偏振光现象的研究

【实验目的】

（1）观察光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的条件和方法。

（2）验证马吕斯定律。

【实验原理】

光是一种电磁波，电磁波是横波，其电矢量E和磁矢量H相互垂直，且均垂直于光的传播方向。由于光对物质的作用主要是电矢量E，故一般用电矢量来代表光振动。普通光源发出的光，光振动可在垂直于传播方向的平面内取任意方向，且随机均匀分布，称为自然光。由自然光获得偏振光的过程称为起偏，起偏装置称为起偏器；用来检验某一光束是否是偏振光的过程称为检偏，检偏装置称为检偏器。

如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上，只有平行于光轴方向的矢量Ey能够通过，另一成分Ex被吸收，得到y方向的线偏振光。若得到的线偏振光的振幅为E0投射在检偏器A上，则透过检偏器A的光振幅为E0cosθ（θ为起偏器P和检偏器A之间的夹角）。由于光强和振幅的平方成正比，所以透过A的光强I随θ的变化关系为I=I0cos2θ，此为马吕斯定律，如图3-29所示。以光的传播方向为轴转动检偏器A，透射光将发生周期性变化。

通过检偏器的透射光照射在硅光接收器上，光能转化成电能，由于光电池的光电流i与透射光强度I成正比，所以通过测量不同夹角θ所对应的光强相对值I′来验证马吕斯定律。

图3-29　马吕斯定律原理

【实验仪器】

偏振光实验仪（激光器、起偏器、检偏器、硅光电池接收器、光具座）、数字式光电检流计。

【实验内容】

（1）将激光器、偏振片、光电探测器安放在光具座上，调节各元件至等高同轴。

（2）在光源前放置偏振片P作为起偏器，让激光束垂直通过P成为线偏振光，在P后再放置另一偏振片A作为检偏器，转动检偏器A，使起偏器P和检偏器A的夹角θ从0°转动一周的过程中，用光电探头测量透射光强的相对值I′，每10°读取一次数据。将数据填入表 3-23中。

（3）画出I′-cos2θ函数曲线，理论上应为直线。

【注意事项】

（1）保护光学元件的光学表面，不得触摸光学元件的光学表面。

（2）激光束光强极高，切勿用眼睛对视，防止视网膜遭永久性损伤。

【数据处理】

（1）将实验数据记入表3-23中。

表3-23　数据记录表

（2）画出I′-θ和I′-cos2θ函数曲线。

【思考题】

如何鉴别自然光、线偏振光？