偏振光的产生和检验

光 学 实 验 期 末小 论 文学院：物 理 与 电 子 科 学 学 院 班级：2013 级 物 理 二 班 学号：2010921204姓名：陈杰偏振光的产生和检验一.摘要：光的偏振是指光的振动方向与光的传播方向的不对称性.偏振现象是证明光为横波的最有力的证据，在科学上具有极其重要的意义。它不但丰富了光的波动说的内容，而且具有重要的应用价值。自然光是各方向的振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振状态的器件。二.关键词：He-Ne激光器，光具座，光靶，光学测角台，偏振片，波片，白屏，CD盒. 自然光。Natural light is the direction of the amplitude of the same light, for natural light, its direction of vibration in the vertical plane in the direction of propagation of light advisable all possible direction, not a direction advantage. If all the direction of light vibration are decomposed to two perpendicular directions, then in the two directions of vibration amplitude and energy are equal. The line is in perpendicular to the direction of propagation of plane polarized light, the light vector only along a fixed direction vibration. The analyzer is unpolarized light is converted into linear polarized device;Partial detector is used to identify the components of light polarization state.三、实验原理1.光的偏振性光波是波长较短的电磁波，电磁波是横波，光波中的电矢量与波的传播方向垂直。光的偏振观象清楚地显示了光的横波性。光大体上有五种偏振态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部分偏振光。而线偏振光和圆偏振光又可看作椭圆偏振光的特例。（1）自然光光是由光源中大量原子或分子发出的。普通光源中各个原子发出的光的波列不仅初相彼此不相关，而且光振动方向也是彼此不相关的，呈随机分布。在垂直于光传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有。平均说来，光矢量具有轴对称而且均匀的分布，各方向光振动的振幅相同，各个振动之间没有固定的相联系，这种光称为自然光或非偏振光，通过自然观的照射，CD盒上会出现显色偏振. （2）线偏振光光矢量只沿一个固定的方向振动时，这种光称为线偏振光，又称为平面偏振光。光矢量的方向和光的传播方向所构成的平面称为振动面，如图（a）所示。线偏振光的振动面是固定不动的，图（b）所示是线偏振光的表示方法，图中短竖线表示光振动在纸面内，点表示光振动垂直于纸面。（3）部分偏振光这是介于线偏振光与自然光之间的一种偏振光，在垂直于这种光的传播方向的平面内，各方向的光振动都有，但它们的振幅不相等，如图（a）所示。这种部分偏振光用数目不等的点和短线表示。在图（b）中，上图表示在纸面内的光振动较强，下图表示垂直纸面的光振动较强。要注意，这种偏振光各方向的光矢量之间也没有固定的相的关系。2. 布儒斯特角当光从折射率为n1的介质（例如空气）入射到折射率为n2的介质（例如玻璃）交界面，而入射角又满足时，反射光即成完全偏振光，其振动面垂直于入射面。iB称布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。显然，B角的大小因相关物质折射率大小而异。若n1表示的是空气折射率，（数值近似等于1）上式可写成3.马吕斯定律如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（如下图），只有相当于它的成份之一的Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成份Ex（=E cos）则被吸收。与此类似，若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为E0 cos（这里是P与A偏振化方向之间的夹角）。由于光强与振幅的平方成正比，可知透射光强I随而变化的关系为这就是马吕斯定律。EXEyE4、实验内容与步骤1.布儒斯特角的测定在光具座上，由氦氖激光器发出的光束擦盘直接入射到立在光学测角台直径上的黑玻璃镜面，先转动测角台，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位，利用滑动座的升降微调装置适当降低角度盘，然后再从入射角为1085范围内寻找反射光束通过检偏器后，光强变到最小（甚至为零）时的角度也可直接用白屏观察）。这里的检偏器是一个能在支架上转动的偏振片，支架锁紧在测角台的转臂上。用检偏器检查任一反射光束，都是偏振光，在改变入射角的过程中，检偏器透振轴指向水平方向（为什么？）。为了更准确的测量，可以选取4864角的入射角范围，根据消光位置找出布儒斯特角。2.马吕斯定律的验证如果光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上，只有相当于它的成分之一的（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成分则被吸收。若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为E0，则透过A的振幅为（这里 是P与A偏振方向之间的夹角）。由于光强与振幅的平方成正比，所以透射光强I随而变化的关系为这就是马吕斯定律。实验内容：让激光束垂直通过起偏器成为偏振光，用检偏器检查时，使两个偏振器的透振方向的夹角在从0转动一周的过程中，用连接光电流放大器的光电探头测量透射光强的相对值I，每10读取一次数据。将数据填入表（二），然后画出I-关系曲线，或将实验数据输入计算机打印出关系曲线。5、数据表格及数据处理（1）.布鲁斯特角8434140255551124551814556504096405640=562157 和理论上基本符合不确定度的计算：（2）.验证马吕斯定律检流计仍放在4档，在测量过程中也不要换档。将起偏器放在光强最强的位置，在管2另一端套上检偏器P2并使竖直方向为0。然后旋转检偏器P2使检流计的光强最小（仍在4档可以调为0）。此时可以认为P1 与P2偏振方向的夹角为90，记录此时P2偏振方向的绝对角度值f、相对角度值q和光强值I，以后每隔10记录一次，直到P1 与P2偏振方向的夹角为-90，I0为 P1 与P2偏振方向的夹角为0时的光强值，作出I/I0cos2q的关系曲线（090，0-90各一条，用最小二乘法求出斜率和截距，根据马吕斯定律斜率应为1，截距应为0，分析实验的误差）。1) -900ThetaIpCos2-9001.06939E-26-8520.0076-806.40.03015-7513.20.06699-70220.11698-6532.20.17861-6044.60.25-5557.60.32899-5071.10.41318-4585.30.5-401000.58682-351130.67101-301260.75-25137.60.82139-20146.80.88302-15154.60.93301-10160.20.96985-5163.30.992401641用Origin线性拟合并分析误差：2) 090ThetaIpCos2016415161.80.992410157.10.9698515150.10.9330120141.30.8830225130.20.8213930118.10.7535104.40.6710140900.586824575.60.55061.40.413185548.20.328996035.70.256523.70.1786170150.11698758.30.066998030.03015850.30.0076900.11.06939E-26用Origin线性拟合并分析误差：6、注意事项1、保护光学元件的光学表