椭圆偏振光与部分偏振光的实验现象分析*

王小云，邓 科，孙 晶，黄勇刚，汪宗成

(吉首大学物理与机电工程学院，湖南 吉首 416000)

椭圆偏振光与部分偏振光的实验现象分析*

王小云，邓 科，孙 晶，黄勇刚，汪宗成

(吉首大学物理与机电工程学院，湖南 吉首 416000)

由于部分偏振光与椭圆偏振光经旋转偏振片后，其光强发生相似的变化，所以难以区分.采用在椭圆偏振光路中加入2片1/4波片，在部分偏振光光路中加入1片1/4波片，从而加以区分.实验结果表明，部分偏振光的光强发生变化，但是没有出现消光现象，椭圆偏振光通过1/4波片变成浅偏振光，出现消光现象.

椭圆偏振光;部分偏振光;偏振片;1/4波片

从1669年E.Bartholin发现冰洲石晶体(CaCO3)的双折射现象起，人们就对光的偏振现象开始了观察与研究.1690年惠更斯从理论上对光的偏振现象进行了详细说明.1704年牛顿把偏振的概念引入光学中，他认为光与磁铁有相似之处，如在沿着磁铁的方向与垂直磁铁的方向它们是不平等的.光是一种横波，即电矢量与传播方向是互相垂直的.电矢量所在平面内的具体的振动方式，称为光的偏振态［1-4］.光的偏振态可以分为4类:线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光.当偏振光经过波片以后它的偏振态会发生变化，若是椭圆偏振光与部分偏振光，由于在旋转偏振片的过程中光强会发生相似的变化，不容易区分开，这一直是教学过程中的难点［5-8］.对于实验操作过程中旋转方向的分析与判断，普通的光学教材中也少有详细介绍.由于在偏振光技术的实际应用与研究中，需要准确快速地判别光的偏振态变化，所以通过再加入1块1/4波片快速从光强变化中区分，从而加深2种难于区分的偏振光的偏振特性的理解.

1 实验仪器

仪器:He-Ne激光器(632.8 nm);偏振片(2片:起偏器，检偏器);X轴旋转2维架(2个);白屏;通用底座;1维底座(2个);1/4波片(2个).

2 椭圆偏振光的产生和检验

椭圆偏振光的产生装置如图1所示.让He-Ne激光器射出的光通过凸透镜进行光束扩大，在凸透镜后面依次放偏振片(起偏器)、1/4波片、白屏.调至各元件光轴平行，在白屏上得到如图2所示的图像，即为椭圆偏振光.

图1 椭圆偏振光的产生装置

图2 椭圆偏振光

在1/4波片和白屏之间加入1片偏振片(检偏器)，如图3所示.旋转检偏器则发现图像发生变化，但没有出现消光现象.从光强达到最大时开始记下白屏上图像变化的情况得到如图4所示的图像.

图3 椭圆偏振光通过检偏器的实验装置

图4 椭圆偏振光通过检偏器时检偏振光旋转不同角度时的透射光变化规律

当白屏上光强最大时，在检偏器和1/4波片之间再加1片1/4波片，如图5所示.使其光轴与检偏器的透射方向平行，此时开始记下白屏上图像变化的情况，如图6所示.

实验表明:椭圆偏振光通过检偏器，检偏器旋转不同角度时，在白屏上的图像发生变化，但不出现消光现象;椭圆偏振光通过1/4波片，在白屏上图像的变化规律和没通过1/4波片图像的变化规律不同，且出现了消光现象，变成了线偏振光.这说明椭圆偏振光是由各个方向振幅不同的相干光构成.

图5 椭圆偏振光通过1/4波片和检偏器的实验装置

图6 椭圆偏振光通过1/4波片和检偏器时偏振光旋转不同角度时的透射光变化规律

3 部分偏振光的产生和检验

部分偏振光的产生装置如图7所示.让He-Ne激光器射出的光通过凸透镜进行光束扩大，斜射在玻璃堆上，将反射光垂直照射在白屏上，白屏上的图像即为部分偏振光，如图8所示.

在玻璃堆和白屏之间加入1片偏振片作为检偏器，使反射光经过偏振片中心，旋转偏振片，发现图像发生变化，但没有出现消光现象.从光强达到最大时开始记下白屏上图像变化的情况，如图9所示.

图7 部分偏振光的产生装置

图8 部分偏振光

图9 部分偏振光通过检偏器时偏振光旋转不同角度时的透射光变化规律

当白屏上光强最大时，在检偏器和玻璃堆之间加1片1/4波片，使其光轴与偏振片的透射方向平行，从此时开始记下白屏上图像变化，如图10所示.

图10 部分偏振光通过1/4波片、检偏器时偏振光旋转不同角度时的透射光变化规律

实验表明:部分偏振光通过检偏器，检偏器旋转不同角度时，在白屏上出现的图像发生变化，但不出现消光现象;部分偏振光通过1/4波片后，在白屏上图像的变化规律和没通过1/4波片图像的变化规律一样，这说明部分偏振光是由各个方向振幅不等的非相干光构成.

4 结语

线偏振光通过1/4波片变成椭圆偏振光，椭圆偏振光通过偏振片(检偏器)，检偏器旋转不同角度时光强发生变化，但不出现消光现象;椭圆偏振光通过1/4波片，且1/4波片的光轴与椭圆的1个主轴平行时，椭圆偏振光变成线偏振光;自然光入射到玻璃堆反射出来的光是部分偏振光，部分偏振光通过偏振片(检偏器)，检偏器旋转不同角度时光强发生变化，但不出现消光现象，部分偏振光1/4波片，没有发生任何变化，还是部分偏振光.从此现象可以区别椭圆偏振光与部分偏振光，主要就是在光路中再加入1块1/4波片后，椭圆偏振光会出现消光现象，而部分偏振光却不会.

［1］ 杨之昌，王潜智，邱榴贞.物理光学实验(上册)［M］.上海:上海科技出版社，1986:304-374.

［2］ 大连工学院数理力学系光测组.光弹性实验［M］.北京:国防科技出版社，1978:98-107.

［3］ 姚启钧.光学教程［M］.第3版.北京:高等教育出版社，2006:58-61.

［4］ 陈 聪.大学物理实验［M］.北京:国防工业出版社，2008:157-165.

［5］ R.M.A.阿查姆，N.M.巴夏拉.椭圆偏振测量术和偏振光［M］.北京:科学出版社，1986:279-326.

［6］ 廖延彪.偏振光学［M］.北京:科技出版社，2003:1-343.

［7］ 谢莉莎，肖 苏，刘彩霞.椭圆偏振光与部分偏振光的实验验证［J］.物理通报，2006，23(4):38-39.

［8］ 纪延俊，杜玉杰，王绪安.偏振光经波片后旋转特性分析［J］.滨州学院学报，2008，24(6):72-74.

(责任编辑 陈炳权)

Experimental Study on Elliptically Polarized Light and Partially Polarized Light

WANG Xiao-yun，DENG Ke，SUN Jing，HUANG Yong-gang，WANG Zong-cheng
(College of Physics and Mechanical＆Electrical Engineering，Jishou University，Jishou 416000，Hunan China)

Elliptically polarized light and partially polarized light show similar change in light intensity through a rotatable，so it is difficult to differentiate them.Application of two 1/4 wave plates in the path of elliptically ploarized light and one 1/4 wave plate in the path of partially polarized light is a way to distinguish them from each other.The experiment results showed that the intensity of partially polarized light changed with no extinction phenomenon，but the intensity of elliptically polarized light changed with the extinction phenomenon，and the elliptial polarized light changed into shallow polarized light through 1/4 wave plate.

elliptically polarized light;partially polarized light;polarizer;1/4 wave plate

O436

A

10.3969/j.issn.1007-2985.2013.02.009

1007-2985(2013)02-0041-05

2012-12-09

国家自然科学基金资助项目(11264011，11104113);湖南省自然科学基金资助项目(13JJ6059，11JJ6007)

王小云(1975-)，女，湖南慈利人，吉首大学物理与机电工程学院副教授，博士生，主要从事凝聚物理相关理论研究.