偏振光實(shí)驗(yàn)報告仿真

偏振光實(shí)驗(yàn)報告仿真<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>課程：系另上專業(yè)班級：大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)電信學(xué)院實(shí)驗(yàn)報告物理仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：偏振光實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告日期：2009年11月28日學(xué)號：*******************<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>姓名：*******教師審批簽字1.實(shí)驗(yàn)原理：偏振光原理：按電磁波理論，光是橫波，它的振動方向和光的傳播方向垂直.實(shí)際中最常見的光的偏振態(tài)大體為五種，即自然光、線偏振光、部分偏振光、圓偏娠光和橢圓偏振光.自然光是各方向的振幅相同的光。對自然光而言，它的振動方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)可取所有可能的方向，沒有一個方向占有優(yōu)勢.若把所有方向的光振動都分解到相互垂直的兩個方向上，則在這兩個方向上的振動能量和振幅都相等。線偏振光是在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿一個方向振動。起偏器是將非偏振光變成線偏振光的器件；檢偏器是用于鑒別光的偏振光狀態(tài)的器件。常見的起偏或檢偏的元件構(gòu)成有兩種：偏振片：它是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長鏈形結(jié)構(gòu)分子，這些分子平行排列在同一方向上，此時膠膜只允許垂直于排列方向的光振動通過，因而產(chǎn)生線偏振光.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；3.部分偏振光：除了自然光和線偏振光外，還有一種偏振狀態(tài)介于兩者之間的光.如果用偏振片去檢驗(yàn)這種光的時候，隨著檢偏器透光方向的轉(zhuǎn)動，透射光的強(qiáng)度既不象自然光那樣不變，又不象線偏振光那樣每轉(zhuǎn)900。交替出現(xiàn)強(qiáng)度極大和消光.其強(qiáng)度每轉(zhuǎn)900也交替出現(xiàn)極大和極小，但強(qiáng)度的極小不是0(即不消光)。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，這種光的振動雖然也是各方向都有，但不同方向的振幅大小不同，具有這種特點(diǎn)的光，叫做部分偏損光我們假定波是沿z軸傳播的，在圖中它垂直紙面迎面而系.這時若電矢量按逆時針方向旋轉(zhuǎn)，我們稱為左旋<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>圓偏振光。若順時針旋轉(zhuǎn)，稱為右旋圓偏振光。5.橢圓偏振光電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪的軌跡為一橢圓的光，叫橢圓偏振光。橢圓運(yùn)動也可看成是兩個相互垂直的線偏振光的合成，只是它們的振幅不等，或位相差不等于士n/2。橢圓長、短軸的大小和取向，與振幅Ax,Ay和位相差都有關(guān)系?？梢钥闯鼍€偏振光和圓偏振光都是橢圓偏振光的特例，常用波晶片把橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光。橢圓偏振光退化為圓偏振光的條件是：Ax=Ay和=±n/2。橢圓偏振光退化為線偏振光的條件是：Ax=0，或Ay=0，或=0，士n。橢圓偏振光也有左、右旋之分，其定義與前面圓偏振光的定義相同。波晶片：又稱位相延遲片，是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，由于波晶片內(nèi)的速度vo,ve不同，所以造成o光和e光通過波晶片的光程也不同.當(dāng)兩光束通過波晶片后o光的位相相對于e光多延遲了△=2n(n0-n1)d/入，若滿足(ne-no)d=±X/4，即△二士n/2我們稱之為X/4片，若滿足(ne-no)d=±X/2，即△二士n，我們稱之為X/2片，若滿足(ne-no)d二士入，即A=2n我們稱之為全波片。布儒斯特定律：自然光以任意入射角i入射于兩種各向同性的透明介質(zhì)的分界面商。一般情況下，反射光和入射光分別是部分偏振光，垂直于入射面振蕩的電矢量在反射光中占主要地位。在入射面上振蕩的電矢量在折射光中占主要地位。有一特殊入射角b,當(dāng)i=b時，反射光線垂直于折射光線（i+b=n/2），反射光變成完全偏振光。該現(xiàn)象最早在1815年為布儒斯特所發(fā)現(xiàn)，我們稱之為布儒斯特定律，b叫做布儒斯特角，滿足下列方程：其中n1，n2是相鄰兩種媒質(zhì)的折射率。<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>改變射向晶體的入射光線的方向，可以找到一個確定的方向，沿著這一方向，o光和e光傳播速度相等，折射率相同，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這個方向叫做光軸。只有一個光軸的晶體叫做單軸晶體（如方解石、石英等），有兩個光軸的晶體稱為雙軸晶體（如云母、硫磺等）。包含光軸和任一光線的平面，稱做對應(yīng)于該光線的主平面。O光的電矢量的振動方向垂直于主平面。e光電矢量的振動方向在它的主平面內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)用來獲得偏振光的儀器叫做格蘭棱鏡。格蘭棱鏡是由兩面三塊方解石棱鏡構(gòu)成的，二棱鏡間的空氣隙，方解石的光軸平行于棱鏡的棱。自然光垂直于界面射入棱鏡后分為o光和e光，。光在空氣隙上全反射，只有e光透過棱鏡射出馬呂斯定律：馬呂斯在1809年發(fā)現(xiàn)，完全線偏振光通過檢偏器后的光強(qiáng)可表示為I1=I0cos2a其中的a是檢偏器的偏振方向和入射線偏振光的光矢量振動方向的夾角：實(shí)驗(yàn)儀器：半導(dǎo)體激光器，起偏器，檢偏器，1/4波片，光電探測器，光電探測器臺，光電流放大器，光屏，光具座。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)馬呂斯定律測定光電池的線性響應(yīng)：<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>P1:起偏器，方位不變P2：檢偏器，改變其方位以得到不同強(qiáng)度的偏振光，用來測定硅光電池的線性響應(yīng)B：分束板，使激光器的光束部分投射(10)，部分反射(I1)D1：光源光強(qiáng)監(jiān)視器，包括硅光電池及光電流檢測裝置，用以I0的變化。D2：當(dāng)P2方位變化時，偏振光強(qiáng)I2依照馬呂斯定律改變，I2的變化將由D2測定。測量數(shù)據(jù)：WeiiI2I1，I2:D1，D2的光電流讀數(shù)，為起偏器P1后平面偏振光方位與檢偏器P2后平面偏振光方位的夾角。：P2盤讀數(shù)根據(jù)測量結(jié)果，繪出與關(guān)系曲線，是否呈線性關(guān)系。根據(jù)布儒斯特定律測定介質(zhì)的折射率：利用布儒斯特定律時，只能在入射光為P分量(電矢量平行入射面)時，才能得到反射率為零的布儒斯特角。故實(shí)驗(yàn)分為兩步進(jìn)行：確定起偏器的方位，在此方位使入射到樣品表面的入射光(即起偏后的偏振光)的偏振方向恰好為P分量。實(shí)驗(yàn)方法如下：P1在某一方位時，轉(zhuǎn)動樣品面使反射光的反射角在50。?60o之間，移動光屏使得反射光點(diǎn)落于其上，仔細(xì)觀察光屏上反射光的強(qiáng)弱變化。選定出射光點(diǎn)最暗的某一位置做下一步調(diào)整。然后旋轉(zhuǎn)P1的角度，觀察光屏上反射光點(diǎn)的亮暗變化。找到一個光點(diǎn)最暗的P1方位角。再依次重復(fù)1，2的步驟，知道反射光強(qiáng)近于零。此時P1的方位角恰好使出射平面偏振光與入射平面相重合，即為P分量。根據(jù)布儒斯特定律確定介質(zhì)材料的折射率。<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>實(shí)驗(yàn)光路圖如上所示，P1應(yīng)在P分量的起偏方位上。調(diào)整樣品的方位，使樣品反射面中央部分恰好位于樣品臺的旋轉(zhuǎn)中心上。當(dāng)=0時，反射光應(yīng)沿著入射光防線返回，不得偏離。旋轉(zhuǎn)樣品臺，改變I0的入射角：同時旋轉(zhuǎn)動臂由光電它測器D2測量反射光Ir的強(qiáng)度。反射角每改變5o?10o,讀一次Ir,同時記下Ir的數(shù)據(jù)，知道入射角改變到80o為止。在反射最弱的布儒斯特角附近多測幾組數(shù)據(jù)。設(shè)P分的反射率為Rp，則在角時P分量的反射率為：在起偏器和檢偏器中間放入1/4波片，轉(zhuǎn)動P2時，i2()?曲線呈橢圓形，即出射光為橢圓偏振光，當(dāng)1/4波片光軸與入射偏振平面夾角為45o時，出射光為圓偏振光，i2()?曲線是圓形。實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)、難點(diǎn)：：1.理解偏振光的物理本質(zhì)，學(xué)會幾種偏振光的鑒別。2.光電探頭的電流溢出問題。實(shí)驗(yàn)步驟：<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>1.如圖所示連接各實(shí)驗(yàn)原件從左到右依次為光電探測器，偏振片，光電探測器偏振片激光器。光電流放大器(下)2.打開激光器，調(diào)節(jié)光電放大器的零點(diǎn)，由右側(cè)表盤讀數(shù)：I0=27.6|jA移除右側(cè)光電探測器，如圖：移動偏振片角度，分別為20，40，60，80時讀數(shù)如圖：<i>大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)</i>并填表：WeI1I2整理：202026.724.9404026.716.40.58726.716.4606026.77.00.2526.77.0808026.70.80.0326.70.8COS(e)A20.883I