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1、实验报告姓 名：高阳 班 级：F0703028 学 号：5070309013 实验成绩:同组姓名：王雪峰 实验日期：2008-3-3 指导老师：助教10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，若光矢量保持在固定平面上振动，这种 振动状态称为
2、平面振动态，此平面就称为振动面（见图1）。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（见 图2) o电矢量垂直纸而的半血（fl振光（b）匚矢負怖沌血的半血偏振光IU1平面悄扳光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（有些各向同性介 质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量， 而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介
3、质的这种性质称为二向色 性。）。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透振方向之间的夹角为a ,透过起偏器的线偏振光振幅为A。, 则透过检偏器的线偏振光的振幅为A, A二A。cos a ,强度I二A? , l=A02 cos a?二2 2 2I Q cos a二cos a 式中I。为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。 这就是18 09年马吕斯在实验中发现的，所以称马吕斯定律。显然，以光线传播方向为轴，转动检偏
4、器时，透射光强度I将发生周期变化。若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值部位0。若光强完全不变化, 则入射光是自然光或圆偏振光。这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振 光和自然光和部分偏振光区别开来。4. 椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2波片和1/4波片的作用当平面偏振光同过1/2波片后，产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的 夹角为2a （a为入射光振动面与波片光轴的夹角，下同）；当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与a相关：a二0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。a二夕时：出射光为振动方向垂直1/4波片光轴的平面偏振光。a 片时：出射光为圆偏振光。a为
5、其他值时，出射光为椭圆偏振光。我们使平面偏振光通过1/2波片，1/4波片，产生各种性质的偏振光，来研 究它们的性质以及它们之间的关系。原始数据记录表1验证马吕斯定律偏振片初始角度为218度偏振片角度908478726660544842362角度余弦值00. 0110. 0430. 0950. 1650. 2500.3450. 4480. 5520. 655光电流强度00715274054698498偏振片角度3024181260-6-12-18-242角度余弦值0.7500. 8350.9050. 9570.98910.9890. 9570. 9050. 835光电流强度11112213013
6、5137139139138132123偏振片角度-30_36-42-48-54-60_66-72-78-842角度余弦值0.7500. 6550. 5520. 4480.3450. 2500. 1650. 0950. 0430. 011光电流强度1109883685439261570从表中可知，当偏振片角度余弦的平方值相同时，光电流值也基本保持相同，这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。下面我们取表格中的前一半 数据（即一组不同的角度和其对应得光电流值作图），来观察其关系140-原始数抑:点 线形拟合宜线120-20-0 .00 0.20.406 08 10角度余弦值$6040从图中可
7、见，光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系，这也就验证了马吕斯定律。2. 线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用1/2波片转过角度初始102030405060708090检偏器A转过角度0202120202020201920由此可见，为达到消光，检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。而若检偏器固定，将1 /2波片转过360度，会观察到两次消光；同样地，若1 /2波片固定，将检偏器转过360度，同样会观察到两次消光。由此可见，线偏振光通 过1/2波片后，它仍是线偏振光，只是发生了角度的改变而已。3. 用1/4波片产生圆偏振光和椭圆偏振光。波片转20度时检偏器角度010203040
8、50607080光电流强度273646566572767774检偏器角度90100110120130140150160170光电流强度686050403124201921检偏器角度180190200210220230240250260光电流强度273545556471767774检偏器角度270280290300310320330340350光电流强度686050403124201921下面通过作图，来观察二者的关系8070 -60504030 -2010关系曲线900 io : 20 : 30 40- 50 60 70 : 80 :波片转45度时检偏器角度01020304050607080光
9、电流强度464138353434364044检偏器角度90100110120130140150160170光电流强度495357596160585551检偏器角度190200210220230240250260270光电流强度464138353434364044检偏器角度280290300310320330340350360光电流强度495357596161595551关系曲线此图像与圆偏振光比较可知，1/4波片转角为时，产生的是圆偏振光。将此图像与上一图像进行比较，即将1/4波片转20度与转40度时的图像进 行比较：可知45度时光电流强度的最大值较小，最小值较大，最大值与最小值 之差减小了。
10、而且45度与20度时产生极值的角度值发生了变化。这些都是由于 1/4波片角度发生了改变，使合成的偏振状态也发生了改变。【分析讨论】1. 实验中荻得的数据与理想情况还是有一定的误差。因为在实验室中，许多组 实验在同时进行，光是很敬感的，自己的仪器受其他实验产生的光的影响还 是很大的。我们在实验尽量挡住其他方向来的光，这样使实验结果趋于理想。2. 关于实验中零点的取值：我们在实验中发现有连续的好几个数据点的值都是 0,这样就不好选取0点，所以就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统 计数据时发现有时这个0点的选取还是有偏差的，所以在实验报告中对个别 零点进行了调整。【思考题】1. 答：当a =cos1甞 时，透射光是入射自然光强的1/3;当a =cosT晋 时，透射光是最大透射光强的1/3,因为最大透射光强就 是入射自然光强。2. 答：在相互正交的偏振片P1和P2中间插进一块1/4波片，使其光轴跟起偏器P1的 光轴平行，那么透过起偏器P2的光斑是暗的，因为通过Pi后的出射光为振动方向 平行1/4波片光轴得平面，即平行于P1的光轴。将P2转动90度后，光斑变成亮 的，因为这时P2的光轴与P1的光轴也平行了。3. 答：在第二题中如果用1/2波片代替1/4波片，结果是相同的。
