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1、为了适应公司新战略的发展，保障停车场安保新项目的正常、顺利开展，特制定安保从业人员的业务技能及个人素质的培训计划大学物理光的偏振实验报告实验报告姓名：*班级：*学号：*实验成绩：同组姓名：*实验日期：*指导教师：批阅日期：偏振光学实验【实验目的】1观察光的偏振现象，验证马吕斯定律；2了解1/2波片、1/4波片的作用；3掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。【实验原理】1光的偏振性光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量
2、保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态。2偏振片虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光。偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。3马吕斯定律设两偏振片的
3、透振方向之间的夹角为，透过起偏器的线偏振光振幅为A0，则透过检偏器的线偏振光的强度为I式中I0为进入检偏器前线偏振光的强度。4椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2波片和1/4波片的作用当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴的晶片时，若其振动面与晶片的光轴成角，该线偏振光将分为e光、o光两部分，它们的传播方向一致，但振动方向平行于光轴的e光与振动方向垂直于光轴的o光在晶体中传播速度不同，因而产生的光程差为位相差为式中ne为e光的主折射率，no为o光的主折射率。d为晶体的厚度，如图4所示。当光刚刚穿过晶体时，此两光的振动可分别表示如下：式中轨迹方程原理图全波片1/2波片1/4波片【实验数据记录、实验结
4、果计算】说明：以下的所有测量数据中，电流的单位为，角度的单位为角度。作的函数图像：Origin的数据分析：LinearRegressionthroughoriginforDATA2_B:Y=B*XParameterValueError-A0-B-RSDNP-31-从以上的分析可知，电流大小I关于两偏振片的夹角余弦的平方的数据点的直线拟合的相关系数r=，可知实际测得的数据点与理论值匹配。说明：最后两个数据没测，是因为在做的时候一时疏忽了，最后想要补做时，时间已晚，老师建议我们不做了。检偏器的平均角度差度由上面的数据可以明显地看出，1/2波片每转10度，检偏器就需要转20度，与理论值吻合。观察：检
5、偏片固定，将1/2波片转过360，能观察到4次消光；1/2波片固定，将检偏片转过360，能观察2次消光。由此分析线偏振光通过1/2波片后，光的偏振状态是：光的偏振面偏离原来的角度是波片光轴偏离角度的2倍。3用1/4波片产生圆偏振光和椭圆偏振光作角度与电流的极坐标函数图：I在此基础上作振幅与角度的函数图：A分析：可以看出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形，在检偏器所转的0360度之间，共达到两次消光，两次最大值，这正是椭圆偏振光的长轴和短轴的位置。实验数据图中可以看出，图像少有倾斜，在20度和200度左偏振光学实验完整实验报告工物53李哲XX号1.实验目的：理解偏振光的基本概念，在概念以及原理上
6、了解线偏振光，圆偏振光以及椭圆偏振光，并了解偏振光的起偏与检偏方法。以及线偏振光具有的一些性质。学习偏振片与玻片的工作原理。2.实验原理：光波偏振态的描述：单色偏振光可以分解成两个偏振方向垂直的线偏振光的叠加：EX?a1cos?t与EY?a1cos?t?，由其中的a1,a2,?就可以确定这个线偏振光的性质。?或?0就为线偏振光，a1?a2,?为圆偏振光，而一般情况下是椭圆偏振光。上述式子通常描述的是椭圆偏振光，而本实验通过测量椭圆的长轴方位角?以及椭圆的短半轴与长半轴的比值对于椭圆偏振光进行描述。其计算式是：1?arctan?tan2?cos?2b22?122a1?sin?sin2?而对于实验
7、中的椭圆偏振光而言，其光强在短轴对应的方向最小，在长轴的对应方向最大，所以可以通过使这个椭圆偏振光通过一个偏振片，并调整偏振片的透射轴方位，测量其最大最小值，就可以知道其长轴短轴的比值。又由于光强与振幅的平方成正比，所以测得的光强的比值是长轴短轴之比的平方。偏振片：理想偏振片：只有电矢量振动方向与透射轴平行方向的光波分量才能通过偏振片。实验中的偏振片不是理想化的，并不能达到上述的效果，当入射光波的振动方向与透射轴平行时，其透射率不能达到1，当垂直于透射轴时，其透射率不是0。所以对于偏振片有主透射率以及消光比两个量进行描述。主透射率T1，T2指沿透射轴或消光轴方向振动光的光强透射率。两者的比值是
8、消光比e。对于起偏器而言，其并不是理想的偏振片，但是其消光比是在10-4-10-5的量级，所以透过起偏器的光依然可以视为线偏振光。计算消光比需要用到马吕斯定律：T?T1?T2?cos2?T2而完全非偏振光经过两个透射轴成?角且主透射率相同的偏振器后，总透射率：T?122T1?T2cos2?T1T2sin2?2?实验中只需要测定两个偏振片透射轴相互垂直以及平行时的总透射率的比值Imin2T1T22e?2?2e就可以得到消光比：22ImaxT1?T21?e。延迟器以及玻片：延迟器：材料是线性双折射材料，具有两个相互垂直的特定方向，慢轴以及快轴。当光波在延迟器中传播的时候，振动方向沿着这两个轴的偏振
9、分量由于线性双折射材料的性质，所以会有不同的折射率，因此振动方向相互垂直的这两个分量的光具有不同的传播速度，当通过一定厚度的这样的延迟器时，会?L?ns?nfd，产生一定的光程差：因此两个轴的分量将会产生相位延迟?r。其计算值：?r?ns?nf?dc0?振动方向平行于快轴或者慢轴方向的偏振光经过延迟器后，其振动状态不变。利用这个原理可以定出延迟器的快轴或者慢轴的方向。将延迟器放在两个正交的偏振器之间，旋转延迟器，消光，则可以知道延迟器的一个轴平行于偏振片的一个轴。其延迟相位的测量方法：入射一束方位角为?的线偏振光，经过玻片后，可以通过测得光强极值的比值IminImax，得：2IminImaxs
10、in?r?sin2?1?IminImax而且应注意：当?4时，由于cos?r?0，测量椭圆的长短轴之比会有?较大的误差。因此测量让入射光的偏振方向与玻片的轴成一个稍小于的角度。4反射和折射的起偏现象：将入射的电矢量分解成平行以及垂直于入射面的两个分量，其光强反射率具有以下公式：?tan?i?t?R?P?tan?it?2?sin?i?t?RS?sin?it?由上式可以知，当?i2?arctann?B时，没有平行于入射面的反射光。可以利用这个原理判定布儒斯特角，当利用起偏器使入射光只有振动平行于入射面的偏振光，并且此时入射角满足布儒斯特定律，就不会产生反射光，可以通过检验反射光的消失，判定布儒斯特
11、角的大小。实验中可以通过这个定理判定偏振器透射轴的方向，当已经得到布儒斯特角的时候，固定小平台，使棱镜不发生转动，然后可以调整P盘，使屏上光点最暗，这个时候就可以知道此时偏振片透射轴的方向平行于入射面，然后记录下此时P盘上的度盘方位度数。3.实验器材：半导体激光器：本实验的半导体激光器产生的是近似维线偏振光，光的偏振方向在椭圆形光斑的长轴方向。而且为了减小输出光强的波动影响，实验前要预先点燃激光器，5-10分钟后开始实验，并且在实验的过程中不能够关闭激光器，而且眼睛不能直视激光，防止眼底被灼伤。起偏器A与起偏器P：读数窗口有三圈示数，中间是游标。中央偏振片与外圈联动，度数的精度是。有两个?4玻
12、片C0,CX。C0为快轴大致方向已经由白点标出的玻片，CX是未知快轴方向的玻片。硅光电池，数字电压表和电阻箱：硅光电池与电阻相串联，电阻箱与数字电压表并联。光照会导致硅光电池产生光电流，当负载较小的时候，产生的光电流与光强成正比。可以通过读取数字电压表的示数大致了解光电流的大小，光强的比值也与光电流的大小成正比，所以数字电压表示数的比值可以反映之后测量的minmax的值。4.实验步骤：打开激光器预热5-10分钟，保证在测量过程中，激光器产生激光的光强稳定，并且调整好激光器偏振方向的方位。调整起偏管以及检偏管的方位，使激光从光源出发通过起偏管与检偏管中心。调节小平台下部螺丝，使小平台与分光计主轴
13、基本垂直，保证放下反射试块后，其试块平面与分光计主轴平行。首先确定入射角是0的时候其相应的方位角。在平台上放置棱镜，将一纸片上戳一个洞，在含起偏器P的椭圆盘的管口处，将纸片上的小洞对准激光的斑点。此时可以在纸片上观察到一个很小的亮点，?以及激光打在纸片上的大亮斑。后旋转圆盘的内圈，使小亮点与大亮斑重合，记录下此时的方位角?i?0。然后取下纸片，将纸片遮挡在分光计的一侧做一个屏，后旋转平台约57，然后通过不断地微调入射角?i以及?起偏器的方位角，使屏上的光斑消失，记下此时的平台方位角度数?B，然后通过差值?B?B?i?0得到布儒斯特角。定偏振器的透射轴方向：上述实验之后，可以知道起偏器P的透射轴
14、一定位于水平方位方向。而后在原来的装置基础上来回转动度盘，重复测量六次透射轴水平对应的度盘的度数，并且取平均值作为透射轴水平时P盘的方位角。并将P盘放置在平均值位置，然后撤去棱镜，打开光强探测器，转动检偏器A所在的度盘使所测得光强为最小值，这个时候A盘与P盘的透光轴的方向相互垂直，记下A盘的度盘度数a?。测量消光比：这个时候保留P盘不转动，转动A盘依次记录下透射光强的极大值和极小值。eImin2T1T22e?2?2e然后利用：22ImaxT1?T21?e式子计算出消光比。测量透射光强与两个偏振片夹角间的关系：?0?,15?,30?,45?,60?,75?,80?,84?,87?,90?当两个偏振片间的夹角分别为：因为两者初始状态透光轴是相互垂直的，所以加上9
