光偏振的研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 / 10福建工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告專(zhuān)業(yè):班級(jí):座號(hào):姓名:日期:實(shí)驗(yàn) 題目物理仿真實(shí)驗(yàn)一一光偏振的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?觀察光的偏振現(xiàn)象，鞏固理論知識(shí)。. 了解產(chǎn)生與檢驗(yàn)偏振光的元件與儀器。.掌握產(chǎn)生與檢驗(yàn)偏振光的條件和方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器：本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)儀器有中央調(diào)節(jié)平臺(tái)和兩臂調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、半導(dǎo)體激光器 實(shí)和電源、格蘭棱鏡、光電倍增管探頭及電源、各種調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及光驗(yàn)電流放大器。報(bào)三、實(shí)驗(yàn)原理:告偏振光的概念和產(chǎn)生：內(nèi)物具有矢量性一一光是一種橫波:容 S E H (K為波面的法線方向，S為光波的能量傳播方向。在各種同性的介質(zhì)中S與K同向。在各向異性的介質(zhì)中S與K不同向)實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 內(nèi) 容圓偏振光橢圓偏原

2、光上：、_ ,4 . / . . & 豺 + A $ 仙 I：”Y . ./j 飛 rV-.* 力、r.-叫 . .,- -. _ . ，_J_- ,. J 一二/八*7 XirSS- 11GjEKjiTr ,wTSjvirarjyj5部分偏振光的五種偏振態(tài)2.改變偏振態(tài)的方法和器件常見(jiàn)的起偏或檢偏的元件構(gòu)成有兩種：.光學(xué)棱鏡。如尼科耳棱鏡、格蘭棱鏡等，它是利用光學(xué)雙折射的 原理制成的；.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長(zhǎng)鏈形結(jié)構(gòu) 分子，這些分子平行排列在同一方向上，此時(shí)膠膜只允許垂直于排列方 向的光振動(dòng)通過(guò)，因而產(chǎn)生線偏振光.馬呂斯定律：馬呂斯在1809年發(fā)現(xiàn)，完全線偏振光通過(guò)

3、檢偏器后 的光強(qiáng)可表示為11 = I 0 cos2 a，其中的 是檢偏器的偏振方向和入射線偏 振光的光矢量振動(dòng)方向的夾角：實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 內(nèi) 容非偏振光線偏振光偏振片本次實(shí)驗(yàn)中我們用兩塊格蘭棱鏡充當(dāng)起偏器和檢偏器，通過(guò)硅光電池的響應(yīng)電流檢測(cè)偏光強(qiáng)度的方法來(lái)驗(yàn)證馬呂斯定律。由于i0r/2, nlsin i0 n2sin r則,sin i 0sin i0n2tani0cosi 0 cosn1若ni為空氣，則tg i 0 = n 2,這樣，當(dāng)介質(zhì)折射率一定時(shí)，i。就唯 一地被確定。實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 內(nèi) 容晶體光學(xué)元件波晶片：又稱(chēng)位相延遲片，是從單軸晶體中切割下來(lái)的平行平面板， 由于波晶片內(nèi)的速度vo

4、,ve不同，所以造成o光和e光通過(guò)波晶片的光 程也不同.當(dāng)兩光束通過(guò)波晶片后o光的位相相對(duì)于e光多延遲了 A =2幾 (no-n i)d/人,若滿足(ne-no)d= 上 X4,即A= N2我們稱(chēng)之為人/4片,若 滿足(ne-no)d= + /2 ,即八=兀，我們稱(chēng)之為乂2片，若滿足(ne-n o)d= 土入，即=2冗我們稱(chēng)之為全波片。實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 內(nèi) 容3 .借助檢偏器和1/4波晶片檢驗(yàn)光的5種偏振態(tài).只用檢偏器（轉(zhuǎn)動(dòng)）：對(duì)于線偏光可以出現(xiàn)極大和消光現(xiàn)象。對(duì)于橢圓偏光和部分偏光可以出現(xiàn)極大和極小現(xiàn)象 對(duì)于圓偏光和非偏光各方向光強(qiáng)不變。.用1/4波晶片和檢偏器（轉(zhuǎn)動(dòng)）：對(duì)于非偏光（自然光）各

5、方向光強(qiáng)不變。對(duì)于圓偏光出現(xiàn)消光現(xiàn)象（原因）。對(duì)于部分偏光仍出現(xiàn)極大和極小現(xiàn)象。對(duì)于橢圓偏光，當(dāng)把1/4波晶片的快慢軸放在光強(qiáng)極大位置時(shí)出現(xiàn) 消光現(xiàn)象(原因)。需要葡嘉光的光路實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告內(nèi) 容本實(shí)驗(yàn)原理共分三項(xiàng)：偏振光原理演示各種相位差的橢圓運(yùn)動(dòng)，可以調(diào)節(jié)X方向和Y方向上的振幅。按下“暫?！辨I可以暫停動(dòng)態(tài)演示，按下“繼續(xù)”鍵可以取消暫停。觀察完畢后，按“返回”鍵退 回主窗口。偏振片性質(zhì)演示沒(méi)有偏振片和兩塊偏振片的透振方向成不同角度下，光波通過(guò)的動(dòng)態(tài)圖象，按下“暫停演示”可以暫停動(dòng)態(tài)的演示。橢圓偏振光演示光波通過(guò)波晶片后的出射的光波的圖象，可以調(diào)節(jié)波晶片的快軸和慢軸的旋轉(zhuǎn)角度。按下“動(dòng)態(tài)演示

6、”鍵后，進(jìn)入三維的動(dòng)態(tài)演示畫(huà)面，在動(dòng)態(tài)畫(huà)面上任意 點(diǎn)擊鼠標(biāo)可以暫?；蚶^續(xù)畫(huà)面的動(dòng)態(tài)演示?？赐瓴ň男再|(zhì)的演示之后，按“返回”鍵回到主窗口。四、實(shí)驗(yàn)步驟：內(nèi)容一：起偏將激光束投射到屏幕上，插入一偏振片。使偏振片在垂直與光束的平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，觀察光強(qiáng)變化，判斷從激光器中出射的光的偏振狀態(tài)。內(nèi)容二：消光在第一片偏振片和屏幕之間加入第二塊偏振片，將第一片固定，旋轉(zhuǎn)第二片，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。是否能找到一個(gè)位置使光完全消失，此時(shí)兩 片偏振片之間有什么關(guān)系？鑒別線偏振光的方法你可以總結(jié)出來(lái)嗎？?jī)?nèi)容三：三塊偏振片的實(shí)驗(yàn)使兩塊偏振片處于消光位置，再在它們之間插入第三塊偏振片，解 釋為什么這時(shí)有光通過(guò)，第三塊偏振片取什

7、么位置時(shí)能使光最強(qiáng)？最弱？?jī)?nèi)容四：圓偏光和橢圓偏振光的產(chǎn)生a.按光路圖使偏振片A和B的偏振軸正交（消光）。然后插入一 片/4波長(zhǎng)片C （實(shí)際實(shí)驗(yàn)中要使光線盡量穿過(guò)元件的中心）。b.以光線為軸先轉(zhuǎn)動(dòng)C使消光，然后使B轉(zhuǎn)過(guò)360度觀察現(xiàn)象。c.再將C從消光位置轉(zhuǎn)過(guò)15、30、45、60、75、90度，每次都 將B轉(zhuǎn)過(guò)360度，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，將上面幾次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄在表中。實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告 內(nèi) 容內(nèi)容五：區(qū)分圓偏振光與自然光；橢圓偏振光與部分偏振光通過(guò)以上手段，可以一般區(qū)分開(kāi)線偏振光和其他狀態(tài)的光，但是對(duì) 圓偏振光與自然光；橢圓偏振光與部分偏振光之間用一片偏振片是無(wú)法 將它們區(qū)分開(kāi)的。如果再提供一片

8、/4波長(zhǎng)片C加在檢偏的偏振片前， 就可以鑒別它們。利用所給的光源和裝置，學(xué)習(xí)自己設(shè)計(jì)方法鑒別不同光源：a.圓偏振光與自然光。b.橢圓偏振光與部分偏振光。c.判斷光源中的圓偏振光為左旋還是右旋。用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言說(shuō)明原理、步驟，記錄觀察的現(xiàn)象，并加以解釋。示光屏回實(shí)驗(yàn)完成之后，可以選擇主菜單中的“返回” 一項(xiàng)，退出實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄和處理:內(nèi)容一、二 ：偏振片P周，透射光強(qiáng)是否變化？P轉(zhuǎn)動(dòng)一周，出現(xiàn)幾次消光？入射光偏振態(tài)放一個(gè)否0未發(fā)生偏振放二個(gè)是4發(fā)生偏振總結(jié)：當(dāng)發(fā)生小光現(xiàn)象時(shí)，兩偏振片間的小孔互相垂直。因此，要 檢測(cè)偏振光，只需檢驗(yàn)該光線是否能夠發(fā)生偏振現(xiàn)象即可。內(nèi)容三:當(dāng)實(shí)驗(yàn)中的兩塊偏

9、振片處于消光狀態(tài)（即小孔互相垂直時(shí)），在此 二塊偏振片間加入第三塊偏振片時(shí)，隨著小孔角度的改變，光屏上會(huì)呈 一定規(guī)律地出現(xiàn)光線。規(guī)律：當(dāng)中間的偏振片小孔與其他任一偏振片小孔平行時(shí)，光屏上 的光線完全消失；當(dāng)中間偏振片小孔與其他小孔成一定角度時(shí)，光屏上 有光線；當(dāng)中間小孔與其他偏振片小孔均成 45的時(shí)候，光屏上光線強(qiáng) 度最大。內(nèi)容四:1/4玻片轉(zhuǎn)角P2周，透射光強(qiáng)是否變化？P2周，出現(xiàn)幾次消光？入射光偏振態(tài)0是2發(fā)生偏振15是0發(fā)生偏振30是0發(fā)生偏振45 0否0未發(fā)生偏振60是0發(fā)生偏振75 0是0發(fā)生偏振90 0是2發(fā)生偏振內(nèi)容五：仿造本實(shí)驗(yàn)中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、二、三步驟對(duì)各組光源進(jìn)行檢驗(yàn)，根

10、據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)判斷光源是否屬于偏振光。六、光的偏振的應(yīng)用：.在攝影鏡頭前加上偏振鏡消除反光在拍攝表面光滑的物體，如玻璃器皿、水面、陳列櫥柜、油漆 表面、塑料表面等，常常會(huì)出現(xiàn)耀斑或反光，這是由于光線的偏振 而引起的。在拍攝時(shí)加用偏振鏡，并適當(dāng)?shù)匦D(zhuǎn)偏振鏡面，能夠阻 擋這些偏振光，借以消除或減弱這些光滑物體表面的反光或亮斑。 要通過(guò)取景器一邊觀察一邊轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面，以便觀察消除偏振光的效果。當(dāng)觀察到被攝物體的反光消失時(shí)，既可以停止轉(zhuǎn)動(dòng)鏡面。.攝影時(shí)控制天空亮度，使藍(lán)天變暗。由于藍(lán)天中存在大量的偏振光，所以用偏振鏡能夠調(diào)節(jié)天空的 亮度，加用偏振鏡以后，藍(lán)天變的很暗，突出了藍(lán)天中的白云。偏 振鏡是灰色的，所以在黑白和彩色攝影中均可以使用。.使用偏振鏡看立體電影在觀看立體電影 時(shí)，觀眾要戴上一副特制的眼鏡 ，這副眼鏡就是 一對(duì)透振方向互相垂直的偏振片。當(dāng)然，實(shí)際放映立體電影是用一個(gè)鏡頭 ，兩套圖象交替地印在同 一電影膠片上，還需要一套復(fù)雜的裝置.光在山生中的傳播與偏振現(xiàn)象密切相關(guān)，利用偏振現(xiàn)象可了解 晶體的光學(xué)特性，制造用于測(cè)量的光學(xué)器件，以及提供諸如巖礦鑒 定、光測(cè)彈性及激光調(diào)制等技術(shù)手段。