光偏振的研究实验报告

福 建 工 程 学 院实 验 报 告专业： 班级： 座号： 姓名： 日期： 实验题目物理仿真实验光偏振的研究实验报告内容实验报告内容实验报告内容实验报告内容实验报告内容实验报告内容实验报告内容一、 实验目的：1. 观察光的偏振现象，巩固理论知识。2. 了解产生与检验偏振光的元件与仪器。3. 掌握产生与检验偏振光的条件和方法。二、 实验仪器：本实验的实验仪器有中央调节平台和两臂调节机构、半导体激光器和电源、格兰棱镜、光电倍增管探头及电源、各种调节机构以及光电流放大器。三、 实验原理：偏振光的概念和产生：光具有矢量性光是一种横波：（K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。在各种同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向）。2改变偏振态的方法和器件常见的起偏或检偏的元件构成有两种：1.光学棱镜。如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；2.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2，其中的a是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：本次实验中我们用两块格兰棱镜充当起偏器和检偏器，通过硅光电池的响应电流检测偏光强度的方法来验证马吕斯定律。由于则若n1为空气，则tg i0 = n2，这样，当介质折射率一定时，i0就唯一地被确定。波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo ,ve 不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了=2(n0-n1)d/，若满足(ne-no)d=/4，即=/2我们称之为/4片，若满足(ne-no)d=/2，即=，我们称之为/2片，若满足(ne-no)d=，即=2我们称之为全波片。3借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态1. 只用检偏器（转动）： 对于线偏光可以出现极大和消光现象。 对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。 对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。2. 用1/4波晶片和检偏器（转动） ： 对于非偏光（自然光）各方向光强不变。 对于圆偏光出现消光现象（原因）。 对于部分偏光仍出现极大和极小现象。 对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。本实验原理共分三项： (1) 偏振光原理演示各种相位差的椭圆运动，可以调节X方向和Y方向上的振幅。按下“暂停”键可以暂停动态演示，按下“继续”键可以取消暂停。观察完毕后，按“返回”键退回主窗口。 (2) 偏振片性质 演示没有偏振片和两块偏振片的透振方向成不同角度下，光波通过的动态图象，按下“暂停演示”可以暂停动态的演示。 (3) 椭圆偏振光 演示光波通过波晶片后的出射的光波的图象，可以调节波晶片的快轴和慢轴的旋转角度。按下“动态演示”键后，进入三维的动态演示画面，在动态画面上任意点击鼠标可以暂停或继续画面的动态演示。看完波晶片的性质的演示之后，按“返回”键回到主窗口。四、 实验步骤： 内容一：起偏 将激光束投射到屏幕上，插入一偏振片。使偏振片在垂直与光束的平面内旋转，观察光强变化，判断从激光器中出射的光的偏振状态。 内容二：消光 在第一片偏振片和屏幕之间加入第二块偏振片，将第一片固定，旋转第二片，观察实验现象。是否能找到一个位置使光完全消失，此时两片偏振片之间有什么关系？鉴别线偏振光的方法你可以总结出来吗？ 内容三：三块偏振片的实验 使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，解释为什么这时有光通过，第三块偏振片取什么位置时能使光最强？最弱？ 内容四：圆偏光和椭圆偏振光的产生 a. 按光路图使偏振片A和B的偏振轴正交（消光）。然后插入一片l/4波长片C（实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心）。 b. 以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360度观察现象。 c. 再将C从消光位置转过15、30、45、60、75、90度，每次都将B转过360度，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。 内容五：区分圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光 通过以上手段，可以一般区分开线偏振光和其他状态的光，但是对圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光之间用一片偏振片是无法将它们区分开的。如果再提供一片l/4波长片C加在检偏的偏振片前，就可以鉴别它们。 利用所给的光源和装置，学习自己设计方法鉴别不同光源： a. 圆偏振光与自然光。 b. 椭圆偏振光与部分偏振光。 c. 判断光源中的圆偏振光为左旋还是右旋。用简洁的语言说明原理、步骤，记录观察的现象，并加以解释。4显示光屏 5返回实验完成之后，可以选择主菜单中的“返回”一项，退出实验平台。五、 实验数据的记录和处理：内容一、二 ： 偏振片P转一周,透射光强是否变化?P转动一周,出现几次消光?入射光偏振态放一个否0未发生偏振放二个是4发生偏振总结：当发生小光现象时，两偏振片间的小孔互相垂直。因此，要检测偏振光，只需检验该光线是否能够发生偏振现象即可。内容三： 当实验中的两块偏振片处于消光状态（即小孔互相垂直时），在此二块偏振片间加入第三块偏振片时，随着小孔角度的改变，光屏上会呈一定规律地出现光线。规律：当中间的偏振片小孔与其他任一偏振片小孔平行时，光屏上的光线完全消失；当中间偏振片小孔与其他小孔成一定角度时，光屏上有光线；当中间小孔与其他偏振片小孔均成的时候，光屏上光线强度最大。内容四：1/4玻片转角P2转一周,透射光强是否变化?P2转一周,出现几次消光?入射光偏振态0是2发生偏振15是0发生偏振30是0发生偏振45否0未发生偏振60是0发生偏振75是0发生偏振90是2发生偏振内容五：仿造本实验中的实验内容一、二、三步骤对各组光源进行检验，根据实验结果来判断光源是否属于偏振光。六、 光的偏振的应用：1. 在摄影镜头前加上偏振镜消除反光在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。2. 摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗。由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。3. 使用偏振镜看立体电影在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。 当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提