偏振光实验的改进

苏士田

(枣庄学院机电工程学院，山东枣庄277160)

偏振光实验的改进

苏士田

(枣庄学院机电工程学院，山东枣庄277160)

基于偏振光实验和声光效应实验的基本原理，将声光效应实验的导轨、半导体激光器、光强分布测量仪和示波器、起偏器、检偏器结合起来，对偏振光实验进行改进，改进后的实验装置便于观察，成像效果明显.

偏振光;声光效应;实验改进①

1 传统的偏振光实验

1.1 偏振光

光的电磁理论中，光作为电磁波，是一种传播者的电磁场，光的电场矢量E和磁场矢量H互相垂直，并且都和光的传播方向垂直.光对人及动物的眼睛和其他感光器件起主要作用的是电场矢量E.光在传播过程中，光矢量E在垂直于光的传播方向的平面内，还有各种不同的振动状态，这样的各种振动状态称为光的偏振.光的偏振态有自然光、部分偏振光、线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光.

1.2 偏振光的检测

偏振光的观察和检测，最普遍和最常见的就是利用钠光灯、起偏器、检偏器和白板来进行实验和观察.对于线偏振光，马吕斯定律认为，强度为I0的线偏振光通过理想偏振片后透射光的强度为I=I0cos2θ，θ是入射偏振光振动方向与偏振片透射方向的夹角，实验中就是检偏器和起偏器之间的夹角.根据马吕斯定律，当检偏器转动时，通过检偏器的透射光强度将产生周期性变化，夹角为0度时，透射光最强，夹角为90度时，透射光强度为零既消光状态，在0度和90度之间时透射光强度有最大逐渐变为消光状态，这种变化反映在白板上就是明暗的变化.根据观察到的透射光强度变化的结果，就可以区别光的不同的偏振态.

1.3 传统偏振光实验原理图

图1 传统偏振光实验原理图

1.4 传统的偏振光实验有以下不足

实验结果为观察实验，使用目测法，虽方法简单，一般只能定性，所得数据不能应用于其他方面的计算;实验结果只是在白屏上显示强弱，现象单一，不形象具体，缺少波形图的直观性;所观察的实验结果稳定性不高［2-3］.

2 改进后的偏振光实验

2.1 实验仪器

在反复研究偏振光实验和近代物理实验—声光效应实验的基础上，发现南京朗博科教仪器研究所生产的SO200型声光效应实验仪的部件—导轨、半导体激光器、光强分布测量仪和实验室常用的示波器、起偏器、检偏器结合起来，用于偏振光实验，效果良好易于观察和测量.半导体激光器输出的是部分偏振光，经起偏器后输出的更接近于线偏振光.用线阵CCD光强分布测量仪替代光电接收器(光电池)的优点是可以在同一时刻实时的显示和测量各入射光的相对光强分布，进而测得与光强分布相对应的电压值，对于光源强度跳变和漂移的影响基本没有，测量精度很高.在示波器上测量显示外，还可连接电脑来采集和处理实验数据.本实验中光强分布测量仪光敏元件2592个，尺寸11*11微米，光敏元件线阵有效长度为28.67毫米.实验时用数据线分别连接光强分布测量仪的同步端和示波器的X轴外同步触发端.示波器是扬中电子的YB4328普通示波器.

2.2 改进后的偏振光实验原理和实验结果图

图2 改进后的原理图

通过检偏器后的偏振光经光强分布测量仪接收测量的光强显示在示波器的纵轴坐标上，单位为毫伏(mv).下图依次为检偏器和起偏器夹角分别是0°、45°、90°时的示波器显示结果［4］.

图3 示波器显示图

3 结论

将近代物理实验—声光效应实验仪和偏振光这一普通物理实验结合起来，创新之处在于将示波器用于偏振光实验，光强变化在示波器屏幕上形象显示，使偏振光定性实验变得简单易于观察.充分发挥现有设备的效益，提高利用率;在完成偏振光实验的同时减掉了光电池的使用，绿色环保;在完成教学任务的同时，对启发引导培养学生的创新思维有很大的帮助.

［1］艾瑞波.反射起偏实验的改进［J］.高师理科学刊，2007:3(2):84-86.

［2］姚启钧.光学教程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［3］张训生.大学物理实验［M］.杭州:浙江大学出版社，2004.

［4］王燕涛，姜风波.普通物理实验中偏振光实验内容优化［J］.物理通报，2011(6):57-69.

［责任编辑:闫昕］

O436.1

A

1004-7077(2015)02-0028-02

2015-01-31

苏士田(1965-)，男，山东枣庄人，枣庄学院机电工程学院实验员，主要从事近代物理和光学实验方面的研究.