆、椭圆偏振光的产生与检测