光信息专业实验报告：实验十四偏振测量实验

一、试验原理123λ/2波片的性能。4λ/4波片的性能并检测椭圆偏振光。二、试验仪器SGP-1偏振光试验系统〔He-Ne激光器、带步进电机掌握的偏振片两个、带步进电机掌握的λ/4波片、λ/2波片、光功率探测器、小孔准直光阑等、电子计算机等三、试验装置图1SGP-1偏振光试验系统2试验装置图四、试验原理1、简介光波是横波，其振动方向和传播方向正交，在垂直于光的传播方向的平面内，电场强度矢量的振动状态称为光的偏振态。一般偏振态有三类五种：1完全偏振〔椭圆偏振2非偏振〔自然光3局部偏振。1线偏振光的光振动只限于某一确定的平面内面内的投影是一条直线。偏振面相对于传播方向随时间以圆频率ω旋转，其光振动矢量末端的轨迹位于一个椭振光的合成。360强随角度的变化，可以检验光的偏振性质〔如验证马吕斯定律可以验证椭圆偏振光。2、偏振光的产生和偏振方向重量的提取的偏振态的偏振光。这里是利用光在介质界面处反射时的布儒斯特定律而产生的。争论光在界面处的反射和折射知道，当反射光和折射光成90°时，反射光中只有垂直入射面的偏振重量，这样就得到了线偏振光。此时的入射角就叫做布儒斯特角。3布儒斯特角图4 格兰－泰勒棱镜偏振片对偏振方向的选择用格兰－泰勒棱镜来实现。这是一种用冰洲石制成的偏振棱镜，是将一块棱镜切割成两半，形成空气隙再组合起来的。它能使格外光e光〕通过，并〔o光格兰－泰勒棱镜的光轴在入射端面内〔图4用双箭头表示〕,并且主截面垂直于切割面。它e光透射率可达85％。在棱镜保护套的侧面有一个开孔，以便o光旁路出去。一般的非线偏振光都可以将振幅分解为相互垂直的两个重量〔o光重量和e光重量〕，这样的光经过格兰－泰勒棱镜之后，只有e光重量能够顺当通过，所以就到达了选择偏振态的作用。3、马吕斯定律假设投射到起偏器上面的线偏振光的振幅为E0θ2方向的重量才能通过偏振片，所以能透过偏振片的光振幅为：E0cosθ。于是投射光强随θ角的变化为：IE2cos2 〔1〕0向的状况下大概求出入射线偏振光的相对偏振位置。4、波片一束光进入一块晶体后一般都会由于晶体的双折射分成o光和e方向上的重量为：xAe

sin(t) 〔2〕x2 y2 2xy

yAo

sin(t)

〔3〕合振动的表达式为：

cossin2。

〔4〕A2 A2 AAe o e o假设当2k

或(2k14〕式变成：xA

。是一种线偏振光。ey Aeo此时间程差为半波长的整数倍，所以这样的晶片叫做半波片λ/2波片。假设当(2k1)

x2〔4〕式变成：

y2

1。是一种椭圆偏振光。此时间程2 A2 A2e o差为四分之一波长的奇数倍，所以这样的晶片叫做半波片λ/4波片。此时假设Ae

A则，o产生的是圆偏振光。5、椭圆偏振光的验证A0

图5 椭圆偏振光的验证。经过起偏器P1λ/4波片之后，假设起偏器和检偏器的偏振方向垂直，而晶轴方向和P1的偏振方向成α角，则，出射的o光和e光的振幅为：302A02o

A02sinA02e

cos。电场的振动表达式子为：A02E(t)02e

coscostEo

A02(t)02

sinsint

〔5〕经过检偏器P2之后：A02E(t)02

cossin()costA

sincos()sint

〔6〕0202A

〔7〕A0A02cossin() sincos()22

A2 I 02

cossin)2sincos)2 〔8〕II对于肯定的α，就可以作出直接验证椭偏光的存在。II

~

~I假设做如下变换，使得作图时以tantan()tan为极角，则形的。其中极角为：I

~图是椭圆 arctan[tan()tan]arctan[tan()tan] arctan[tan()tan]2

02232

〔9〕假设45oλ/4波片后的出射光为圆偏振光。此时沿任一个方向的振幅重量都为一个固定的常数。五、试验步骤12、调整He-NeHe-Ne端放置准直小孔，调整支架后三个旋钮。3、使光束通过偏振片和光电探测器的中心。456λ/2波片P，检偏器转动一周，记录光强和转动角度的关系。7λ/4Q，并转动Q，直到通过A1/4波片后的光为圆4偏振光。8Q转动15°，30°，60°，75°和90°时，都将A转动360°，从显示状况分析光波通过1/4波片后的偏振态。9、调整λ/4波片Q的角度α，并测量当检偏器角度θ变化时的光强。作出I~关系图和 I~图，验证椭偏光。六、数据处理试验工程：1、验证马吕斯定律，2、λ/2波片性质的检验，3λ/4波片调出圆偏振光，4、验证椭圆偏振光。1：验证马吕斯定律放上起偏器和光功率计，让起偏器旋转360°，观看光强随角度的变化曲线。试验软件得到的在线显示的图如图6a所示。并且利用软件