光偏振的研究实验报告.docx

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光偏振的研究实验报告

福建工程学院

实验报告

专业：

班级：

座号：

姓名：

日期：

实验题目

物理仿真实验——光偏振的研究

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

实

验

报

告

内

容

一、实验目的：

1.观察光的偏振现象，巩固理论知识。

2.了解产生与检验偏振光的元件与仪器。

3.掌握产生与检验偏振光的条件和方法。

二、实验仪器：

本实验的实验仪器有中央调节平台和两臂调节机构、半导体激光器和电源、格兰棱镜、光电倍增管探头及电源、各种调节机构以及光电流放大器。

三、实验原理：

偏振光的概念和产生：

光具有矢量性——光是一种横波：

（K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。

在各种同性的介质中S与K同向。

在各向异性的介质中S与K不同向）。

2．改变偏振态的方法和器件

常见的起偏或检偏的元件构成有两种：

1.光学棱镜。

如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的；

2.偏振片。

它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光.

马吕斯定律：

马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1=I0cos2α，其中的α是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角：

本次实验中我们用两块格兰棱镜充当起偏器和检偏器，通过硅光电池的响应电流检测偏光强度的方法来验证马吕斯定律。

由于

则

若n1为空气，则tgi0=n2，这样，当介质折射率一定时，i0就唯一地被确定。

波晶片：

又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo,ve不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π（n0-n1）d/λ，若满足（ne-no）d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足（ne-no）d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足（ne-no）d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。

3．借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态

1.只用检偏器（转动）：

对于线偏光可以出现极大和消光现象。

对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。

对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。

2.用1/4波晶片和检偏器（转动）：

对于非偏光（自然光）各方向光强不变。

对于圆偏光出现消光现象（原因）。

对于部分偏光仍出现极大和极小现象。

对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。

本实验原理共分三项：

（1）偏振光原理

演示各种相位差的椭圆运动，可以调节X方向和Y方向上的振幅。

按下“暂停”键可以暂停动态演示，按下“继续”键可以取消暂停。

观察完毕后，按“返回”键退回主窗口。

（2）偏振片性质

演示没有偏振片和两块偏振片的透振方向成不同角度下，光波通过的动态图象，按下“暂停演示”可以暂停动态的演示。

（3）椭圆偏振光

演示光波通过波晶片后的出射的光波的图象，可以调节波晶片的快轴和慢轴的旋转角度。

按下“动态演示”键后，进入三维的动态演示画面，在动态画面上任意点击鼠标可以暂停或继续画面的动态演示。

看完波晶片的性质的演示之后，按“返回”键回到主窗口。

四、实验步骤：

内容一：

起偏

将激光束投射到屏幕上，插入一偏振片。

使偏振片在垂直与光束的平面内旋转，观察光强变化，判断从激光器中出射的光的偏振状态。

内容二：

消光

在第一片偏振片和屏幕之间加入第二块偏振片，将第一片固定，旋转第二片，观察实验现象。

是否能找到一个位置使光完全消失，此时两片偏振片之间有什么关系？

鉴别线偏振光的方法你可以总结出来吗？

内容三：

三块偏振片的实验

使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，解释为什么这时有光通过，第三块偏振片取什么位置时能使光最强？

最弱？

内容四：

圆偏光和椭圆偏振光的产生

a.按光路图使偏振片A和B的偏振轴正交（消光）。

然后插入一片λ/4波长片C（实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心）。

b.以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360度观察现象。

c.再将C从消光位置转过15、30、45、60、75、90度，每次都将B转过360度，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。

内容五：

区分圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光

通过以上手段，可以一般区分开线偏振光和其他状态的光，但是对圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光之间用一片偏振片是无法将它们区分开的。

如果再提供一片λ/4波长片C加在检偏的偏振片前，就可以鉴别它们。

利用所给的光源和装置，学习自己设计方法鉴别不同光源：

a.圆偏振光与自然光。

b.椭圆偏振光与部分偏振光。

c.判断光源中的圆偏振光为左旋还是右旋。

用简洁的语言说明原理、步骤，记录观察的现象，并加以解释。

4．显示光屏

5．返回

实验完成之后，可以选择主菜单中的“返回”一项，退出实验平台。

五、实验数据的记录和处理：

内容一、二：

偏振片

P转一周,透射光强是否变化?

P转动一周,出现几次消光?

入射光偏振态

放一个

否

0

未发生偏振

放二个

是

4

发生偏振

总结：

当发生小光现象时，两偏振片间的小孔互相垂直。

因此，要检测偏振光，只需检验该光线是否能够发生偏振现象即可。

内容三：

当实验中的两块偏振片处于消光状态（即小孔互相垂直时），在此二块偏振片间加入第三块偏振片时，随着小孔角度的改变，光屏上会呈一定规律地出现光线。

规律：

当中间的偏振片小孔与其他任一偏振片小孔平行时，光屏上的光线完全消失；当中间偏振片小孔与其他小孔成一定角度时，光屏上有光线；当中间小孔与其他偏振片小孔均成

的时候，光屏上光线强度最大。

内容四：

1/4玻片转角

P2转一周,透射光强是否变化?

P2转一周,出现几次消光?

入射光偏振态

0°

是

2

发生偏振

15°

是

0

发生偏振

30°

是

0

发生偏振

45°

否

0

未发生偏振

60°

是

0

发生偏振

75°

是

0

发生偏振

90°

是

2

发生偏振

内容五：

仿造本实验中的实验内容一、二、三步骤对各组光源进行检验，根据实验结果来判断光源是否属于偏振光。

六、光的偏振的应用：

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，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。

在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。

要通过取景器一边观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。

当观察到被摄物体的反光消失时，既可以停止转动镜面。

　　2.摄影时控制天空亮度，使蓝天变暗。

　　由于蓝天中存在大量的偏振光，所以用偏振镜能够调节天空的亮度，加用偏振镜以后，蓝天变的很暗，突出了蓝天中的白云。

偏振镜是灰色的，所以在黑白和彩色摄影中均可以使用。

　　3.使用偏振镜看立体电影

　　在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜,这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。

　　当然,实际放映立体电影是用一个镜头,两套图象交替地印在同一电影胶片上,还需要一套复杂的装置.

光在晶体中的传播与偏振现象密切相关，利用偏振现象可了解晶体的光学特性，制造用于测量的光学器件，以及提供诸如岩矿鉴定、光测弹性及激光调制等技术手段。

七、实验心得：

本实验为物理仿真实验，第一次把实验室搬回宿舍。

没有书本那样直接的媒体可以参考资料，一切资料都是在实验过程中一遍探索一遍总结出来的。

结果发现这样的仿真实验虽然所用的时间比以往实验要长，但是我们的知识面会比以往要拓宽许多。

教师评定

签字：

年月日