物理实验 偏振光学实验.doc

4.11 偏振光学实验

【实验目的】

1． 理解偏振光的基本概念，偏振光的起偏与检偏方法
2． 学习偏振片与波片的工作原理与使用方法

【实验原理】

1． 光波偏振态的描述
一个单色偏振光可分解为两个偏振方向互相垂直的线偏振光的叠加，即

式中，为x方向偏振分量相对于y方向偏振分量的位相延迟量。
当时，描述的就是一个线偏振光，偏振方向和x轴的夹角
当，且时，描述的就是一个圆偏振光。
其它情况描述的就是一个椭圆偏振光，椭圆长轴方位角，长短轴平方比，其中。

2． 偏振片
偏振片有一个透射轴和一个与之垂直的消光轴，对于理想的偏振片，只有电矢量振动方向于透射轴方向平行的光波分量才能通过偏振片，因此光波通过偏振片后，将变成电矢量沿透射轴方向振动的线偏振光，因此利用偏振片可以产生线偏振光。
对于一个实际的偏振器，沿透射轴方向振动的光波的光强透射率不可能为1，沿消光轴方向振动的光波的光强透射率不可能为0，记为T1、T2，则消光比

振动方向和透射轴方向成角的线偏振光经过偏振片后透射率为

实验中，消光比可利用下式测得：

对于椭圆偏振光则有：

3． 延迟器和波片
常用的线性延迟器是由双折射材料制成的光学元件，在传播过程中，慢轴分量相对快轴分量将会产生位相延迟。相延为的延迟器叫1/4波片，相延为的延迟器叫1/2波片或半波片，相延为的延迟叫全波片
假设线偏振光振动方向的方位角为，则三种波片的主要结论如下：
波片种类

1/4波片
椭偏

椭偏

圆偏

线偏

1/2波片
线偏
，透射光振动方向相对于入射光线转过角
全波片
不变
将一个1/4波片的轴和另一1/4波片的已知快轴平行，则两个1/4波片可构成一个半波片或者全波片，这在实验上可用于确定波片轴的方向。
实验中，相延可以通过下式测得：

【实验步骤和结果】

1． 定偏振器透射轴方向
次序
1
2
3
4
5
6
标准差
平均值

97.7
96.3
97.7
97.1
98.1
98.7
0.827
97.6
178.1

2． 测消光比

由此计算

3． 测透射光强与两偏振器夹角间的关系
电阻箱示值，，

Imax

Imax

Imax

Imax
夹角θ（度）
0.0
15.0
30.0
45.0
0.0
60.0
75.0
80.0
0.0
84.0
87.0
90.0
0.0
A盘
268.1
283.1
298.1
313.1
268.1
328.1
343.1
348.1
268.1
352.1
355.1
358.1
268.1

5.076
4.704
3.830
2.743
5.102
1.276
0.352
0.165
5.117
0.065
0.020
0.005
5.430

※
4.739
3.820
2.554
※
1.278
0.345
0.157
※
0.059
0.017
0.003
※

※
0.7%
0.3%
7%
※
0.2%
2%
5%
※
9%
16%
25%
※
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
0
1
2
3
4
5
6

透射光强与两偏振器夹角关系曲线

4． 定波片C0的快轴方向

5． 线偏振光经过1/4波片

0.0
22.5
45.0
67.5
43.0
P盘
97.6
120.1
142.6
165.1
140.6
A透射轴在长轴方向时的ai
270.8
89.1
8.4
355.0
138.5
长轴方位角
177.3
179.0
79.7
93.1
129.6

3.472
3.055
1.963
1.232
1.099

0.023
0.623
1.545
0.195
0.900

0.007
0.204
0.787
0.158
0.819

※
※
83.2
76.3
85.9

※
※
45.0
83.3
112.8
由以上结果可见，在时，最接近线偏振光；在时，最接近圆偏振光。

6． 定待测波片Cx的轴方向

7． 线偏振光通过1/2波片或全波片

0.0
15.0
30.0
45.0

97.6
112.6
127.6
142.6
A盘读数
178.1
194.1
208.2
223.4

0
-16.1
-30.1
-44.7

0.0
15.0
30.0
45.0

97.6
112.6
127.6
142.6
A盘读数
2.2
356.5
324.5
314.6

-184.1
-178.4
-146.4
-136.5

由以上数据可判断，第一次实验做的是全波片，第二次做的是1/2波片，快轴重合是1/2波片，快轴和慢轴重合是全波片，于是Cx为250时为快轴，为340时为慢轴。