偏振光实验报告

实验报告姓名：高阳班级：F0703028学号：5070309013实验成绩：同组姓名：王雪峰实验日期：2008-3-3指导老师：助教10批阅日期：偏振光学实验【实验目的】1.观察光的偏振现象,验证马吕斯定律2.了解1/2波片,1/4波片的作用3.掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测.【实验原理】1．光的偏振性光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图１）。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。2．偏振片虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。）。偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。3.马吕斯定律设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=ɑ，强度I=，I=ɑ=Ｉɑ=ɑ式中为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。这就是１８０９年马吕斯在实验中发现的，所以称马吕斯定律。显然，以光线传播方向为轴，转动检偏器时，透射光强度Ｉ将发生周期变化。若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值部位０。若光强完全不变化，则入射光是自然光或圆偏振光。这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2波片和1/4波片的作用当平面偏振光同过1/2波片后，产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的夹角为2ɑ（ɑ为入射光振动面与波片光轴的夹角，下同）；当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与ɑ相关：ɑ=0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。ɑ=时：出射光为振动方向垂直1/4波片光轴的平面偏振光。ɑ=时：出射光为圆偏振光。ɑ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。我们使平面偏振光通过1/2波片，1/4波片，产生各种性质的偏振光，来研究它们的性质以及它们之间的关系。原始数据记录表1验证马吕斯定律偏振片初始角度为218度从表中可知,当偏振片角度余弦的平方值相同时,光电流值也基本保持相同,这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。下面我们取表格中的前一半数据(即一组不同的角度和其对应得光电流值作图)，来观察其关系偏振片角度90847872666054484236角度余弦值00.0110.0430.0950.1650.2500.3450.4480.5520.655光电流强度00715274054698498偏振片角度3024181260-6-12-18-24角度余弦值0.7500.8350.9050.9570.98910.9890.9570.9050.835光电流强度111122130135137139139138132123偏振片角度-30-36-42-48-54-60-66-72-78-84角度余弦值0.7500.6550.5520.4480.3450.2500.1650.0950.0430.011光电流强度1109883685439261570从图中可见，光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系，这也就验证了马吕斯定律。2.线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用1/2波片转过角度初始102030405060708090检偏器A转过角度0202120202020201920由此可见,为达到消光,检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。而若检偏器固定,将1/2波片转过360度,会观察到两次消光；同样地,若1/2波片固定,将检偏器转过360度,同样会观察到两次消光。由此可见,线偏振光通过1/2波片后,它仍是线偏振光,只是发生了角度的改变而已。3．用1/4波片产生圆偏振光和椭圆偏振光。波片转20度时下面通过作图，来观察二者的关系检偏器角度01020304050607080光电流强度273646566572767774检偏器角度90100110120130140150160170光电流强度686050403124201921检偏器角度180190200210220230240250260光电流强度273545556471767774检偏器角度270280290300310320330340350光电流强度686050403124201921波片转45度时检偏器角度01020304050607080光电流强度464138353434364044检偏器角度90100110120130140150160170光电流强度495357596160585551检偏器角度190200210220230240250260270光电流强度464138353434364044检偏器角度280290300310320330340350360光电流强度495357596161595551此图像与圆偏振光比较可知，1/4波片转角为时，产生的是圆偏振光。将此图像与上一图像进行比较，即将1/4波片转20度与转40度时的图像进行比较：可知45度时光电流强度的最大值较小，最小值较大，最大值与最小值之差减小了。而且45度与20度时产生极值的角度值发生了变化。这些都是由于1/4波片角度发生了改变，使合成的偏振状态也发生了改变。【分析讨论】1．实验中获得的数据与理想情况还是有一定的误差。因为在实验室中，许多组实验在同时进行，光是很敏感的，自己的仪器受其他实验产生的光的影响还是很大的。我们在实验尽量挡住其他方向来的光，这样使实验结果趋于理想。2．关于实验中零点的取值：我们在实验中发现有连续的好几个数据点的值都是0，这样就不好选取0点，所以就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统计数据时发现有时这个0点的选取还是有偏差的，所以在实验报告中对个别零点进行了调整。【思考题】1.答：当ɑ√时，透射光是入射自然光强的1/3；当ɑ√时，透射光是最大透射光强的1/3，因为最大透射光强就是入射自然光强。2.答：在相互正交的偏振片和中间插进一块1/4波片，使其光轴跟起偏器的光轴平行，那么透过起偏器的光斑是暗的,因为通过后的出射光为振动方向平行1/4波片光轴得平面，即平行于的光轴。将转动90度后，光斑变成亮的，因为这时的光轴与的光轴也平行了。3.答：在第二题中如果用1/2波片代替1/4波片，结果是相同的。