偏振光的觀察與研究

1、. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告pb09214023葛志浩 pb09214047盧燾 2011-11-22 得分： 實(shí)驗(yàn)題目：偏振光的觀察與研究 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1觀察光的偏振現(xiàn)象，加深偏振的基本概念。 2了解偏振光的分類以及產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法，掌握馬呂斯定律。 3觀測(cè)布儒斯特角及測(cè)定玻璃折射率。 4觀測(cè)橢圓偏振光和圓偏振光。實(shí)驗(yàn)儀器：激光器，起偏器，檢偏器，硅光電池，1/4波片，光電流放大器，分束板。實(shí)驗(yàn)原理：一，偏振光的基本概念和分類 光的偏振是指光的振動(dòng)方向不變，或光矢量末端在垂直于傳播方向的平面上的軌跡呈橢圓或圓的現(xiàn)象。光有五種偏振態(tài)：自然光（非偏振光），線偏振光，部分偏振光，圓偏振光，橢圓偏振光二，產(chǎn)生偏振光的方

2、法： 1，利用光在界面反射和透射時(shí)光的偏振現(xiàn)象。 反射光中的垂直于入射面的光振動(dòng)（稱s分量）多于平行于入射面的光振動(dòng)（稱p 分量）；而透射光則正好相反。在改變?nèi)肷浣堑臅r(shí)候，出現(xiàn)了一個(gè)特殊的現(xiàn)象，即入射角為一特定值（稱為布雷斯特角）時(shí)，反射光成為完全線偏振光（s分量）。折射光為部分偏振光，而且此時(shí)的反射光線和折射光線垂直，這種現(xiàn)象稱之為布儒斯特定律。該方法是可以獲得線偏振光的方法之一。通過測(cè)量介質(zhì)的布雷斯特角可以得到介質(zhì)的折射率。 （1） 2，利用光學(xué)棱鏡，如尼科爾棱鏡，格蘭棱鏡等。 3，利用偏振片。三，改變光的偏振態(tài)的元件波晶片。 平面偏振光垂直入射晶片，如果光軸平行于晶片表面，會(huì)產(chǎn)生比較特殊

3、的雙折射現(xiàn)象，這時(shí)非常光e和尋常光o的傳播方向是一致的，但速度不同，因而從晶片出射時(shí)會(huì)產(chǎn)生相位差。 線偏振光垂直入射1/4波片，其振動(dòng)方向與波片光軸成角，則出射光的偏振態(tài)與的關(guān)系如下：1，時(shí)，出射光為線偏振光；2，時(shí)，出射光為圓偏振光；3，為其它值時(shí)，出射光為橢圓偏振光。利用偏振片可以由自然光得到線偏振光，利用1/4波片精品.可以由線偏振光得到圓偏振光和橢圓偏振光。四，馬呂斯定律： （2）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟：一，調(diào)節(jié)儀器和觀察消光現(xiàn)象。如圖（一）所示放置好實(shí)驗(yàn)儀器，旋轉(zhuǎn)p2，觀察出射光強(qiáng)的變化。 二，驗(yàn)證馬呂斯定律。如圖（二）所示放置好實(shí)驗(yàn)儀器，將p1度盤讀數(shù)調(diào)為0，旋轉(zhuǎn)p2，記錄p2度盤讀數(shù)和d

4、1，d2光電流讀數(shù)。三，根據(jù)布雷斯特定律測(cè)定介質(zhì)的折射率。如圖（三）所示放置好實(shí)驗(yàn)儀器，調(diào)節(jié)p1使d2讀數(shù)最小，再調(diào)節(jié)樣品角度使d2最小。 精品.四，產(chǎn)生和檢驗(yàn)圓偏振光和橢圓偏振光。如圖（四）所示放置好實(shí)驗(yàn)儀器，使p1和1/4波片光軸夾角分別為，旋轉(zhuǎn)p2，觀察d讀數(shù)變化。判斷1/4波片后出射光的偏振態(tài)。實(shí)驗(yàn)記錄及數(shù)據(jù)處理：一，觀察消光現(xiàn)象。 當(dāng)p1，p2光軸方向夾角為0時(shí)，出射光強(qiáng)最大，當(dāng)夾角由0變化至?xí)r，光強(qiáng)逐漸減小，在夾角達(dá)到時(shí)出現(xiàn)消光現(xiàn)象。二，驗(yàn)證馬呂斯定律。 ，測(cè)量值以及相應(yīng)的和的計(jì)算值如下表所示 01.0000.9330.7500.5000.2500.0670.000（ua）16.0

5、16.016.016.016.016.016.0（ua）16.816.012.38.24.51.3 0.11.0501.0000.7690.5120.2810.0810.006精品.利用origin做出曲線如下圖所示：由上圖可知在誤差允許的范圍內(nèi)與成正比，即驗(yàn)證了馬呂斯定律。三，根據(jù)布雷斯特定律測(cè)定介質(zhì)的折射率。 六次測(cè)得的布雷斯特角分別為精品.取置信概率p=0.95， 則 故 玻璃折射率 故有 ， 對(duì)兩邊取微分， 得 ，寫成不確定度符號(hào)， 得 。 從而 四，產(chǎn)生和檢驗(yàn)圓偏振光和橢圓偏振光。 取不同值時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)p2，出射光強(qiáng)變化現(xiàn)象及相應(yīng)的1/4波片后出射光的偏振態(tài)如下表所示：0出射光強(qiáng)變化情況

6、光強(qiáng)變化且消光光強(qiáng)變化不消光光強(qiáng)不變光強(qiáng)變化不消光光強(qiáng)變化且消光1/4波片后出射光偏振態(tài)線偏振光橢圓偏振光圓偏振光橢圓偏振光線偏振光實(shí)驗(yàn)總結(jié)： 本次實(shí)驗(yàn)的誤差主要是由儀器的精度誤差和估讀誤差造成的，在誤差允許的范圍內(nèi)，并不影響對(duì)馬呂斯定律的驗(yàn)證以及對(duì)偏振光各種性質(zhì)的觀察和研究。通過這次實(shí)驗(yàn)，我們加深了對(duì)偏振光的各種概念，性質(zhì)的理解，掌握了利用布雷斯特定律測(cè)量介質(zhì)折射率的方法。此外，通過這次實(shí)驗(yàn)，我們熟悉了自主設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)的方法和流程，提高了我們的自主創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)的技巧。本次實(shí)驗(yàn)最大的遺憾就是我們?cè)?jì)劃是在設(shè)計(jì)完實(shí)驗(yàn)步驟后，先用仿真實(shí)驗(yàn)做一遍檢驗(yàn)方案是否可行，然后再用真實(shí)實(shí)驗(yàn)再做一遍，以便二者

7、互補(bǔ)。只可惜由于實(shí)驗(yàn)室儀器不夠，真實(shí)實(shí)驗(yàn)無法進(jìn)行。雖然仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，檢驗(yàn)物理性質(zhì)，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)定律這些目的都能達(dá)到但是畢竟不是真正動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)，對(duì)于真實(shí)實(shí)驗(yàn)操作過程中的一些困難，技巧我們無法完全掌握，不利于我們動(dòng)手能力的提高，因此，今后如果有機(jī)會(huì)的話我們希望能做一遍偏振光的觀察和研究的真實(shí)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后的一些思考：1，如何辨別自然光和圓偏振光？精品.如圖（五）所示，讓待測(cè)光先后通過 1/4波片和偏振片p，轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片p的光軸角度，如果光屏上的光強(qiáng)不變，則待測(cè)光為自然光，若光屏上的光強(qiáng)變化，并且出現(xiàn)消光現(xiàn)象，則待測(cè)光為圓偏振光。2，如果將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（四）中的1/4波片改為1/2波片，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象如何？ 在這種情況下，無論取何值，轉(zhuǎn)動(dòng)p都會(huì)出現(xiàn)光強(qiáng)變化且每出現(xiàn)消光的現(xiàn)象，因?yàn)槌錾涔馐冀K為線偏振光。本次實(shí)驗(yàn)的任務(wù)分工：一，實(shí)驗(yàn)前兩人分別搜集關(guān)于偏振光實(shí)驗(yàn)的資料，各自寫一份實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，然后一起將兩份方案整合成為一份實(shí)驗(yàn)方案