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1、班级：同组人： 组别： 姓名学号：钟日期：成绩实验八偏振光的观察与测量实验目的：1.产生和鉴别各种偏振光 ; 2.了解和掌握偏振片、 1/4 波片的作用及应用 ; 3.验证马吕斯偏； 4.观察白色振现象及互补色观察； 5.观测玻璃的折射率；实验仪器：半导激光器，光具座、起偏片2 个（带旋转支架），光功率计 1 台，1/4 波片1 个，白色光源 1个，薄玻璃片 1 片、等实验原理：按照光的电磁理论，光波就是电磁波，电磁波是横波，所以光波也是横波。在 大多数情况下， 电磁辐射同物质相互作用时，起主要作用的是电场， 因此常以电 矢量作为光波的振动矢量。 其振动方向相对于传播方向的一种空间取向称为偏振
2、， 光的这种偏振现象是横波的特征。 根据偏振的概念，如果电矢量的振动只限于某一确定方向 的光，称为平面偏振光，亦称线偏振光；如果电矢量随时间 作有规律的变化，其末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹 呈椭圆（或圆），这样的光称为椭圆偏振光（或圆偏振光）； 若电矢量的取向与大小都随时间作无规则变化，各方向的取 向率相同，称为自然光，如图1 所示；若电矢量在某一确定 的方向上最强，且各向的电振动无固定相位关系，则称为偏 振光。 1. 采用偏振片获得偏振光图 2 利用偏振片可以获得偏振光。 每一块偏振片都有一个偏振方向，或称为透光 轴方向。如图 2 所示，若在起偏器偏振片P1后再放检偏器偏振片P2，两者
3、透 光轴的夹角为 ，则检偏器 P2前后的光强满足关系：2 0cosII图 1 此即为马吕斯定律，其中I0为入射光， I 为出射光。 2偏振片、波片及其作用（1）偏振片偏振片是利用某些有机化合物晶体的二向色性，将其渗入透明塑料薄膜中，经定向拉制而成。它能吸收某一方向振动的光，而透过与此垂直方向振动的光，由于在应用时起的作用不同而叫法不同，用来产生偏振光的偏振片叫做起偏器，用来检验偏振光的偏振片叫做检偏器。自然光通过起偏器后可变为线偏振光，线偏振光振动方向与起偏器的透光轴方向一致。 因此，如果检偏器的透光轴与起偏器的透光轴平行，则在检偏器后面可看到一定光强，如果二者垂直时，则无光透过，如图3 所示
4、。其中（a）图为起偏器透光轴P1与检偏器透光轴P2平行的情况； （b）图为起偏器透光轴P1与检偏器透光轴P2垂直的情况。此时透射光强为零，此种现象称为消光。在实验中要经常利用“消光”现象来判断光的偏振状态。图 3 （2）波片波片也称相位延迟片，是由晶体制成的厚度均匀的薄片，其光轴与薄片表面平行，它能使晶片内的o 光和 e 光通过晶片后产生附加相位差。根据薄片的厚度不同，可以分为1/2 波长片， 1/4 波长片等，所用的1/2 、1/4 波长片皆是对钠光而言的。当线偏振光垂直射到厚度为L，表面平行于自身光轴的单轴晶片时，则寻常光（o 光）和非常光（ e 光）沿同一方面前进，但传播的速度不同。这两
5、种偏振光通过晶片后，它们的相位差为：oe2nnL（1）其中，为入射偏振光在真空中的波长，no和 ne分别为晶片对o 光 e 光的折射率， L为晶片的厚度。我们知道， 两个互相垂直的， 同频率且有固定相位差的简谐振动，可用下列方程表示 （通过晶片后o 光和 e 光的振动）：eosinsinXAtYAt从两式中消去t，经三角运算后得到全振动的方程式为：22 2 222cossineoeoXYXYAAA A（2）由此式可知；当=K（ K = 0，1.2., ）时，为线偏振光。当21 2K（K = 0，1.2., ）时，为正椭圆偏振光。在 Ao =Ae时，为圆偏振光。当为其他值时，为椭圆偏振光。 3圆
6、偏振光及椭圆偏振光的获得在某一波长的线偏振光垂直入射于晶片的情况下，能使o 光和 e 光产生相位差= (2K + 1) ，k=0,1,2,3 （相当于光程差为/2 的奇数倍）的晶片，称为对应于该单色光 的二分之一波片（/2 波片） ，这样的晶片称为半波片，若入射平面的振动反向与半波片的光轴夹角为 角，则通过半波片后的平面偏振光的振动方向将转过2；与此相似， 能使 o 光和 e 光产生相位212K（相当于光程差为 /4 的奇数倍）的晶片，称为四分之一波片（/4 波片）从波片出来的光一般是椭圆偏振光，当=0,/2 时，为平面偏振光， =/4 时，则为圆偏振光。4互补色的观察 当将图 1 的装置中间
7、放置样品 （晶体，透明物体等），并采用白光照明时， 可以在样品的不同厚度处看到不同的颜色，当转动晶片时，透射光的颜色将连 续变化。若检偏器P2旋转角度为 90 度，则晶片上某处原来的颜色会变成为另 一种颜色，这前后出现的两种色彩成为互补色。实验内容及步骤：1. 马吕斯定律的验证（1）如图 2 装置摆放实验仪器，对光功率器进行调零。（2）功率器接收P2出射的光束，旋转P2，每转过 10 记录一次相应的光功率输入值，共转90 ，做出 Icos2关系曲线。（3）验证马马吕斯定律。2.圆偏振光和椭圆偏振光的获得( 1)先使起偏器P1和检偏器P2偏振轴垂直 （即检偏器P2后的光屏上处于消光状态），在起偏
8、器 P1和检偏器P2之间插入/4 波片，转动波片使P2后的光屏上仍处于消光状态（处于线偏振光状态） 。( 2 )转动/4 波片，使 P1的光轴与/4 波片的光轴的夹角为45 ，再观察依次改变P2 。并记录光功率器数值。（3）改变 P1 的光轴与与/4 波片的光轴的夹角不为45 ， 再观察依次改变P2 。并记录光功率器数值。3.薄玻璃片折射率的测定（1）在起偏器P1后插入测布儒斯特角装置，让激光在玻璃片上面反射，从偏振片透射出来，光线射入光功率器。（2）先通过大致的转动玻璃片，用二分之一取值法，找到大概的反射角区间，再做细微的调整， 记录每改变一个入射角时，反射光经过偏振片变为线偏振光（即找最小
9、光强）的光功率值 I。 （3） 通过计算找出光功率最小的入射角，即布儒斯特角， 用公式0tann可得玻璃折射率。实验数据记录与处理 : 1. 马吕斯定律的验证1（P1） I1（mW） 2（P2） I2（mW）Cos Cos2300.928 300.928 01 1 300.951 400.922 100.985 0.970 300.942 500.833 200.940 0.884 300.928 600.696 300.866 0.750 300.930 700.546 400.766 0.587 300.930 800.384 500.643 0.413 300.928 900.232 6
10、00.500 0.250 300.949 1000.111 700.342 0.117 300.933 1100.028 800.174 0.030 其中： =2-1，I0 测=1.064；图一由上图可得： I0=1.0655，得以验证马吕斯定律：2 0cosII误差百分比 P=（I0- I0 测） / I0 测*100%=（1.0655-1.0640）/ 1.0640*100% 0.14% 2圆偏振光和椭圆偏振光的获得观察圆偏振光：2 1201652102553003453075120 I（mW）0.266 0.266 0.266 0.248 0.276 0.280 0.253 0.252
11、0.268 图二y = 1.065x + 0.001 R2 = 0.99900.20.40.60.811.200.20.40.60.81Cos2 Cos2 线性 (Cos2 )观察椭圆偏振光： 2 1201652102553003453075120 I（mW）0.108 0.128 0.317 0.292 0.111 0.129 0.309 0.287 0.108 图三3薄玻璃片折射率的测定由上表可得，当入射角 =58时，折射率 n=tan581.6 实验分析：1.实验仪器对实验数据或造成一定量的误差，该实验为光学实验，所以环境因素也会造成一定的实验误差。但对于验证性实验的实验（1）来讲，造成
12、的误差最终不会对实验结果产生多大的影响，几乎可以忽略。而对实验（2）实验（ 3）来说产生的数据误差会直接对结果产生影响。2.实验（ 2）从图二图三明显的看出，当光经过1/4 波片后，当 =/4 可得到原偏振光，不为/4 时得到椭圆偏振光。其中从图三看到，图像拟合不是很好。如果多测几个角度对应的光频率，图像可以拟合的更好。同时由于没有在测 椭圆偏振光之前再进行消光处理，读数方面的问题，光具座被认为移动都会 造成一定误差。3.该实验误差会比较大， 原因是我们采用的读取入射角的方法主观因素特别大，无法准确的抓住光线从哪个角度入射到玻璃片上。要消除这种误差，从起始 角度，逐渐改变玻璃片的偏向。这样一来可以通过比较更详尽的知道哪个入 射角才是布儒斯特角，误差也会明显降低。0.1080.128 0.3170.2920.1110.1290.3090.2870.10800.10.20.30.41201652102553003453075120I（mW）I（mW）入射角 /度48 50 56 58 60 63 I/（W）1.9 1.6 1.7 0.3 0.6 1.0
