偏振光及其应用

【实验目的】
了解偏振片的用途，利用偏振片产生及检验偏振光。
【实验器材】
若干组偏振片。
【实验原理】
一个偏振器只允许在一个特定平面内振动的光通过，这个平面称为偏振面，这个偏振方向称为偏振器的透光轴。非偏振光在垂直于传播方向平面内的所有方向上都有光振动。如果自然光入射到一个理想偏振器上，则只有一半光可以通过偏振器。而实际上并没有“理想”偏振器，它们都有吸收，所以只有不到一半的光可以通过偏振器。
透射光只在一个平面内偏振。如果这个偏振光入射到第二个偏振器上，而这个偏振器的透光轴垂直于入射光的偏振平面，则没有光可以透过第二个偏振器。然而，如果第二个偏振器与第一个偏振器的透光轴不垂直，则偏振光电场的某些部分会与第二个偏振器的透光轴位于同一方向。这样，有些光就可以透过第二个偏振器，如图24-1所示。偏振光电场的该分量，可由下式得出：
                （24-1）
因为光强度随电场的平方而变化，所以透过第二个偏振器的光强度就可由下式得：
                （24-2）
这里，是透过第一个偏振器的光强度，是两个偏振器的透光轴之间的夹角。
下面考虑两种极端的情况：
1．如果等于零，第二个偏振器与第一个偏振器的光轴平行，的值等于1，则透过第二个滤光器的光强等于透过第一个滤光器的光强度。这种情况下，透射光的强度达到最大值。

图 24-1 偏振器光的吸收原理图

2．如果等于90度，第二个偏振器与第一个偏振器的偏振平面垂直， 的值等于0，则没有光透过第二个偏振器。这种情况下，透射光的强度达到最小值。
这些结果假定了光的吸收仅是偏振器的作用。事实上，大多数偏振膜并不清晰的，而偏振膜的颜色也会影响光的吸收。
【实验操作与现象】
1．用一块偏振片检验某一光源发出的光是否是偏振光，其光源可以是普通白炽灯、太阳光及由双折射晶体射出的光等。
2．用一块偏振片产生偏振光，并用另一块偏振片检验由此产生的偏振光。操作者双手各拿一块偏振片，让偏振片对着光源，转动任一块偏振片，观察光源亮度有无变化。
【注意事项】
1．由于偏振片易碎，所以操作时要小心，转动时要拿稳。