偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告 (2)

1、.實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告姓 名：高陽 班 級(jí)：F0703028學(xué) 號(hào)：5070309013實(shí)驗(yàn)成績：同組姓名：王雪峰實(shí)驗(yàn)日期：2008-3-3指導(dǎo)老師：助教10批閱日期：偏振光學(xué)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?. 觀察光的偏振現(xiàn)象,驗(yàn)證馬呂斯定律2. 了解1/2波片,1/4波片的作用3. 掌握橢圓偏振光,圓偏振光的產(chǎn)生與檢測.【實(shí)驗(yàn)原理】1 光的偏振性 光是一種電磁波，由于電磁波對(duì)物質(zhì)的作用主要是電場，故在光學(xué)中把電場強(qiáng)度E 稱為光矢量。在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)，光矢量可能有不同的振動(dòng)方向，通常把光矢量保持一定振動(dòng)方向上的狀態(tài)稱為偏振態(tài)。如果光在傳播過程中，若光矢量保持在固定平面上振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)稱為平面振動(dòng)

2、態(tài)，此平面就稱為振動(dòng)面（見圖）。此時(shí)光矢量在垂直與傳播方向平面上的投影為一條直線，故又稱為線偏振態(tài)。若光矢量繞著傳播方向旋轉(zhuǎn)，其端點(diǎn)描繪的軌道為一個(gè)圓，這種偏振態(tài)稱為圓偏振態(tài)。如光矢量端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的軌跡為一橢圓，就成為橢圓偏振態(tài)（見圖2）。 2偏振片雖然普通光源發(fā)出自然光，但在自然界中存在著各種偏振光，目前廣泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性獲得偏振光（有些各向同性介質(zhì)，在某種作用下會(huì)呈現(xiàn)各向異性，能強(qiáng)烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通過其垂直分量，從而使入射的自然光變?yōu)槠窆饨橘|(zhì)的這種性質(zhì)稱為二向色性。）。偏振器件即可以用來使自然光變?yōu)槠矫嫫窆馄鹌?，也可以用來鑒別線偏振光、自

3、然光和部分偏振光檢偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作檢偏的偏振器件叫做檢偏器。實(shí)際上，起偏器和檢偏器是通用的。3.馬呂斯定律 設(shè)兩偏振片的透振方向之間的夾角為，透過起偏器的線偏振光振幅為A0，則透過檢偏器的線偏振光的振幅為A，A=A0cos，強(qiáng)度I=A2，I=A02cos2=02cos2=cos2 式中I0為進(jìn)入檢偏器前（檢偏器無吸收時(shí)）線偏振光的強(qiáng)度。這就是年馬呂斯在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的，所以稱馬呂斯定律。顯然，以光線傳播方向?yàn)檩S，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度將發(fā)生周期變化。 若入射光是部分偏振光或橢圓偏振光，則極小值部位。若光強(qiáng)完全不變化，則入射光是自然光或圓偏振光。這樣，根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，

4、可將線偏振光和自然光和部分偏振光區(qū)別開來。4橢圓偏振光、圓偏振光的產(chǎn)生；1/2波片和1/4波片的作用 當(dāng)平面偏振光同過1/2波片后，產(chǎn)生的仍是平面偏振光，但它與原入射光的夾角為2（為入射光振動(dòng)面與波片光軸的夾角，下同）； 當(dāng)平面偏振光同過1/4波片后，產(chǎn)生偏振光的性質(zhì)與相關(guān)： = 0時(shí)：出射光為振動(dòng)方向平行1/4波片光軸的平面偏振光。 = 2時(shí)：出射光為振動(dòng)方向垂直1/4波片光軸的平面偏振光。 = 4時(shí)：出射光為圓偏振光。 為其他值時(shí)，出射光為橢圓偏振光。 我們使平面偏振光通過1/2波片，1/4波片，產(chǎn)生各種性質(zhì)的偏振光，來研究它們的性質(zhì)以及它們之間的關(guān)系。原始數(shù)據(jù)記錄表1驗(yàn)證馬呂斯定律 偏振

5、片初始角度為218度偏振片角度 90847872666054484236角度余弦值200.0110.0430.0950.1650.2500.3450.4480.5520.655光電流強(qiáng)度0 0715274054698498偏振片角度3024181260-6-12-18-24角度余弦值20.7500.8350.9050.9570.98910.9890.9570.9050.835光電流強(qiáng)度111122130135137139139138132123偏振片角度-30-36-42-48-54-60-66-72-78-84角度余弦值20.7500.6550.5520.4480.3450.2500.165

6、0.0950.0430.011光電流強(qiáng)度1109883685439261570 從表中可知,當(dāng)偏振片角度余弦的平方值相同時(shí),光電流值也基本保持相同,這就說明光電流值與偏振片角度余弦的平方值相關(guān)。下面我們?nèi)”砀裰械那耙话霐?shù)據(jù)(即一組不同的角度和其對(duì)應(yīng)得光電流值作圖)，來觀察其關(guān)系 從圖中可見，光電流強(qiáng)度與角度余弦值的平方成線形關(guān)系，這也就驗(yàn)證了馬呂斯定律。2.線偏振光通過1/2波片時(shí)的現(xiàn)象和1/2波片的作用 1/2波片轉(zhuǎn)過角度初始102030405060708090檢偏器A轉(zhuǎn)過角度0202120202020201920由此可見,為達(dá)到消光,檢偏器轉(zhuǎn)過角度與1/2波片轉(zhuǎn)過角度保持一致。而若檢偏器固

7、定,將1/2波片轉(zhuǎn)過360度,會(huì)觀察到兩次消光；同樣地,若1/2波片固定,將檢偏器轉(zhuǎn)過360度,同樣會(huì)觀察到兩次消光。由此可見,線偏振光通過1/2波片后,它仍是線偏振光,只是發(fā)生了角度的改變而已。3用1/4 波片產(chǎn)生圓偏振光和橢圓偏振光。 波片轉(zhuǎn)20度時(shí)檢偏器角度01020304050607080光電流強(qiáng)度273646566572767774檢偏器角度90100110120130140150160170光電流強(qiáng)度686050403124201921檢偏器角度180190200210220230240250260光電流強(qiáng)度273545 556471767774檢偏器角度2702802903003

8、10320330340350光電流強(qiáng)度686050403124201921 下面通過作圖，來觀察二者的關(guān)系檢偏器角度01020304050607080光電流強(qiáng)度464138353434364044檢偏器角度90100110120130140150160170光電流強(qiáng)度495357596160585551檢偏器角度190200210220230240250260270光電流強(qiáng)度464138 353434364044檢偏器角度280290300310320330340350360光電流強(qiáng)度495357596161595551 波片轉(zhuǎn)45度時(shí) 此圖像與圓偏振光比較可知，1/4波片轉(zhuǎn)角為 4 時(shí)，產(chǎn)生

9、的是圓偏振光。 將此圖像與上一圖像進(jìn)行比較，即將1/4波片轉(zhuǎn)20度與轉(zhuǎn)40度時(shí)的圖像進(jìn)行比較：可知45度時(shí)光電流強(qiáng)度的最大值較小，最小值較大，最大值與最小值之差減小了。而且45度與20度時(shí)產(chǎn)生極值的角度值發(fā)生了變化。這些都是由于1/4波片角度發(fā)生了改變，使合成的偏振狀態(tài)也發(fā)生了改變?！痉治鲇懻摗?1 實(shí)驗(yàn)中獲得的數(shù)據(jù)與理想情況還是有一定的誤差。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室中，許多組實(shí)驗(yàn)在同時(shí)進(jìn)行，光是很敏感的，自己的儀器受其他實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的光的影響還是很大的。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)盡量擋住其他方向來的光，這樣使實(shí)驗(yàn)結(jié)果趨于理想。2 關(guān)于實(shí)驗(yàn)中零點(diǎn)的取值：我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)有連續(xù)的好幾個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值都是0，這樣就不好選取0點(diǎn)，所以就大致取中間的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)作為0點(diǎn)，最后統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)有時(shí)這個(gè)0點(diǎn)的選取還是有偏差的，所以在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中對(duì)個(gè)別零點(diǎn)進(jìn)行了調(diào)整?！舅伎碱}】1.答：當(dāng)=cos-133 時(shí)，透射光是入射自然光強(qiáng)的1/3； 當(dāng)=cos-133 時(shí)，透射光是最大透射光強(qiáng)的1/3，因?yàn)樽畲笸干涔鈴?qiáng)就 是入射自然光強(qiáng)。2.答：在相互正交的偏振片P1和P2中間插進(jìn)