偏振光实验Word格式文档下载.docx

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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A0，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A

A=A0cosα

强度为I：

式中I0为进入检偏器前（偏振片无吸收时）线偏振光的强度。

（1）式是1809年马吕斯在实验中发现，所以称马吕斯定律。

显然，以光线传播方向为轴，转动检偏器时，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，则极小值不为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波片的作用当线偏振光垂直射乳一块表面平行于光轴的晶片时，若其振动面与晶片的光轴成a角，该线偏振光将分为e光、o光两部分，它们的传播方向一致，但振动方向平行于光轴的e光与振动方向垂直于光轴的o光在晶体中传播速度不同，因而产生的光程差为：

位相差为：

式中ne为e光的主折射率，no为o光的主折射率（正晶体中，d＞0，在负晶体中d＜0）。

d为晶体的厚度，如图4所示。

当光刚刚穿过晶体时，此两光的振动可分别表示如下：

式中Ae=Acosa，Ao=Asina，由（3）中的两式消去t，得轨迹方程

这是个一般的椭圆方程。

当改变厚度d时，光程差Δ亦改变。

（1）

这是直线方程，故出射光为平面偏振光，与原入射光振动方向相同，满足此条件之晶片叫全波片。

光通过全波片不发生振动状态的变化。

（2）

出射光也是平面偏振光，但与原入射光夹角为2a，满足此条件的晶片叫1/2波片，或半波片，平面偏振光通过半波片后，振动面转过2a角，若a=45°

，则出射光的振动面与入射光的振动面垂直。

（3）

出射光为椭圆偏振光，椭圆的两轴分别与晶体的主截面平行及垂直，满足此条件的晶片叫1/4波片。

1/4波片是作偏振光实验重要的常用元件。

若Ae=A0，于是，出射光为圆偏振光。

由于o光和e光的振幅是a的函数，所以通过1/4波片后的合成偏振状态也将随角度a变化而不同。

当a=0°

时，出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。

当a=p/2时，出射光为振动方向垂直于光轴的平面偏振光。

当a=p/4时，出射光为圆偏振光。

当a为其它值时，出射光为椭圆偏振光。

【实验内容】

一、验证马吕斯定律。

1，将万用表调到直流电压挡，记录其U0值。

2，打开激光管电源，调节共轴。

3，取下1/4玻片。

4，旋转P2至电压U值最大处停。

（P1、P2平行状态，0为0）记录P2所处的位置和U值。

5，旋转P2一周，每间隔15记录一次U值。

6，作0—（U-U0）图。

二、验证椭圆偏振光（含圆偏振光）。

1，未放置1/4玻片前，调节P2至电压U至最小处停，记录此时P2所处的位置。

2，P1、P2中间放入1/4玻片，旋转1/4玻片至电压U值最小处停，记录1/4玻片此时所处的位置（1/4玻片与P1平行，α=0）。

3,旋转P2一周，每间隔15记录一次U值。

4，改变α角（1/4玻片与P1的夹角）为30、45。

分别旋转P2一周，每间隔15记录一次U值。

5，分别画出α=0、30、45时的0—（U-U0）极坐标图。

【数据记录及处理】

1，验证马吕斯定律。

（U0=0.244V、P2=33、U=0.437V）

旋转角度

15

30

45

60

75

90

105

120

U（V）

0.437

0.434

0.429

0.419

0.404

0.378

0.347

0.372

0.4

U-U0（V）

0.193

0.19

0.185

0.175

0.16

0.134

0.103

0.128

0.156

135

150

165

180

195

210

225

240

255

0.418

0.428

0.433

0.432

0.403

U-U0（V）

0.174

0.184

0.189

0.188

0.159

270

285

300

315

330

345

360

0.377

0.346

0.375

0.401

0.435

0.133

0.102

0.131

0.157

0.121

2,验证椭圆偏振光（含圆偏振光）。

（P1=102、P2=303）

0.343

0.37

0.398

0.415

0.425

0.431

0.099

0.126

0.154

0.171

0.181

0.187

0.417

0.416

0.43

0.173

0.172

0.186

0.399

0.3373

0.155

0.129

0.412

0.405

0.423

U-U0（V）

0.168

0.161

0.179

0.424

0.41

0.18

0.166

0.422

0.426

0.427

0.42

0.413

0.178

0.182

0.183

0.176

0.169

0.414

0.17

0.411

0.167

【思考及讨论】

1，片用支架安置于光具座上，正交后消光，一片不动，另一片的两个表面转换180º

，会有什么现象？

如有出射光，是什么原因？

答：

在转的过程中有出射光产生，且出射光的强度变化是：

由小变大，变到最大，然后逐渐减小到零。

在另一片的2个表面转180º

的过程中，即两偏振片的透振方向之间的夹角α由90º

变为270º

，由马吕斯定律：

I=Ao²

cos²

α=Iocos²

α 

可知有出射光射出，且光强变化过程是：

增大——最大——减小——零。

（α为180º

时，出射光强度最强）。

2.，两片正交偏振片中间再插入一偏振片会有什么现象？

怎样解释？

若插入的偏振片跟两个正交的偏振片中其中一个平行，没有出射光产生，因为插入的偏振片对光的选择没有产生影响；

若插入的偏振片不跟两个正交的偏振片平行，则有出射光产生，因为透过插入的偏振片出来的光的振动方向跟插入的偏振化方向一致，跟后面的偏振片不垂直，因此有出射光产生。

3，光的偏振现象揭示了光波的什么性质？

列举几个偏振光的应用？

答：

光的偏振揭示了光的波动性。

应用：

1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光。

在拍摄表面光滑的物体，在拍摄时加用偏振镜，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。

2.使用偏振镜看立体电影。

3.汽车使用偏振片防止夜晚对面车灯晃眼。

4、生物的生理机能与偏振光。

沙漠中有一种蚂蚁，它能利用天空中的紫外偏光导航，因而不会迷路。