偏振光实验报告.docx

实验报告偏振光学实验【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）。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，透过起偏器的线偏振光振幅为A0，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=A0cos，强度I=A2，I=A02cos2=02cos2=cos2 式中I0为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。这就是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。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2（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相关： = 0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。 = 2时：出射光为振动方向垂直1/4波片光轴的平面偏振光。 = 4时：出射光为圆偏振光。 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度偏振片角度 90847872666054484236角度余弦值200.0110.0430.0950.1650.2500.3450.4480.5520.655光电流强度0 0715274054698498偏振片角度3024181260-6-12-18-24角度余弦值20.7500.8350.9050.9570.98910.9890.9570.9050.835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20.7500.6550.5520.4480.3450.2500.1650.0950.0430.011光电流强度1109883685439261570 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 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273545 556471767774检偏器角度270280290300310320330340350光电流强度686050403124201921 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464138353434364044检偏器角度90100110120130140150160170光电流强度495357596160585551检偏器角度190200210220230240250260270光电流强度464138 353434364044检偏器角度280290300310320330340350360光电流强度495357596161595551 波片转45度时 此图像与圆偏振光比较可知，1/4波片转角为 4 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