偏振光的研究实验报告样本.doc

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偏 振 光 的 研 究
班级: 物理实验班21
学号:
姓名: 黄忠政

光的偏振现象是波动光学的一种重要现象, 它的发现证实了光是横波, 即光的振动垂直于它的传播方向。光的偏振性质在光学计量、 光弹技术、 薄膜技术等领域有着重要的应用。
一． 实验目的:
1. 了解产生和检验偏振光的原理和方法;
2. 了解各种偏振片和波片的作用。
二． 实验装置;
计算机, 格兰陵镜, 1/2、 1/4波片, 调节支架, 光电接
系统, 激光器。
三． 实验原理:
1. 偏振光的概念和基本规律
( 1) 偏振光的种类
光波是一种电磁波, 根据电磁学理论, 光波的矢量E、 磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直, 因此光是横波。一般人们用电矢量E代表光的振动方向, 而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。
普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的, 它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同, 称为自然光。电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光, 称为线偏振光或平面偏振光。若电矢量在各个方向都振动, 但在某个固定方向占绝对优势, 这种光称为部分偏振光, 电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆( 或圆) 运动的光, 称为椭圆( 或圆) 偏振光。各种偏振光的电矢量E如图1所示, 注意光的传播方向垂直于纸面。

( 2) 偏振光、 波片和偏振光的产生
一般的光源都是自然光, 研究光的偏振性质, 必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光, 这一转变过程称为起偏, 获得线偏振光的器件称为起偏器。线偏振光可用人造偏振片获得, 如: 某些有机化合物晶体具有二向色性, 用这些材料制成的偏振片, 能吸收某一方向振动的光, 与此方向垂直振动的光则能经过, 从而产生线偏振光; 还能够利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆; 利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。
椭圆偏振光、 圆偏振光可用波片来产生, 将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片, 就制成波片了。当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时, 线偏振光在此波片中分成o光和e光,

二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴, 它们的传播方向相同, 但在波片中的传播速度v0、 ve却不同。如图2所示。因此折射率n0=c/v0、 ne=c/ve是不同的, 于是, 经过波片后, o光和e光的相位差ΔΦ和光程差δ分别为Δφ=2Π( n0-ne) /λ,δ=(n0-ne)d能产生光程差为λ/2的波片称为λ/2波片( 或半波片) , 能产生光程差为λ/4的波片称为λ/4波片。
从波片透射出来的o光和e光将会复合在一起, 并呈现不同的偏振状态。线偏振光经过全波片后, 透射光仍是线偏振光; 线偏振光以а角经过λ/2波片后, 仍是线偏振光, 但偏振面转过2а角( а为入射光振动面与波片光轴的夹角) ; 线偏振光以а角经过λ/4波片后, 透射光一般为椭圆偏振光; 但当а=0或Π/2时, 透射光仍是线偏振光; 当а=П/4时, 透射光为圆偏振光。
( 3) 偏振光的检验
鉴别偏振光的偏振状态的过程称为检偏, 检偏装置称为检偏

器。实际上检偏器和起偏器是通用的, 例如, 把偏振片用于起偏就是起偏器, 用于检偏就是检偏器。
线偏振光经过检偏器后, 透射光的光强遵守马吕斯定律。设强度为I0的线偏振光垂直入射到一个理想的偏振片( 检偏器) 上, 如图3所示, 则透射光的光强为( 不计光吸收)
I=I0cos2θ
式中θ为线偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向之间的夹角。显然转到检偏器时, 透射光的强度I将发生周期性变化。当θ=0º时, 透射光强最大; 当θ=90º时, 透射光强最小( 消光状态) , 接近全暗; 当0º<θ<90º时, 透射光强度介于最大值与最小值之间。
把偏振光和λ/4波片结合起来, 能够把自然光、 线偏振光、 部分偏振光、 椭圆偏振光和圆偏振光区分开来。
四． 实验内容:

1. 设计并写出: 由自然光分别产生线偏振光、 椭圆偏振光和圆偏振光的实验方案。
实验方案: 让自然光经过一偏振片就很容易得到线偏振光; 让经过偏振片得到的线偏振光以а角经过λ/4波片后, 当а角为一般角度时, 便得到椭圆偏振光; 当а=0或П/2时, 得到的依然是线偏振光; 当а=П/4时, 得到圆偏振光。于是, 线偏振光、 椭圆偏振光、 圆偏振光就都得到了。
2. 写出: 鉴别线偏振光、 椭圆偏振光和圆偏振光的实验方案和根据。
实验方案: 将得到的偏振光再次经过一偏振片, 经过旋转
该偏振片一周, 观察计算机上显示的光强的变化曲线来判断是哪种类型的偏振光。
根据马吕斯定律, 旋转偏振片一周后, 线偏振光会产生消光的现象, 圆偏振光的光强会是一个稳定值, 即各个方向的光强基本保持不变, 而椭圆偏振光则介于两者之间, 即不会产生消光的现象, 各个方向的光强也不会相同。
3. 布置及调整实验光路, 分别产生和鉴别三种偏振光。
五．实验结果:
按照光路图搭建好实验光路后, 经过旋转λ/4波片到一定角度, 然后让第二个偏振片自动旋转一周记录下对应角度的光强, 能够在计算机上绘制出不同的光强随偏振片角度变化的曲线。经过一次又一次的尝试, 我们小组最终的结果还比较令人满意, 最难实现的圆偏振光我们基本上得到了。
六． 心得体会:
经过这次实验, 我学会了如何产生和鉴别线偏振光、 椭圆偏振光、 圆偏振光, 对这三种偏振光有了更加深刻的认识, 同时我也体会到了光学仪器是很矫情的, 稍微不注意就可能使实验结果产生相当大的偏差, 这在产生圆偏振光的过程中我有深刻的体会。