自動偏振光實驗

1、大學(xué)物理創(chuàng)新性實驗自動偏振光演示 學(xué)院：信息科學(xué)與工程學(xué)院班級：電子信息工程 姓名：王一妍 目錄實驗?zāi)康膶嶒炛攸c實驗難點實驗原理實驗步驟實驗注意事項偏振光應(yīng)用實驗總結(jié)實驗?zāi)康?1、利用偏振光實驗系統(tǒng)研究偏振光的性質(zhì)和規(guī)律 2、學(xué)會圓偏振光實驗系統(tǒng)的使用方法 3、掌握圓偏振光的產(chǎn)生方法實驗重點：圓偏振光和線偏振光的產(chǎn)生原理實驗難點：圓偏振光的調(diào)節(jié)過程。實驗原理1、偏振光：（1）定義振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做偏振，它是橫波區(qū)別于其他縱波的一個最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。光波是電磁波，因此，光波的傳播方向就是電磁波的傳播方向。光波中的電振動矢量E和磁振動矢量H都與傳播速度v垂直，因此

2、光波是橫波，它具有偏振性。具有偏振性的光則稱為偏振光。（2）分類偏振光是指偏振光是指光矢量的振動方向不變，或具有某種規(guī)則地變化的光波。按照其性質(zhì),偏振光又可分為平面偏振光（線偏振光）、圓偏振光和橢圓偏振光、部分偏振光幾種。如果光波電矢量的振動方向只局限在一確定的平面內(nèi)，則這種偏振光稱為平面偏振光，若軌跡在傳播過程中為一直線，故又稱線偏振光。如果光波偏振光電矢量隨時間作有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形,則稱為圓偏振光或橢圓偏振光。如果光波電矢量的振動在傳播過程中只是在某一確定的方向上占有相對優(yōu)勢，這種偏振光就稱為部分偏振光。2、線偏振光：（1）定義在光的傳播方

3、向上，光矢量只沿一個固定的方向振動，這種光稱為平面偏振光引，由于光矢量端點的軌跡為一直線，又叫做線偏振光。光矢量的方向和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動面。線偏振光的振動面固定不動，不會發(fā)生旋轉(zhuǎn)。極大多數(shù)光源都不發(fā)射線偏振光而發(fā)射自然光，需要經(jīng)過下列措施才能獲得線偏振光。（2）獲得方法從自然光中獲得線偏振光的過程，稱為起偏。獲得線偏振光的方法有以下幾種：a.反射及折射產(chǎn)生的線偏光b.由二向色性產(chǎn)生的線偏光c.雙折射晶體產(chǎn)生的線偏光3、圓偏振光（1）定義光的電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上描繪的軌跡為一圓的偏振光，在橢圓偏振光圖1的裝置中,如果入射平面偏振光的振動平面跟晶體表面的光軸方向所成的

4、角度45°，于是在晶體內(nèi) o光和 e光有相等的振幅；當(dāng)它們在晶體產(chǎn)生的位相差為/2的奇數(shù)倍時,則所得合成軌跡呈圓形。4、橢圓偏振光（1）定義 如果光波偏振光電矢量隨時間作有規(guī)則地改變，即電矢量末端軌跡在垂直于傳播方向的平面上呈圓形或橢圓形,則稱為圓偏振光或橢圓偏振光。5、圓偏振光和橢圓偏振光的檢驗1、讓圓或橢圓偏振光透過檢偏器，通過旋轉(zhuǎn)檢偏器觀察能量變化，來確定光的偏振態(tài)。2、將圓偏振或橢圓偏振光變換成線偏振光，再通過馬呂斯定律進(jìn)行檢驗。6、波片波片，又稱為相位延遲片，通常由具有精確厚度的石英、方解石或云母等雙折射晶片做成。其光軸與晶片表面平行，能使互相垂直的兩光振動間產(chǎn)生附加光程差

5、（或相位差）。以線偏振光垂直入射到晶片，其振動方向與晶片光軸夾 角（0、），入射的光振動分解成垂直于光軸（o 振 動）和平行于光軸（e振動）兩個分量，它們對應(yīng)晶片中的 o光和e光。晶片中的o光和e光沿同一方向傳播，但傳播速度不同(折射率不同) ，穿出晶片后兩種光間產(chǎn)生 (n0 ne)d光程差，d為晶片厚度，n0和ne為o光和e光的折射率，兩垂直振動間的相位差為j2（n0ne） d。 兩振動一般合成為橢圓偏振。j2k（k為整數(shù)）時合成為線偏振光；j（2k1）2，且45°時合成為圓偏振光。半波片：線偏振光通過二分之一波片后，仍為線偏振光，但是，其合振動的振動面與入射線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過2

6、。若=45°，則出射光的振動面與原入射光的振動面垂直，也就是說，當(dāng)=45°時，二分之一波片可以使偏振態(tài)旋轉(zhuǎn)90°。二分之一波片還可以和PBS配合使用，旋轉(zhuǎn)二分之一波片。四分之一波片：偏振光的入射振動面與波片光軸的夾角為45°時，通過四分之一波片的光為圓偏振光，反之，當(dāng)圓偏振光經(jīng)過四分之一波片后，則變?yōu)榫€偏振光。當(dāng)光兩次通過四分之一波片時，作用相當(dāng)于一個二分之一波片。四分之一波片還可以和PBS配合使用，實現(xiàn)光隔離器的作用。實驗步驟1、 連接裝置將裝有起偏器的自動X軸旋轉(zhuǎn)架上的電纜連接到電控箱上表示電機1的電機插頭上；將裝有1/4波片的自動X旋轉(zhuǎn)軸上的電纜接

7、到電控箱上標(biāo)識電機2 的電機插頭上；將裝有檢偏器的自動X軸旋轉(zhuǎn)架上的電纜連接到電控箱上標(biāo)識3的電機插頭上，最后將光電接收器的電纜連接到電控箱上的信號1或信號2的插頭上。2、 調(diào)節(jié)光路拿掉1/4波片，控制電機3旋轉(zhuǎn)360度，此時系統(tǒng)進(jìn)入掃描工作狀態(tài)，當(dāng)電機3轉(zhuǎn)過360度之后，主界面出現(xiàn)兩個峰值，調(diào)整儀器至等高，使兩個峰值在同一水平線上，說明光路已經(jīng)調(diào)好。3、 消光調(diào)節(jié)將光路調(diào)好后，繼續(xù)使電機3旋轉(zhuǎn)一周，掃描曲線出現(xiàn)兩明兩暗，暗點角度即是消光角，使電機3處在消光角位置，注在掃描曲線完成后，點擊“數(shù)據(jù)處理/讀取數(shù)據(jù)”，同時按下Ctrl、Alt及或鍵，使窗口出現(xiàn)的豎線移動到消光點，系統(tǒng)將自動給出消光角

8、的角度值和能量值。消光角 181,.50°1/4波片波峰處角度值52.50°141.50°234.00°323.50°能量值0.37250.37200.37350.3750二號電機轉(zhuǎn)角52.50°，141.50°，234.00°或323.50°4、圓偏振光實驗步驟：（1）光路的調(diào)節(jié)：以上實驗結(jié)束后在電機1與電機3之間，將1/4波片放入電機2的X軸旋轉(zhuǎn)架上，轉(zhuǎn)動電機2，使其旋轉(zhuǎn)360度，在主界面上將出現(xiàn)四個峰值，若四個峰值不一樣高則要繼續(xù)調(diào)節(jié)電機2的高度，掃描幾次，直到四個峰值接近一樣高。（2） 消光的調(diào)節(jié)

9、：上述光路調(diào)好后，繼續(xù)使電機2旋轉(zhuǎn)一周，在主界面上將出現(xiàn)四個相近等高的峰值，此時系統(tǒng)仍處在消光狀態(tài)，1/4波片的快軸方向應(yīng)與線偏振光的方向呈45度角，故使四個峰值中的一個移動一周即為能量最高處，相當(dāng)于1/4波片轉(zhuǎn)動45度。（3）圓偏振光的產(chǎn)生：在上述狀態(tài)下選擇電機3，啟動并旋轉(zhuǎn)360度，能得到一條與X軸近似平行的直線，再利用切換坐標(biāo)命令，即將笛卡爾坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系，即得到一個近乎圓形的閉合曲線。5、橢圓偏振光的調(diào)節(jié)：(1). 光路的調(diào)節(jié)(2). 線偏振光實驗結(jié)束后進(jìn)入橢圓偏振光狀態(tài)：線偏振光結(jié)束后按下控制鍵，在彈出的界面中“旋轉(zhuǎn)角”空欄中，輸入一個不等于45度的任意整數(shù)倍的角度，繼續(xù)啟動電

10、機2，使其旋轉(zhuǎn)到某一設(shè)定的角度位置，然后選擇電機3，啟動并使其旋轉(zhuǎn)369度，此時掃描曲線仍是兩峰兩谷，其峰值要低于在光路中不加入1/4波片時，電機3旋轉(zhuǎn)一周掃描曲線出現(xiàn)的兩個峰值，再進(jìn)行坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，即得到橢圓坐標(biāo)曲線。6、圓偏振光結(jié)束后進(jìn)行橢圓偏振光實驗 圓偏振光實驗結(jié)束后，按下控制鍵，然后啟動電動機2，使其1/4波片的快軸與線偏振光的偏振方向的夾角不等于45度。最后啟動電機3并旋轉(zhuǎn)一周，此時掃描曲線仍是兩峰兩谷，再利用切換坐標(biāo)命令，將笛卡爾坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)系，即得到一閉合橢圓型曲線。實驗注意事項1、 保證光路等高，并在一條直線上2、 圓偏振光的調(diào)節(jié)過程中，半波片應(yīng)與其它元件等高3、調(diào)整激光器光源，從而避免激光器光源發(fā)散偏振光的應(yīng)用1.醫(yī)療行業(yè)：如紅外偏振光治療儀；2.眼鏡：偏振光眼鏡3.汽車：前擋風(fēng)玻璃和大燈罩都有偏振片4.立體電影5.LCD液晶屏實驗總結(jié)高中與大學(xué)物理都講到了光的偏振現(xiàn)象以及它的廣泛應(yīng)用，所以我想通過實驗對偏振光有進(jìn)一步的了解。通過對偏振光現(xiàn)象的測量，對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)的分析，得到了與理論計算一致的結(jié)論， 從實