全自動(dòng)偏振光實(shí)驗(yàn)儀

楊 睿，胡海濤

(南京林業(yè)大學(xué) 機(jī)械電子工程學(xué)院，江蘇 南京 210037)

當(dāng)自然光在兩種各向同性電介質(zhì)的分界面上反射時(shí)，一般情況下反射光為部分偏振光。當(dāng)反射光線為線偏振光(振動(dòng)方向垂直于入射光線和法線組成的平面)時(shí)，光線的入射角為布儒斯特角。傳統(tǒng)測(cè)定布儒斯特角的方法為通過(guò)手動(dòng)調(diào)節(jié)入射角大小并且人眼在反射光一側(cè)透過(guò)偏振片進(jìn)行觀察，當(dāng)光線最暗時(shí)，入射角即為布儒斯特角。對(duì)于布儒斯特角和偏振光已有很多文章進(jìn)行研究[1-11]。基于傳統(tǒng)測(cè)定布儒斯特角的方法的基本原理，設(shè)計(jì)了一種全自動(dòng)偏振光實(shí)驗(yàn)儀。本文提出的方案無(wú)須通過(guò)手動(dòng)操作，也無(wú)須通過(guò)人眼觀察光強(qiáng)變化，自動(dòng)運(yùn)行測(cè)量出反射介質(zhì)的布儒斯特角并且演示出當(dāng)入射角為布儒斯特角時(shí)反射光的偏振特性。可作為大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的一種教學(xué)演示。

1 實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)原理

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

圖1給出了實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。實(shí)驗(yàn)裝置中：光源放在左側(cè)支架上。偏振片，接收管，光強(qiáng)計(jì)構(gòu)成光線接收裝置。偏振片與光強(qiáng)計(jì)分別位于接收管兩側(cè)中心。接收管構(gòu)造出暗室，避免外界自然光線對(duì)光強(qiáng)計(jì)讀數(shù)產(chǎn)生干擾。電機(jī)3鑲嵌在光線接收裝置后側(cè)，控制偏振片360°旋轉(zhuǎn)。電機(jī)1置于儀器中央底部，電機(jī)1的轉(zhuǎn)動(dòng)軸與轉(zhuǎn)盤(pán)相連，控制轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)2置于轉(zhuǎn)盤(pán)中央，轉(zhuǎn)動(dòng)軸與玻璃板相連，控制玻璃板轉(zhuǎn)動(dòng)。

(a)

(b)圖1 裝置結(jié)構(gòu)示意圖(a)及實(shí)物圖(b)

1.2 布儒斯特角的測(cè)量

設(shè)光線入射角為i，入射光所在介質(zhì)折射率為n1，折射光所在介質(zhì)折射率為n2。……