偏振光实验报告

1、实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：实验时间一、实验室名称：偏振光实验室 二、实验项目名称：偏振光实验 三、实验学时：四、实验原理：光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面 动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光（如自然光）偏，用以起偏的装置或元件叫起偏器。（一）线偏振光的产生非金属表面的反射和折射光线斜射向非金属的光滑平面（如水、木头、玻璃等）时，反射光和折射光都会产生振现象偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质当入射角是某一数值而反射光为 线偏振光时，该入射角叫起偏角。起偏角的数值 与反射物质的折射率 n 的关系是：tan n（1）称为布如斯

2、特定律，如图 1 所示。根据此式，可以简单地利用玻璃起偏，也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质，一般起偏角在53 度到 58 度之间。用多层玻璃组合成的玻璃堆，能得到很好的透射线偏振光，振动方向平行于入射面的。图 1图 2偏振片线偏振光，如图 2 所示。分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180 度，用它可得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。图 3片3 （b）表示旋转P，无全暗位置，但光强变化，为部分偏振光c）表示旋转P，为线偏振光。（二）圆偏振光和椭圆偏振光的产生这时，非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的，但速度不同，因而从晶片出射时会产生相位差 (n00n )de（2）式中表

3、示单色光在真空中的波长，n 和n 分别为晶体中o 光和e光的折射率，d 为0oe晶片厚度。如果晶片的厚度使产生的相位差 1 (2k 1) ，k=0，1，2，这样的晶片称21/4min 4(no0n e。线偏振光通过1/4 波片后，透射光一般是椭 0 或 波片可将线偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成线偏振光。如果晶片的厚度使产生的相差 (2k ，k=0，1，2，这样的晶片称为半波片，其最小厚度为dmin 2(n0 。如果入射线偏振光的振动面与半波片光轴的交角为)oe ，则通过半波片后的光仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过2 角。如果晶片的厚度使产

4、生的相差 2k 其最小厚度为dmin0n no。从该波片透射的光为线偏振光。（三）线偏振光通过检偏器后光强的变化I0的线偏振光通过检偏器后的光强I 为I Icos2 （3）0式中， 为线偏振光偏振面和检偏器主截面的夹角3）式为马吕斯Malus）它表示改变角可以改变透过检偏器的光强。当起偏器和检偏器的取向使得通过的光量极大时，称它们为平行（此时= 00。当二者的取向使系统射出的光量极小时，称它们为正交（= 90。（四）布儒斯特角角叫起偏角，又称布儒斯特角。tg n /n21以自然光入射两种介质的界面，其反射光和折射光通常都是部分偏振光。五、实验目的：（一）理解光的各种偏振特性；（二）学会鉴别圆偏

5、振光、线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光；（三）验证马吕斯定律；（四）通过测布儒斯特角求材料的相对折射率。六、实验内容：（一）观察起偏和消光现象；（二）鉴别圆偏振光、线偏振光、椭圆偏振光和部分偏振光；（三）验证马吕斯定律；（四）了解 1/4 波片和 1/2 波片的作用；（五）通过测布儒斯特角求材料的相对折射率。七、实验器材（设备、元器件：1 2 个、1/4 1 1/2 波1 1 个，布儒斯特角专用旋转工作台和转动支架1 光学导轨（两组合用1 套。八、实验步骤：到达传感器的中心。（一）观察起偏和消光现象。面内转动，观察透过光强的变化，并据此判断激光束（光源）的偏振情况。振片，观察现象，能否找到一个

6、消光位置，此时两偏振片的位置关系怎样？（二）验证马吕斯定律1111。首先在光源后放上P ，使激光束垂直通过P 中心，旋转P 112强最强（光电流的读数应在201500之间，记下P1 的角度坐标，再在P1 之后加入P ，使2光线垂直通过P2和的夹角为 =0或 180，保持P1不动，旋转P，每隔 10记录一次对应的光强值I22，直到旋转 180。注意光强测试仪的读数与光强成线性关系，但没有定标， I 不代表绝对光强，可以不写单位。（三）1/4 波片和 1/2 波片的作用/4波片的作用：121。保持P1 不动，记下P1 的度数，旋转P2 到看到消光现象， 记下P2 的度数，然后在P P 1/4 波片

7、C ，并使C 转动到再次出现消光现象，记C1 C1 15、30、45、60、时，每次都将 P2 逐步旋转 360，观察其间光强的变化情况，试问能看到几次光强极大和极小的现象？各次之间有无变化？为什么？并说明各次由C1 12121/2 波片的作用数据记录表见表 13。保持P1 不动，记下P1 的度数，旋转P2 到看到消光现象。在P1 和P2 1/2 360，能看到几次消光？1/2 波片任意转过一个角度，破坏消光现象，再将P2 360光？P2接收屏光源i0i0图 11. 测量布鲁斯特角p2改变1/2 波片的光轴与激光通过P1 后偏振方向之间夹角 的数值使其分别为15 3045607590，把P2

8、P2接收屏光源i0i0图 11. 测量布鲁斯特角p2（四）通过测布儒斯特角求材料的相对折射率要测量玻璃的相对折射率，首先要测出空气中平面玻璃的布儒斯特角。为此，必须在光具座上安装旋转工作台和转动支架。参考图11，具体步骤如下：在光具座上装一个移动座，其后再放入再把旋转工作台装入到专用移动座上，把接收 屏装入旋转支架的末端，把偏振片装在工作台 与接收屏之间。在移动座上装上光源。并调整反射光、偏振片光轴、接收器光轴在同一平面内。砖固定。使反射面垂直于入射光，读下此时工作台度数io。i1143 i1 平均值。i ili i 为所测得布儒斯特角。由此公式求出相对折射率：022tg i =n /n n

9、=n tg i221式中 n n 为空气的折射率，值为 （n 是多少位有效数字？）1211九、实验数据及结果分析：（一）观察起偏和消光现象 化，根据光源判断已起偏得到偏振光。2 次最强的现象，在消光位置，此时两偏振片的位置相互垂直。（二）验证马吕斯定律P1=3020，P2=_3450 P1 和P2 0102030405060708090光电流 I797780743693630534413240838P1 和P2 100110120130140150160170180光电流 I计算 cos2 值30130310470574667731768785P1 和P2 010203040506070809

10、0光电流 I797780743693630534413240838cos1.000.9850.9400.8660.7660.6430.5000.3400.1740.00cos2 1.000.9700.8830.7500.5870.4130.2500.1170.0300.00I I cos2 曲线图，并分析曲线的含义。I光电流 I和和之间的夹角的关系图/度从图中可以看出光电流 II余弦函数关系。随着有小变大其值由最大变为零又变为最大，变化形式为I cos2 关系图由cos2 I 可知道cos2 I 成线性关系。（三）1/4 波片的作用cos2 P 0oP192.5o波片C414 90oC由消光位

11、置分别再转过0o15o30o45o60o75o90oI总结 1/4 波片的作用：答：1/4 波片可将线偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成线偏振光（四）1/2 波片的作用P1 和P2 1/2 波片后的光仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过角。1/2 波片任意转过一个角度，破坏消光现象，再将P2 3600光？为什么？答：能看到两次消光。如果入射线偏振光的振动面与半波片光轴的交角为 ，则通过半波片后的光仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光的振动面转过2 角。1/2 波片的快（或慢）轴与激光振动方向之间夹角的数值，使其分别为150、表1 31/2 波片数

12、据记录表P1=360，P2=126表1 31/2 波片数据记录表P1=360，P2=1260，1/2 波片C2=_950 P2：(2)30203320503506409301250p20153045607590P2 所在的消(位置 1)1260156018402150245027403030解释上面实验结果，并由此总结出 1/2 波片的作用。 偏振光，不改变入射光的偏振性质，但其振动面相对于入射光的振动面转过角。（五）通过测布儒斯特角求材料的相对折射率测量次数123io2.01.51.0i158.059.157.0i= i1- io56.057.656.0由公式i=i1- io 和 tgi=n

13、2/n，求材料的相对折射率和相对误差。i i i11i 56.0 57.6 56.0 56.503玻璃材料折射律：P2360P2360 o,几次极小各次之间光强变化明显程度2各2次各2次0次2各2次各2次很明显较明显不明显无变化不明显较明显很明显C线偏振椭圆椭圆圆偏振椭圆椭圆1透出光的偏振性质线偏振2 tgi tgi tg 56.5 1.51n-n测100% 1.51-1.45845100% 3.5%n2n标十、实验结论：1.458451、本实验通过偏振片观察到了起偏和消光现象。1/41/4 = /4时则为圆偏振光； =0 或 /2掌握了 1/2的交角为 ，则通过半波片后的光仍为线偏振光，但其振动面相对于入射光转过2 。验证马吕