偏振光實驗報告

1、學生姓名:口， 學 號:指導教師:實驗時間:實驗地點:實驗室名稱:偏振光實驗室偏振光實驗實驗學時:四、實驗原理:光波的振動方向與光波的傳播方向垂直。自然光的振動在垂直與其傳播方向的平面 內，取所有可能的方向；某一方向振動占優(yōu)勢的光叫部分偏振光；只在某一個固定方向振 動的光線叫線偏振光或平面偏振光。將非偏振光（如自然光）變成線偏振光的方法稱為起 偏，用以起偏的裝置或元件叫起偏器。（一）線偏振光的產生1 .非金屬表面的反射和折射n的關系是:光線斜射向非金屬的光滑平面（如水、木頭、玻璃等）時，反射光和折射光都會產生偏 振現(xiàn)象，偏振的程度取決于光的入射角及反射物質的性質。當入射角是某一數(shù)值而反射光為線

2、偏振光時，該入射角叫起偏角。起偏角的數(shù)值a與反射物質的折射率(1)也可以用于測稱為布如斯特定律，如圖1所示。根據(jù)此式，可以簡單地利用玻璃起偏，定物質的折射率。從空氣入射到介質，一般起偏角在53度到58度之間。非金屬表面發(fā)射的線偏振光的振動方向總是垂直于入射面的；透射光是部分偏振光；使用多層玻璃組合成的玻璃堆，能得到很好的透射線偏振光，振動方向平行于入射面的。圖1這些分因而產生2 .偏振片分子型號的偏振片是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長鏈形結構的分子，子平行地排列在同一方向上。這種膠膜只允許垂直于分子排列方向的光振動通過，、【/線偏振光， 如圖2所示。分子型偏振片的有效起偏范圍幾乎可達到

3、的偏振光束，是常用的起偏兀件。180度，用它可得到較寬圖3用作檢偏的儀器叫或元件叫檢偏器。偏振片也可作檢偏器使在垂直光線傳播方向的平面內旋轉偏振 為自然光；（b）鑒別光的偏振狀態(tài)叫檢偏，用。自然光、 部分偏振光和線偏振光通過偏振片時，片時，可觀察到不同的現(xiàn)象如圖3所示，圖中（a表示旋轉，光強不變,表示旋轉，無全暗位置，但光強變化，為部分偏振光； 為線偏振光。（C ）表示旋轉，可找到全暗位置，（二）圓偏振光和橢圓偏振光的產生線偏振光垂直入射晶片，如果光軸平行于晶片的表面，會產生比較特殊的雙折射現(xiàn)這時，非常光 e和尋常光 o的傳播方向是一致的, 位差但速度不同，因而從晶片出射時會產生相.2江Q =

4、(n兒00-ne )d(2)式中0表示單色光在真空中的波長,n。禾口 ne分別為晶體中o光和e光的折射率,晶片厚度。1 .如果晶片的厚度使產生的相位差0=4+ I(2k1)2稱k=0,這樣的晶片為1/4波片，其最小厚度為dmin/.0。線偏振光通過1/4波片后，透射光一般是橢4(no0或n/2時，橢圓偏振光退化為線偏振光。圓偏振光； 當a= n/4時，則為圓偏振光；由此可知，1/4波片可將線偏振光變成橢圓偏振光或圓偏振光;反之，它也可將橢圓偏振光 或圓偏振光變成線偏振光。2.如果晶片的厚度使產生的相差上（2k1）, k=0, 1, 2, ?，這樣的晶片稱為半片,其最小厚度為dmin2(no。如

5、果入射線偏振光的振動面與半波片光軸的交 角為）'=ne,則通過半波片后的光仍為線偏振光,3 .如果晶片的厚度使產生的相差但其振動面相對于入射光的振動面轉過2角。2k , k=1 , 2 , 3, ?，這樣的晶片稱為全波片,其最小厚度為0。從該波片透射的光為線偏振光。dminoe(3)（三）線偏振光通過檢偏器后光強的變化強度為I的線偏振光通過檢偏器后的光強0口=2 8I D I0 COSMalus ）定律，（3）式為馬呂斯（e式中，為線偏振光偏振面和檢偏器主截面的夾角，它表示改變角可以改變透過檢偏器的光強。當起偏器和檢偏器的取向使得通過的光量極大時，稱它們?yōu)槠叫校ù藭r 者的取向使系統(tǒng)射出

6、的光量極小時，稱它們?yōu)檎唬ù藭r° = 90 0）。（四）布儒斯特角 光線斜射向非金屬介質的表面， 角叫起偏角，又稱布儒斯特角。當入射角是某一數(shù)值時，其反射光為線偏振光，該入射atgn2 / n1以自然光入射兩種介質的界面，其反射光和折射光通常都是部分偏振光。五、實驗目的:（一）理解光的各種偏振特性；（二）學會鑒別圓偏振光、線偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光;（三）驗證馬呂斯定律；（四）通過測布儒斯特角求材料的相對折射率。八、實驗內容:（一）觀察起偏和消光現(xiàn)象；（二）鑒別圓偏振光、線偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光;（三）驗證馬呂斯定律；（四）了解 1/4波片和1/2波片的作用；（五）通

7、過測布儒斯特角求材料的相對折射率。Lj、實驗器材（設備、元器件）半導體激光器 個，帶底座玻片片1光學導軌（兩組合用）個，具有測量垂直旋轉角度功能的偏振片1個，布儒斯特角專用旋轉工作臺和轉動支架1條，光強傳感器和相對光強測量儀2個、1/4波片1個和1/2波1個，普通光具座若干，套。八、實驗步驟:進行以下操作時， 到達傳感器的中心。應保證激光束與光學導軌平行，且激光束垂直穿過所有鏡片的圓心，（一）觀察起偏和消光現(xiàn)象。1 .起偏：將激光投射到屏上，在激光束中插入一偏振片，使偏振片在垂直于光束的平 面內轉動，觀察透過光強的變化，并據(jù)此判斷激光束（光源）的偏振情況。2 .消光：在第一片偏振片和屏之間加入

8、第二塊偏振片，將第一塊固定，轉動第二塊偏 振片，觀察現(xiàn)象，能否找到一個消光位置，此時兩偏振片的位置關系怎樣？4. I -T _Io ,為所測得布儒斯特角。由此公式求出相對折射率:（二）驗證馬呂斯定律數(shù)據(jù)記錄表見表1- 1。首先在光源后放上強最強（光電流的讀數(shù)應在 光線垂直通過P2中心，旋轉或180 °，保持 P1不動，旋轉數(shù)據(jù)記錄及分析表見表記下P2的度數(shù)，然后在下此時C1的度數(shù)，然后使次都將 P2逐步旋轉 360 ° ,1- 2。保持P1不動，記下 P1、P2之間插入1/4波片C1,C1由消光位置分別再轉過P1的度數(shù)，旋轉P2到看到消光現(xiàn)象，并使C1轉動到再次出現(xiàn)消光現(xiàn)象

9、，記15 °、30° 45 °、60 °、75 °、90° 時，每象？各次之間有無變化？為什么？并說明各次由觀察其間光強的變化情況，試問能看到幾次光強極大和極小的現(xiàn)C1透出光的偏振性質。P1，使激光束垂直通過P1中心，旋轉 P1使光200- 1500之間），記下P1的角度坐標，再在P1之后加入 P2,使P2到透過之光最強，記下P2的度數(shù)，此時P1和P2的夾角為Q =0 °P2，每隔10 °記錄一次對應的光強值I，直到旋轉180 °。注意6光強測試儀的讀數(shù)與光強成線性關系，但沒有定標，I不代表絕對光強，可以

10、不寫單位。0（三）1/4波片和1/2波片的作用1. 1/4波片的作用:2 . 1/2波片的作用數(shù)據(jù)記錄表見表1- 3。保持P1不動，記下 P1的度數(shù)，旋轉 P2到看到消光現(xiàn)象。在P1和P2之間插入一個1/2波片，將此波片旋轉360 °,能看到幾次消光?（2）光？將1/2波片任意轉過一個角度，破壞消光現(xiàn)象，再將P2旋轉360 ° ,能看到幾次消改變1/2波片的光軸與激光通過P1后偏振方向之間夾角9的數(shù)值，使其分別為30 °、45 °、60 °、75 °、90 °,把P2旋轉360 °尋找消光位置，記錄相應的角度 驗結

11、果，并由此總結出射率(3)1/2波片的作用。（四）通過測布儒斯特角求材料的相對折要測量玻璃的相對折射率，首先要測出空 必須在光 參考圖氣中平面玻璃的布儒斯特角。為此， 具座上安裝旋轉工作臺和轉動支架。1- 1，具體步驟如下:1 .在光具座上裝一個移動座， 專用移動座，并把旋轉支架裝到專用移動座上， 再把旋轉工作臺裝入到專用移動座上，把接收其后再放入屏裝入旋轉支架的末端，把偏振片裝在工作臺 與接收屏之間。P1后偏振方向之間夾角15 °%2，解釋上面實2 .在移動座上裝上光源。并調整反射光、偏振片光軸、接收器光軸在同一平面內。3 .將平面玻璃樣品置于旋轉工作臺中心，并使反射面通過旋轉中心

12、，并用壓片把樣品 磚固定。使反射面垂直于入射光，讀下此時工作臺度數(shù)ioO轉動載物臺以改變入射角，致使反射光為線偏振光，消光現(xiàn)象，讀下此時旋轉工作臺的度數(shù)i1,記錄到表即旋轉接收屏前的偏振片時會出現(xiàn)1- 4。重復3次，取i1平均值。tg I =n 2/n in2=ni tg式中n2為要求的相對折射率，n1為空氣的折射率，值為1。（n1是多少位有效數(shù)字？）九、實驗數(shù)據(jù)及結果分析:0旋轉偏振片，觀察透過光強幾乎看不出明暗變360（一）觀察起偏和消光現(xiàn)象、幾光。（1 ）起偏：在激光束中插入一偏振片， 化，根據(jù)光源判斷已起偏得到偏振360（2）消光：在第一片偏振片和屏之間加入第二塊偏振片，0轉動第二塊偏

13、振片，觀察透繪制出I 和I cos過光強有 2次消光，2次最強的現(xiàn)象，在消光位置，此時兩偏振片的位置相互垂直。（二）驗證馬呂斯定律RP1 =:3020'P2=_3P1和P2之間的夾角 90 °10 ° 20 °30 °40 ° ' 50 °60 °70 °80 °' 90 °光電流1 9797780743693630 丫 5344132408318P1和P2之間的夾角9100 °110 ° 120 °130 °140 °1

14、50 °160 °170 °180 ° '光電流I。30130310470574667731768785計算 cos值 P1和P2之間的夾角 90 °10 °20 °30 °40 °50 °60 °70 °80 °90 °光電流8 I 9797780743693630534413240838cos 81 1.000.9850.9400.8660.7660.6430.5000.3400.174 1 0.0021.000.970 0.8830.7500

15、.5870.4130.2500.117 0.0300.0062曲線圖，并分析曲線的含義。2cos .0 B 00有小變大其值由最大變?yōu)榱阌肿優(yōu)樽畲?，變化形式為光電流I % coscOs2 I0可知道cOs2與I成線性關系。23cos光電流I 和pi和P2之間的夾角 e的關系圖 從圖中可以看出光電流IOP10OP_92 5/ 0C9004波片1C由消光位置分別再轉過0。15。30。45060 075。900（三）1/4波片的作用/1P旋轉02360 光強幾次極大幾次極小各2次5各2次各2次0次各2次各2次各2次各次之間光強變化明顯程度很明顯較明顯不明顯無變化不明顯較明顯很明顯C透出光的偏振性質1

16、線偏振橢圓橢圓圓偏振橢圓橢圓線偏振總結1/4波片的作用:答：1/4波片可將線偏振光變成橢圓偏振光或圓偏振光；反之，它也可將橢圓偏振光或圓偏 振光變成線偏振光（四）1/2波片的作用01 .在P1和P2之間插入一個1/2波片，將此波片旋轉360，能看到幾次消光？請加以解釋。Ct,則通過半a答：能看到四次消光。如果入射線偏振光的振動面與半波片光軸的交角為波片后的光仍為線偏振光，但其振動面相對于入射光的振動面轉過20，又能看到幾次消 2 .將1/2波片任意轉過一個角度，破壞消光現(xiàn)象，再將360光？為什么？角。P2旋轉aa.答：能看到兩次消光。如果入射線偏振光的振動面與半波片光軸的交角為 片后的光仍為線

17、偏振光，但其振動面相對于入射光的振動面轉過0、3 .改變1/2波片的快（或慢）軸與激光振動方向之間夾角15=1=0、450、600、750、900，旋轉 P,302 角。9的數(shù)值，2至寸,則通過半波使其分別為Z表1- 31/2波片數(shù)據(jù)記錄表Z9”消光位置P1=_36（位置1）P2所在的消 光位置9p2 :（位置2）.0 °01260302.15 °/01560332記錄相應的角度/, P2 =/ 30 °0184/?.126 45 °02159 p2。_/ 1/2 波片 /C2=_9560 °0245035064/ 75 °02740

18、937/ 90 °if030301251/2波片的作用。Ct解釋上面實驗結果，并由此總結出2 角。答：如果入射線偏振光的振動面與半波片光軸的交角為，則通過半波片后的光仍為線 偏振光：不改變入射光的偏振性質：但其振動面相對于入射光的振動面轉過”（五）通過測布儒斯特角求材料的相對折射率測量次數(shù)123io2.0 °1.5 °1.0 °十1+=+58.0 °+=59.1 °57.0 °i= i 1- io56.0 °57.6 °56.0 °由公式i=i 1- i o和tgi=n 2/01,求材料的相對折射率和相對誤差。0i1 i i 56.057.656.056.523玻璃材料折射律:2 ni tgi tgi tg 56.51.512相對誤差：Enn - n1.51 -1.45845 測100%100%3.5%1.45845當 =/41/4波片可將線偏振光變成橢圓偏振光或圓偏振光；反之，它也可將橢圓偏振光或圓偏振光變成線偏振a光。3 .掌握了 1/2波片的作用：由實驗數(shù)據(jù)可以看出：如果入射線偏振光的振動面與波片光軸的交角為，則通過半波片后的光仍為線偏振光，4 .