蘇士田

(棗莊學院機電工程學院，山東棗莊277160)

偏振光實驗的改進

蘇士田

(棗莊學院機電工程學院，山東棗莊277160)

基于偏振光實驗和聲光效應(yīng)實驗的基本原理，將聲光效應(yīng)實驗的導軌、半導體激光器、光強分布測量儀和示波器、起偏器、檢偏器結(jié)合起來，對偏振光實驗進行改進，改進后的實驗裝置便于觀察，成像效果明顯.

偏振光;聲光效應(yīng);實驗改進①

1 傳統(tǒng)的偏振光實驗

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，光的電場矢量E和磁場矢量H互相垂直，并且都和光的傳播方向垂直.光對人及動物的眼睛和其他感光器件起主要作用的是電場矢量E.光在傳播過程中，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狀態(tài)，這樣的各種振動狀態(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

偏振光的觀察和檢測，最普遍和最常見的就是利用鈉光燈、起偏器、檢偏器和白板來進行實驗和觀察.對于線偏振光，馬呂斯定律認為，強度為I0的線偏振光通過理想偏振片后透射光的強度為I=I0cos2θ，θ是入射偏振光振動方向與偏振片透射方向的夾角，實驗中就是檢偏器和起偏器之間的夾角.根據(jù)馬呂斯定律，當檢偏器轉(zhuǎn)動時，通過檢偏器的透射光強度將產(chǎn)生周期性變化，夾角為0度時，透射光最強，夾角為90度時，透射光強度為零既消光狀態(tài)，在0度和90度之間時透射光強度有最大逐漸變?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)偏振光實驗原理圖

圖1 傳統(tǒng)偏振光實驗原理圖

1.4 傳統(tǒng)的偏振光實驗有以下不足

實驗結(jié)果為觀察實驗，使用目測法，雖方法簡單，一般只能定性，所得數(shù)據(jù)不能應(yīng)用于其他方面的計算;實驗結(jié)果只是在白屏上顯示強弱，現(xiàn)象單一，不形象具體，缺少波形圖的直觀性;所觀察的實驗結(jié)果穩(wěn)定性不高［2-3］.

2 改進后的偏振光實驗

2.1 實驗儀器

在反復研究偏振光實驗和近代物理實驗—聲光效應(yīng)實驗的基礎(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)實驗儀的部件—導軌、半導體激光器、光強分布測量儀和實驗室常用的示波器、起偏器、檢偏器結(jié)合起來，用于偏振光實驗，效果良好易于觀察和測量.半導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光強分布測量儀替代光電接收器(光電池)的優(yōu)點是可以在同一時刻實時的顯示和測量各入射光的相對光強分布，進而測得與光強分布相對應(yīng)的電壓值，對于光源強度跳變和漂移的影響基本沒有，測量精度很高.在示波器上測量顯示外，還可連接電腦來采集和處理實驗數(shù)據(jù).本實驗中光強分布測量儀光敏元件2592個，尺寸11*11微米，光敏元件線陣有效長度為28.67毫米.實驗時用數(shù)據(jù)線分別連接光強分布測量儀的同步端和示波器的X軸外同步觸發(fā)端.示波器是揚中電子的YB4328普通示波器.

2.2 改進后的偏振光實驗原理和實驗結(jié)果圖

圖2 改進后的原理圖

通過檢偏器后的偏振光經(jīng)光強分布測量儀接收測量的光強顯示在示波器的縱軸坐標上，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

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

［1］艾瑞波.反射起偏實驗的改進［J］.高師理科學刊，2007:3(2):84-86.

［2］姚啟鈞.光學教程［M］.北京:高等教育出版社，2002.

［3］張訓生.大學物理實驗［M］.杭州:浙江大學出版社，2004.

［4］王燕濤，姜風波.普通物理實驗中偏振光實驗內(nèi)容優(yōu)化［J］.物理通報，2011(6):57-69.

［責任編輯:閆昕］

O436.1

A

1004-7077(2015)02-0028-02

2015-01-31

蘇士田(1965-)，男，山東棗莊人，棗莊學院機電工程學院實驗員，主要從事近代物理和光學實驗方面的研究.