报告模版6偏振光的观测与研究文档

物理实验报告实验名称：偏振光的观察与研究

实验预习题成绩：1、什么是光的偏振，按照光的偏振划分，有几种基本类型。光的偏振态就是光波中电矢量震动的轨迹的规律，如果震动方向始终不变的，叫线偏振光，如果震动方向再每次震动后改变并且改变规律画出来是一个椭圆的，就是椭圆偏振光，如果画出来是一个圆的，就是圆偏振光，如果震动是无规律的，乱震的，那就是自然光，不是偏振光。2、线偏振光的特点。线偏振光的振动面固定不动，不会发生旋转。绝大多数光源都不发射线偏振光而发射自然光，需要经过起偏器才能获得线偏振光。3、生成线偏振光的方法（起偏）。通过反射、多次折射、双折射和选择性吸收的方法可以获得平面偏振光。4、圆偏振光的特点。旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光，是椭圆偏振光的特殊情形。当传播方向相同，振动方向相互垂且直相位差恒定为φ=π的两平面偏振光叠加后可合成电矢量有规则变化的圆偏振光。5、如何得到圆偏振光。首先必须让自然光通过一个起偏器，变成线偏振光。然后再将线偏振光通过一个1/4波片，必须使得起偏器的偏振化方向和波片的光轴成

45度角。这样，出射光就变成了圆偏振光。6、椭圆偏振光与圆偏振光、线偏振光的关系。部分偏振光是介于偏振光与自然光之间的情形，这种光中含有自然光和偏振光两种成分。一般的，部分偏振光都可以看成是自然光和线偏振光的混合。椭圆偏振光的光矢量E在沿着光的传播方向前进的同时，还绕着传播方向均匀转动。其光矢量的大小不断改变，使其端点描绘出一个椭圆。椭圆偏振光是一种完全偏振光，而部分偏振光不是。7、1/4波片的原理和作用。所谓合成波长即利用两束波长不同的激光,产生干涉后形成干涉信号,此信号的波长就是两个波长的合成波长,合成波长理论应用广泛,在测量领域利用合成波长信号便于探测,后续处理方便.1/4波片就是起到检偏的作用。8、1/2波片的作用。1/2波片使出射光中o光e光的位相差增加兀9、描述马吕斯定律。光线束在各向同性的均匀介质中传播时，始终保持着与波面的正交性，并且入射波面与出射波面对应点之间的光程均为定值。10、简述偏振态检测（检偏）的方法。晶体双折射。他能在光的两个偏振方向上引入不同折射率而导致相位差，这样就可以改变光的偏振态，常用的改变偏振态的东西是波片。

11、转动检偏器360度，线偏振光在光屏上的强度变化规律。检偏器旋转一周,光强两强两黑。12、转动检偏器，圆偏振光在光屏上的强度变化规律。光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出圆形轨迹.检偏器旋转一周,光强无变化。13、转动检偏器，椭圆偏振光在光屏上的强度变化规律。光矢量端点在垂直于光传播方向的截面内描绘出椭圆轨迹.检偏器旋转一周,光强两强两弱。

原始数据记录成绩：一、研究入/4波片对偏振光的影响:1、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λ4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。2、以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360*观察现象。3、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°。每次都将B转过360°，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。圆偏光和椭圆偏振光的产生:将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象将上面几次转动的实验结果记录在表中(请选择相应的答案偏振片A的透振方向为0°)波晶片C的转角0153045607590转动偏振片B时观察到的现象BAACAAC通过C后光的偏振态GEEFEEF答案选项:A:光强发生变化，但不消光B:光强发生变化，且消光C:光强没有发生变化D:某位置有光其他位置消光E:椭圆偏振光F:圆偏振光G:线偏振光H:部分偏振光

二、研究λ/2波片对偏振光的影响1、使偏振片A和B的偏振轴正交(消光)，并在A和B之间插入一个入2波片C。2、以光线为轴将入/2波片转动任意角度，破坏消光现象，再将B转动360°，观察消光现象。改变C(V/2波片)的慢(或快)轴与激光振动方向之间的夹角6，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ,记录角度θ，并将记录填入下表:改变入/2波片的慢(或快)轴与偏振片A的方向之间的夹角θ，使其分别为15、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置,记录角度，并记录数据。''实验数据填写(填写大于等于0且小于180之间的值，偏振片A的透振方向为0°)λ/2波片的轴与偏振光A的方向夹角θ153045607590120转动B到消光12030150600306090015060位置'线偏振光经λ/2波片后振动方向转过的角度90120150

实验报告正文成绩：一、实验简介光的偏振是指光的振动方向不变，或电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象.光的偏振最早是牛顿在1704～1706年间引入光学的；光的偏振这一术语是马吕斯在1809年首先提出的，并在实验室发现了光的偏振现象;麦克斯韦在1865～1873年间建立了光的电磁理论,从本质上说明了光的偏振现象.按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.因此可以分为五种偏振态：自然光（非偏振光）、线偏振光、部分偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光。通过对偏振光的研究人们发明和制造了一些偏振光的元件，如偏振片、波片和各种棱镜等。利用光的偏振现象在物理学方面可量测材料的厚度和折射率，可以了解材料的微观结构。利用偏振光的干涉现象在力学上可检测材料应力分布，应用于建筑工程学方面可以检测桥梁和水坝的安全度。二、实验目的1、观察光的偏振现象，认识偏振现象的基本规律；2、了解各类偏振光的产生，调节、检测的原理和方法；3、学习偏振片、波片等的使用方法；三、实验原理为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和量测工作，需要各种偏振元件：产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等，

下面分类介绍。1、产生偏振光的元件在激光器发明之前，一般的自然光源产生的光都是非偏振光，因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用，分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件，检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。将自然光变成偏振光的方法有很多，一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究，但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这现种象称之为布儒斯特定律。该方法是获得所示。因为此时0叫做布儒斯特角，所以通过测小可以测量介质的折射率。由以上介绍可以知道偏振光，同样利用透射（多次透射）也可以产生偏振光（玻璃堆）。线偏振光的方法之一。如图1量布儒斯特角的大利用反射可以产生第二种是光学棱镜，如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用晶体的双折射的原理制成的。在晶体中存在一个特殊的方向（光轴方向），当光束沿着这个方向传播时，光束不分裂，光束偏离这个方向传播时，光束将分裂为两束，其中一束光遵守折射定律叫做寻常光（o

光），另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光（e光）。o光和e光都是线偏振光（也叫完全偏振光），两者的光矢量的振动方向（在一般使用状态下）互相垂直。改变射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向，沿着这个方向，o光和e光的传播速度相等，折射率相同。晶体可以有一个光轴，叫做单轴晶体，如方解石、石英，也可以有两个光轴，叫双轴晶体，如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的主平面，o光电矢量的振动方向垂直于o光主平面，e光电矢量的振动方向平行于e光主平面。格兰棱镜由两块方解石直角棱镜构成，两棱镜间有空气间隙，方解石的光轴平行于棱镜的棱。自然光垂直于界面射入棱镜后分为o光和e光，o光在空气隙上全反射，只有e光透过棱镜射出。第三种是偏振片，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不如格兰棱镜，但光振动通过，因而产生线偏振光。它的偏振性能价格便宜，且可以得到大面积的应用。本实验中采用偏振片作为起偏器和检偏器。2、波晶片：又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。它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（所以折射率也就不同），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光延迟量为，3、波晶片可以用来检验和改变光的偏振态，如图3所示，在起偏器后加上一个

4、光的五种偏振态自然光是各方向振幅相同的光，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.部分偏振光可以看作自然光和线偏振光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。圆偏振光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。四、实验仪器光源、偏振片、波晶片（λ/2和λ/4波长）、光屏五、实验步骤1、研究λ/4波片对偏振光的影响：（1）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λ/4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。（2）以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360°观察现象。（3）再将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象。

2、研究λ/2波片对偏振光的影响：（1）使偏振片A和B的偏振轴正交(消光)，并在B和A之间再插入一个λ/2波片C。（2）以光线为轴将λ/2波片C转动任意角度破坏消光现象，再将B转动360°，观察消光现象。六、实验数据处理（一）研究入/4波片对偏振光的影响:1、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λ4波片C(实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心)。2、以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360*观察现象。3、将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°。每次都将B转过360°，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。圆偏光和椭圆偏振光的产生:将C从消光位置转过15°、30°、45°、60°、75°、90°，每次都将B转过360°，观察实验现象将上面几次转动的实验结果记录在表中(请选择相应的答案偏振片A的透振方向为0°)波晶片C的转角0153045607590

转动偏振片B时观察到的现象BGAEAECFAEAECF通过C后光的偏振态答案选项:A:光强发生变化，但不消光B:光强发生变化，且消光C:光强没有发生变化D:某位置有光其他位置消光E:椭圆偏振光F:圆偏振光G:线偏振光H:部分偏振光（二）研究λ/2波片对偏振光的影响1、使偏振片A和B的偏振轴正交(消光)，并在A和B之间插入一个入2波片C。2、以光线为轴将入/2波片转动任意角度，破坏消光现象，再将B转动360°，观察消光现象。改变C(V/2波片)的慢(或快)轴与激光振动方向之间的夹角6，使其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置θ,记录角度θ，并将记录填入下表:改变入/2波片的慢(或快)轴与偏振片A的方向之间的夹角θ，使其分别为15、30°、45°、60°、75°、90°、120°，转动B到消光位置,记录角度，并记录数据。''实验数据填写(填写大于等于0且小于180之间的值，偏振片A的透振方向为0°)λ/2波片的轴与偏振光A的方向夹角θ153045607590120转动B到消光1201500306090150

'位置线偏振光经λ/2波片后振动方向转过的角度306090120150060七、思考题1、两个1/4波片是否可以合成出一个1/2波片的效果？两片1/2玻片按同样的方向放,也就是两片的快轴方向和慢轴方向一致,叠在一起,就是1/2玻片。2、在两片正交的偏振片之间，再插入一片倾斜偏振片，会有什么现象？正交偏振片本来不透光，但在中间插入一片后悔有可能又透光了。条件是中间插入的偏振片不能与原来的任何一片正交，也就是斜着放才能部分透光。原因是自然光经过第一篇偏振片后，呈现偏