偏振光實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

蘇士田

(棗莊學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東棗莊277160)

偏振光實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

蘇士田

(棗莊學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院，山東棗莊277160)

基于偏振光實(shí)驗(yàn)和聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的基本原理，將聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的導(dǎo)軌、半導(dǎo)體激光器、光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x和示波器、起偏器、檢偏器結(jié)合起來(lái)，對(duì)偏振光實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置便于觀察，成像效果明顯.

偏振光;聲光效應(yīng);實(shí)驗(yàn)改進(jìn)①

1 傳統(tǒng)的偏振光實(shí)驗(yàn)

1.1 偏振光

光的電磁理論中，光作為電磁波，是一種傳播者的電磁場(chǎng)，光的電場(chǎng)矢量E和磁場(chǎng)矢量H互相垂直，并且都和光的傳播方向垂直.光對(duì)人及動(dòng)物的眼睛和其他感光器件起主要作用的是電場(chǎng)矢量E.光在傳播過(guò)程中，光矢量E在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，還有各種不同的振動(dòng)狀態(tài)，這樣的各種振動(dòng)狀態(tài)稱為光的偏振.光的偏振態(tài)有自然光、部分偏振光、線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光.

1.2 偏振光的檢測(cè)

偏振光的觀察和檢測(cè)，最普遍和最常見的就是利用鈉光燈、起偏器、檢偏器和白板來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察.對(duì)于線偏振光，馬呂斯定律認(rèn)為，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過(guò)理想偏振片后透射光的強(qiáng)度為I=I0cos2θ，θ是入射偏振光振動(dòng)方向與偏振片透射方向的夾角，實(shí)驗(yàn)中就是檢偏器和起偏器之間的夾角.根據(jù)馬呂斯定律，當(dāng)檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)檢偏器的透射光強(qiáng)度將產(chǎn)生周期性變化，夾角為0度時(shí)，透射光最強(qiáng)，夾角為90度時(shí)，透射光強(qiáng)度為零既消光狀態(tài)，在0度和90度之間時(shí)透射光強(qiáng)度有最大逐漸變?yōu)橄鉅顟B(tài)，這種變化反映在白板上就是明暗的變化.根據(jù)觀察到的透射光強(qiáng)度變化的結(jié)果，就可以區(qū)別光的不同的偏振態(tài).

1.3 傳統(tǒng)偏振光實(shí)驗(yàn)原理圖

圖1 傳統(tǒng)偏振光實(shí)驗(yàn)原理圖

1.4 傳統(tǒng)的偏振光實(shí)驗(yàn)有以下不足

實(shí)驗(yàn)結(jié)果為觀察實(shí)驗(yàn)，使用目測(cè)法，雖方法簡(jiǎn)單，一般只能定性，所得數(shù)據(jù)不能應(yīng)用于其他方面的計(jì)算;實(shí)驗(yàn)結(jié)果只是在白屏上顯示強(qiáng)弱，現(xiàn)象單一，不形象具體，缺少波形圖的直觀性;所觀察的實(shí)驗(yàn)結(jié)果穩(wěn)定性不高［2-3］.

2 改進(jìn)后的偏振光實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

在反復(fù)研究偏振光實(shí)驗(yàn)和近代物理實(shí)驗(yàn)—聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)南京朗博科教儀器研究所生產(chǎn)的SO200型聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀的部件—導(dǎo)軌、半導(dǎo)體激光器、光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x和實(shí)驗(yàn)室常用的示波器、起偏器、檢偏器結(jié)合起來(lái)，用于偏振光實(shí)驗(yàn)，效果良好易于觀察和測(cè)量.半導(dǎo)體激光器輸出的是部分偏振光，經(jīng)起偏器后輸出的更接近于線偏振光.用線陣CCD光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x替代光電接收器(光電池)的優(yōu)點(diǎn)是可以在同一時(shí)刻實(shí)時(shí)的顯示和測(cè)量各入射光的相對(duì)光強(qiáng)分布，進(jìn)而測(cè)得與光強(qiáng)分布相對(duì)應(yīng)的電壓值，對(duì)于光源強(qiáng)度跳變和漂移的影響基本沒有，測(cè)量精度很高.在示波器上測(cè)量顯示外，還可連接電腦來(lái)采集和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).本實(shí)驗(yàn)中光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x光敏元件2592個(gè)，尺寸11*11微米，光敏元件線陣有效長(zhǎng)度為28.67毫米.實(shí)驗(yàn)時(shí)用數(shù)據(jù)線分別連接光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x的同步端和示波器的X軸外同步觸發(fā)端.示波器是揚(yáng)中電子的YB4328普通示波器.

2.2 改進(jìn)后的偏振光實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

圖2 改進(jìn)后的原理圖

通過(guò)檢偏器后的偏振光經(jīng)光強(qiáng)分布測(cè)量?jī)x接收測(cè)量的光強(qiáng)顯示在示波器的縱軸坐標(biāo)上，單位為毫伏(mv).下圖依次為檢偏器和起偏器夾角分別是0°、45°、90°時(shí)的示波器顯示結(jié)果［4］.

圖3 示波器顯示圖

3 結(jié)論

將近代物理實(shí)驗(yàn)—聲光效應(yīng)實(shí)驗(yàn)儀和偏振光這一普通物理實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)新之處在于將示波器用于偏振光實(shí)驗(yàn)，光強(qiáng)變化在示波器屏幕上形象顯示，使偏振光定性實(shí)驗(yàn)變得簡(jiǎn)單易于觀察.充分發(fā)揮現(xiàn)有設(shè)備的效益，提高利用率;在完成偏振光實(shí)驗(yàn)的同時(shí)減掉了光電池的使用，綠色環(huán)保;在完成教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，對(duì)啟發(fā)引導(dǎo)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維有很大的幫助.

［1］艾瑞波.反射起偏實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.高師理科學(xué)刊，2007:3(2):84-86.

［2］姚啟鈞.光學(xué)教程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［3］張訓(xùn)生.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)［M］.杭州:浙江大學(xué)出版社，2004.

［4］王燕濤，姜風(fēng)波.普通物理實(shí)驗(yàn)中偏振光實(shí)驗(yàn)內(nèi)容優(yōu)化［J］.物理通報(bào)，2011(6):57-69.

［責(zé)任編輯:閆昕］

O436.1

A

1004-7077(2015)02-0028-02

2015-01-31

蘇士田(1965-)，男，山東棗莊人，棗莊學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)員，主要從事近代物理和光學(xué)實(shí)驗(yàn)方面的研究.