偏振光的研究實驗報告

1、偏 振 光 的 研 究 班級：物理實驗班21 學號：2120909006 姓名：黃忠政 光的偏振現(xiàn)象是波動光學的一種重要現(xiàn)象，它的發(fā)現(xiàn)證實了光是橫波，即光的振動垂直于它的傳播方向。光的偏振性質(zhì)在光學計量、光彈技術(shù)、薄膜技術(shù)等領(lǐng)域有著重要的應用。一 實驗目的：1. 了解產(chǎn)生和檢驗偏振光的原理和方法；2. 了解各種偏振片和波片的作用。二 實驗裝置；計算機，格蘭陵鏡，1/2、1/4波片，調(diào)節(jié)支架，光電接系統(tǒng)，激光器。三 實驗原理：1. 偏振光的概念和基本規(guī)律（1）偏振光的種類光波是一種電磁波，根據(jù)電磁學理論，光波的矢量E、磁矢量H和光的傳播方向三者相互垂直，所以光是橫波。通常人們用電矢量E代表光的振

2、動方向，而電矢量E和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為光波的振動面。普通光源發(fā)出的光是由大量原子或分子的自發(fā)輻射所產(chǎn)生的，它們所發(fā)射的光的電矢量在各個方向振動的幾率相同，稱為自然光。電矢量的振動方向始終沿某一確定方向的光，稱為線偏振光或平面偏振光。若電矢量在各個方向都振動，但在某個固定方向占絕對優(yōu)勢，這種光稱為部分偏振光，電矢量的末端在垂直于光傳播方向的任一平面內(nèi)做橢圓（或圓）運動的光，稱為橢圓（或圓）偏振光。各種偏振光的電矢量E如圖1所示，注意光的傳播方向垂直于紙面。（2）偏振光、波片和偏振光的產(chǎn)生通常的光源都是自然光，研究光的偏振性質(zhì)，必須采用一些物理方法將自然光變成偏振光，這一轉(zhuǎn)變過程稱為起偏

3、，獲得線偏振光的器件稱為起偏器。線偏振光可用人造偏振片獲得，如：某些有機化合物晶體具有二向色性，用這些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振動的光，與此方向垂直振動的光則能通過，從而產(chǎn)生線偏振光；還可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶體的雙折射特性起偏的尼科爾棱鏡等。橢圓偏振光、圓偏振光可用波片來產(chǎn)生，將雙折射晶體割成光軸與表面平行的晶片，就制成波片了。當波長為線偏振光垂直入射到厚度為d波片時，線偏振光在此波片中分成o光和e光，二者的電矢量E分別垂直于和平行于光軸，它們的傳播方向相同，但在波片中的傳播速度v0、ve卻不同。如圖2所示。因此折射率n0=c/v0、ne=c/ve是不同的，于

4、是，通過波片后，o光和e光的相位差和光程差分別為=2（n0-ne）/,=(n0-ne)d能產(chǎn)生光程差為/2的波片稱為/2波片（或半波片），能產(chǎn)生光程差為/4的波片稱為/4波片。從波片透射出來的o光和e光將會復合在一起，并呈現(xiàn)不同的偏振狀態(tài)。線偏振光通過全波片后，透射光仍是線偏振光；線偏振光以角通過/2波片后，仍是線偏振光，但偏振面轉(zhuǎn)過2角（為入射光振動面與波片光軸的夾角）；線偏振光以角通過/4波片后，透射光一般為橢圓偏振光；但當=0或/2時，透射光仍是線偏振光；當=/4時，透射光為圓偏振光。（3）偏振光的檢驗鑒別偏振光的偏振狀態(tài)的過程稱為檢偏，檢偏裝置稱為檢偏器。實際上檢偏器和起偏器是通用的，

5、例如，把偏振片用于起偏就是起偏器，用于檢偏就是檢偏器。線偏振光通過檢偏器后，透射光的光強遵守馬呂斯定律。設強度為I0的線偏振光垂直入射到一個理想的偏振片（檢偏器）上，如圖3所示，則透射光的光強為（不計光吸收） I=I0cos2式中為線偏振光的振動方向與偏振片偏振化方向之間的夾角。顯然轉(zhuǎn)到檢偏器時，透射光的強度I將發(fā)生周期性變化。當=0º時，透射光強最大；當=90º時，透射光強最小（消光狀態(tài)），接近全暗；當0º<<90º時，透射光強度介于最大值與最小值之間。把偏振光和/4波片結(jié)合起來，可以把自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光區(qū)分

6、開來。四 實驗內(nèi)容：1. 設計并寫出：由自然光分別產(chǎn)生線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光的實驗方案。實驗方案：讓自然光通過一偏振片就很容易得到線偏振光；讓通過偏振片得到的線偏振光以角通過/4波片后，當角為一般角度時，便得到橢圓偏振光；當=0或/2時，得到的依然是線偏振光；當=/4時，得到圓偏振光。于是，線偏振光、橢圓偏振光、圓偏振光就都得到了。2. 寫出：鑒別線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光的實驗方案和根據(jù)。 實驗方案：將得到的偏振光再次通過一偏振片，通過旋轉(zhuǎn)該偏振片一周，觀察計算機上顯示的光強的變化曲線來判斷是哪種類型的偏振光。根據(jù)馬呂斯定律，旋轉(zhuǎn)偏振片一周后，線偏振光會產(chǎn)生消光的現(xiàn)象，圓偏振光的光強會是一個穩(wěn)定值，即各個方向的光強基本保持不變，而橢圓偏振光則介于兩者之間，即不會產(chǎn)生消光的現(xiàn)象，各個方向的光強也不會相同。3. 布置及調(diào)整實驗光路，分別產(chǎn)生和鑒別三種偏振光。五實驗結(jié)果：按照光路圖搭建好實驗光路后，通過旋轉(zhuǎn)/4波片到一定角度，然后讓第二個偏振片自動旋轉(zhuǎn)一周記錄下對應角度的光強，可以在計算機上繪制出不同的光強隨偏振片角度變化的曲線。經(jīng)過一次又一次的嘗試，我們小組最終的結(jié)果還比較令人滿意，最難實現(xiàn)的圓偏振光我們基本上得到了。六 心得體會：通過這次