偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、學(xué)生姓名:口， 學(xué) 號(hào):指導(dǎo)教師:實(shí)驗(yàn)時(shí)間:實(shí)驗(yàn)地點(diǎn):實(shí)驗(yàn)室名稱:偏振光實(shí)驗(yàn)室偏振光實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí):四、實(shí)驗(yàn)原理:光波的振動(dòng)方向與光波的傳播方向垂直。自然光的振動(dòng)在垂直與其傳播方向的平面 內(nèi)，取所有可能的方向；某一方向振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)的光叫部分偏振光；只在某一個(gè)固定方向振 動(dòng)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(chǎn)生1 .非金屬表面的反射和折射n的關(guān)系是:光線斜射向非金屬的光滑平面（如水、木頭、玻璃等）時(shí)，反射光和折射光都會(huì)產(chǎn)生偏 振現(xiàn)象，偏振的程度取決于光的入射角及反射物質(zhì)的性質(zhì)。當(dāng)入射角是某一數(shù)值而反射光為線

2、偏振光時(shí)，該入射角叫起偏角。起偏角的數(shù)值a與反射物質(zhì)的折射率(1)也可以用于測(cè)稱為布如斯特定律，如圖1所示。根據(jù)此式，可以簡(jiǎn)單地利用玻璃起偏，定物質(zhì)的折射率。從空氣入射到介質(zhì)，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(dòng)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(dòng)方向平行于入射面的。圖1這些分因而產(chǎn)生2 .偏振片分子型號(hào)的偏振片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)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(dòng)通過(guò)，、【/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(dá)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(nèi)旋轉(zhuǎn)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(guò)偏振片時(shí)，片時(shí)，可觀察到不同的現(xiàn)象如圖3所示，圖中（a表示旋轉(zhuǎn)，光強(qiáng)不變,表示旋轉(zhuǎn)，無(wú)全暗位置，但光強(qiáng)變化，為部分偏振光； 為線偏振光。（C ）表示旋轉(zhuǎn)，可找到全暗位置，（二）圓偏振光和橢圓偏振光的產(chǎn)生線偏振光垂直入射晶片，如果光軸平行于晶片的表面，會(huì)產(chǎn)生比較特殊的雙折射現(xiàn)這時(shí)，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(shí)會(huì)產(chǎn)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(zhǎng),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(chǎn)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(guò)1/4波片后，透射光一般是橢4(no0或n/2時(shí)，橢圓偏振光退化為線偏振光。圓偏振光； 當(dāng)a= n/4時(shí)，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(chǎn)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(dòng)面與半波片光軸的交 角為）'=ne,則通過(guò)半波片后的光仍為線偏振光,3 .如果晶片的厚度使產(chǎn)生的相差但其振動(dòng)面相對(duì)于入射光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)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(guò)檢偏器后光強(qiáng)的變化強(qiáng)度為I的線偏振光通過(guò)檢偏器后的光強(qiáng)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(guò)檢偏器的光強(qiáng)。當(dāng)起偏器和檢偏器的取向使得通過(guò)的光量極大時(shí)，稱它們?yōu)槠叫校ù藭r(shí) 者的取向使系統(tǒng)射出

6、的光量極小時(shí)，稱它們?yōu)檎唬ù藭r(shí)° = 90 0）。（四）布儒斯特角 光線斜射向非金屬介質(zhì)的表面， 角叫起偏角，又稱布儒斯特角。當(dāng)入射角是某一數(shù)值時(shí)，其反射光為線偏振光，該入射atgn2 / n1以自然光入射兩種介質(zhì)的界面，其反射光和折射光通常都是部分偏振光。五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?（一）理解光的各種偏振特性；（二）學(xué)會(huì)鑒別圓偏振光、線偏振光、橢圓偏振光和部分偏振光;（三）驗(yàn)證馬呂斯定律；（四）通過(guò)測(cè)布儒斯特角求材料的相對(duì)折射率。八、實(shí)驗(yàn)內(nèi)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(yàn)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(guò)測(cè)布儒斯特角求材料的相對(duì)折射率。Lj、實(shí)驗(yàn)器材（設(shè)備、元器件）半導(dǎo)體激光器 個(gè)，帶底座玻片片1光學(xué)導(dǎo)軌（兩組合用）個(gè)，具有測(cè)量垂直旋轉(zhuǎn)角度功能的偏振片1個(gè)，布儒斯特角專用旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)支架1條，光強(qiáng)傳感器和相對(duì)光強(qiáng)測(cè)量?jī)x2個(gè)、1/4波片1個(gè)和1/2波1個(gè)，普通光具座若干，套。八、實(shí)驗(yàn)步驟:進(jìn)行以下操作時(shí)， 到達(dá)傳感器的中心。應(yīng)保證激光束與光學(xué)導(dǎo)軌平行，且激光束垂直穿過(guò)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(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察透過(guò)光強(qiáng)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(zhuǎn)動(dòng)第二塊偏 振片，觀察現(xiàn)象，能否找到一個(gè)消光位置，此時(shí)兩偏振片的位置關(guān)系怎樣？4. I -T _Io ,為所測(cè)得布儒斯特角。由此公式求出相對(duì)折射率:（二）驗(yàn)證馬呂斯定律數(shù)據(jù)記錄表見(jiàn)表1- 1。首先在光源后放上強(qiáng)最強(qiáng)（光電流的讀數(shù)應(yīng)在 光線垂直通過(guò)P2中心，旋轉(zhuǎn)或180 °，保持 P1不動(dòng)，旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)記錄及分析表見(jiàn)表記下P2的度數(shù)，然后在下此時(shí)C1的度數(shù)，然后使次都將 P2逐步旋轉(zhuǎn) 360 ° ,1- 2。保持P1不動(dòng)，記下 P1、P2之間插入1/4波片C1,C1由消光位置分別再轉(zhuǎn)過(guò)P1的度數(shù)，旋轉(zhuǎn)P2到看到消光現(xiàn)象，并使C1轉(zhuǎn)動(dòng)到再次出現(xiàn)消光現(xiàn)象

9、，記15 °、30° 45 °、60 °、75 °、90° 時(shí)，每象？各次之間有無(wú)變化？為什么？并說(shuō)明各次由觀察其間光強(qiáng)的變化情況，試問(wèn)能看到幾次光強(qiáng)極大和極小的現(xiàn)C1透出光的偏振性質(zhì)。P1，使激光束垂直通過(guò)P1中心，旋轉(zhuǎn) P1使光200- 1500之間），記下P1的角度坐標(biāo)，再在P1之后加入 P2,使P2到透過(guò)之光最強(qiáng)，記下P2的度數(shù)，此時(shí)P1和P2的夾角為Q =0 °P2，每隔10 °記錄一次對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)值I，直到旋轉(zhuǎn)180 °。注意6光強(qiáng)測(cè)試儀的讀數(shù)與光強(qiáng)成線性關(guān)系，但沒(méi)有定標(biāo)，I不代表絕對(duì)光強(qiáng)，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(jiàn)表1- 3。保持P1不動(dòng)，記下 P1的度數(shù)，旋轉(zhuǎn) P2到看到消光現(xiàn)象。在P1和P2之間插入一個(gè)1/2波片，將此波片旋轉(zhuǎn)360 °,能看到幾次消光?（2）光？將1/2波片任意轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，破壞消光現(xiàn)象，再將P2旋轉(zhuǎn)360 ° ,能看到幾次消改變1/2波片的光軸與激光通過(guò)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(zhuǎn)360 °尋找消光位置，記錄相應(yīng)的角度 驗(yàn)結(jié)

11、果，并由此總結(jié)出射率(3)1/2波片的作用。（四）通過(guò)測(cè)布儒斯特角求材料的相對(duì)折要測(cè)量玻璃的相對(duì)折射率，首先要測(cè)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(zhuǎn)工作臺(tái)和轉(zhuǎn)動(dòng)支架。1- 1，具體步驟如下:1 .在光具座上裝一個(gè)移動(dòng)座， 專用移動(dòng)座，并把旋轉(zhuǎn)支架裝到專用移動(dòng)座上， 再把旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)裝入到專用移動(dòng)座上，把接收其后再放入屏裝入旋轉(zhuǎn)支架的末端，把偏振片裝在工作臺(tái) 與接收屏之間。P1后偏振方向之間夾角15 °%2，解釋上面實(shí)2 .在移動(dòng)座上裝上光源。并調(diào)整反射光、偏振片光軸、接收器光軸在同一平面內(nèi)。3 .將平面玻璃樣品置于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)中心，并使反射面通過(guò)旋轉(zhuǎn)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(shí)工作臺(tái)度數(shù)ioO轉(zhuǎn)動(dòng)載物臺(tái)以改變?nèi)肷浣?，致使反射光為線偏振光，消光現(xiàn)象，讀下此時(shí)旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的度數(shù)i1,記錄到表即旋轉(zhuǎn)接收屏前的偏振片時(shí)會(huì)出現(xiàn)1- 4。重復(fù)3次，取i1平均值。tg I =n 2/n in2=ni tg式中n2為要求的相對(duì)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析:0旋轉(zhuǎn)偏振片，觀察透過(guò)光強(qiáng)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(zhuǎn)動(dòng)第二塊偏

13、振片，觀察透繪制出I 和I cos過(guò)光強(qiáng)有 2次消光，2次最強(qiáng)的現(xiàn)象，在消光位置，此時(shí)兩偏振片的位置相互垂直。（二）驗(yàn)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(jì)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(guān)系。23cos光電流I 和pi和P2之間的夾角 e的關(guān)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(zhuǎn)過(guò)0。15。30。45060 075。900（三）1/4波片的作用/1P旋轉(zhuǎn)02360 光強(qiáng)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(qiáng)變化明顯程度很明顯較明顯不明顯無(wú)變化不明顯較明顯很明顯C透出光的偏振性質(zhì)1

16、線偏振橢圓橢圓圓偏振橢圓橢圓線偏振總結(jié)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(gè)1/2波片，將此波片旋轉(zhuǎn)360，能看到幾次消光？請(qǐng)加以解釋。Ct,則通過(guò)半a答：能看到四次消光。如果入射線偏振光的振動(dòng)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(dòng)面相對(duì)于入射光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)20，又能看到幾次消 2 .將1/2波片任意轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，破壞消光現(xiàn)象，再將360光？為什么？角。P2旋轉(zhuǎn)aa.答：能看到兩次消光。如果入射線偏振光的振動(dòng)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(dòng)面相對(duì)于入射光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)0、3 .改變1/2波片的快（或慢）軸與激光振動(dòng)方向之間夾角15=1=0、450、600、750、900，旋轉(zhuǎn) P,302 角。9的數(shù)值，2至寸,則通過(guò)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(yīng)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(shí)驗(yàn)結(jié)果，并由此總結(jié)出2 角。答：如果入射線偏振光的振動(dòng)面與半波片光軸的交角為，則通過(guò)半波片后的光仍為線 偏振光：不改變?nèi)肷涔獾钠裥再|(zhì)：但其振動(dòng)面相對(duì)于入射光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)”（五）通過(guò)測(cè)布儒斯特角求材料的相對(duì)折射率測(cè)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(duì)折射率和相對(duì)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(duì)誤差：Enn - n1.51 -1.45845 測(cè)100%100%3.5%1.45845當(dāng) =/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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出：如果入射線偏振光的振動(dòng)面與波片光軸的交角為，則通過(guò)半波片后的光仍為線偏振光，4 .