偏振光特性的研究实验报告.docx

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偏振光特性的研究实验报告

偏振光特性的研究实验报告

篇一：

偏振光特性的研究

　　光学设计性实验论文

　　偏振光特性的研究摘要：

实验目的：

（一）学习用光电转换的方式测定相对光强,验证马吕斯定律。

（二）研究1/4波片的光学特性

　　（三）研究半导体激光器的偏振特性（测出其偏振度）（四）研究物质的旋光特性

　　（五）观看石英晶体的旋光特性和测量旋光度（六）观看旋光色散，并说明现象实验要求：

（一）把握各类偏振光的特性。

（二）学会分辨各类偏振光。

（三）了解偏振光干与和双折射现象

　　关键词：

　　偏振、马吕斯定律、1/4波片、偏振特性、偏振度、旋光特性、旋光色散。

引言：

　　光的干与和衍射现象揭露了光的波动性质，而光的偏振现象进一步验证了光波是横波。

咱们研究偏振现象不仅能够熟悉光的电磁波性质，而且能够对光的传播规律有许多新的熟悉。

　　实验原理：

　　1．偏振光的种类

　　光是电磁波，它的电矢量E和磁矢量H彼此垂直，且又垂直于光的传播方向．通经常使用电矢量代表光矢量，并将光矢量和光的传播方向所组成的平面称为光的振动面．按光矢量的不同振动状态，能够把光分为五种偏振态：

如光矢量沿着一个固定方向振动，称为线偏振光或平面偏振光；如在垂直于传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等，那么称为自然光；若是有的方向光矢量的振幅较大，有的方向振幅较小，那么称为部份偏振光；若是光

　　矢量的大小和方向随时刻作周期性的转变，且光矢量的结尾在垂直于光传播方向的平面内的轨迹是圆或椭圆，那么别离称为圆偏振光或椭圆偏振光．

　　能使自然光变成偏振光的装置或器件，称为起偏器；用来查验偏振光的装置或器件，称为检偏器．

　　2．线偏振光的产生

（1）反射和折射产生偏振

　　依照布儒斯特定律，当自然光以ib?

arctann的入射角从空气或真空入射至折射率为n的介质表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面，而透射光为部份偏振光，ib称为布儒斯特角．

　　若是自然光以ib入射到一叠平行玻璃片堆上，那么通过量次反射和折射最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光．玻璃片的数量越多，透射光的偏振度越高．

（2）偏振片

　　它是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的．当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光大体上为线偏振光．（3）双折射产生偏振

　　当自然光入射到某些双折射晶体（如方解石、石英等）时，经晶体的双折射所产生的寻常光（o光）和超级光（e光）都是线偏振光．3．波晶片

　　波晶片简称波片，它一般是一块光轴平行于表面的单轴晶片，一束平面偏振光垂直入射到波晶片后，便分解为振动方向与光轴方向平行的e光和与光轴方向垂直的o光两部份（如图1所示）．这两种光在晶体内的传播方向尽管一致，但它们在晶体内传播的速度却不相同（为么?

）．于

　　是，e光和o光通过波晶片后就产生固定的相位差?

　　，

　　即

　　?

　　?

　　2?

　　?

　　（ne?

no）l

　　式中?

为入射光的波长，l为晶片的厚度，ne和，no别离为e和o光的主折射率。

　　关于某种单色光，能产生相位差

　　?

?

（2k?

1）

　　?

　　2的波晶片，称为此单色光的1／4波片；能产

　　生?

?

（2k?

1）?

的晶片，称为1／2波片；能产生?

?

2k?

波晶片，称为全波片．通常波片用云母片剥离成适当厚度或用石英晶体研磨成薄片．由于石英晶体是正晶体，其o光比e光的速度快，沿光轴方向振动的光（e光）传播速度慢，故光轴称为慢轴，与之垂直的方向称为快轴．关于负晶体制成的波片，光轴确实是快轴．

　　4．平面偏振光通过各类波片后偏振态的改变

　　由图1可知一束振动方向与光轴成?

角的平面偏振光垂直入射到波片上后，会产生振动方向彼此垂直的e和o光，其E矢量大小别离为Ee?

Ecos?

、Eo?

Esin?

，通过波片后，二者产生一附加相位差．离开波片时合成波的偏振性质，决定于相位差?

和?

．若是入射线偏振光的振动方向与波片的光轴的夹角为0和?

/2，那么任何波片对它都不起作用，即从波片出射的光仍为原先的线偏振光．而若是?

不为0或?

/2，线偏振光通过1／2波片后，出来的也仍为线偏振光，但它振动方向将旋转2?

，即出射光和入射光的电矢量对称于光轴．线偏振光通过1／4波片后，那么可能产生线偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光，这取决于入射线偏振光振动方向与光轴夹角?

.5．偏振光的辨别

　　鉴他人射光的偏振态须借助于检偏器和1／4波片．使入射光通过检偏器后，检测其透

　　射光强并转动检偏器：

假设显现透射光强为零（称“消光”）的现象，那么入射光必为线偏振光；假设透射光的强度没有转变，那么可能为自然光或圆偏振光（或二者的混合）；假设转动检偏器，透射光强虽有转变但不显现消光现象，那么入射光可能是椭圆偏振光或部份偏振光．要进一步作出辨别，那么须在入射光与检偏器之间插入一块1／4波片．假设入射光是圆偏振光，那么通过1/4波片后将转变成线偏振光（什么缘故?

），转动检偏器时就会看到消光现象；不然，确实是自然光．假设入射光是椭圆偏振光，当1／4波片的慢轴（或快轴）与被检的椭圆偏振光的长轴或短轴平行时，透射光也为线偏振光（什么缘故?

），于是转动检偏器也会显现消光现象；不然，确实是部份偏振光．

　　实验进程：

（一）观看光的偏振现象、起偏和检偏实验步骤：

　　一、调整偏振光实验仪。

　　二、在光源和接收器之间放置起偏器、检偏器，旋转检偏器观看到光强发生转变，由偏振片转盘刻度可知，当起偏器、检偏器的偏振方向平行时，光最强，偏振方向垂直时，光最暗。

　　3、将检偏器旋转一周，光强转变四次，两明两暗。

实验结论：

　　光通过起偏器后成为偏振光。

（二）学习用光电转换的方式测定相对光强,

验证马吕斯定律实验步骤：

　　一、将激光器、起偏器、检偏器、功率指示计光探头依次排列。

二、将激光器、功率指示计探头别离与功率指示计相连。

　　3、打开功率指示计电源，激光输出。

调整激光指向和各架子的高度，使激光从两个偏振片的中心通过，进入功率指示计探头。

　　4、旋转检偏器，记录下角度与功率的关系曲线，以验证马吕斯定律。

　　实验数据处置：

　　实验分析：

　　在误差许诺范围内，I0的散布曲线知足余弦曲线，即马吕斯定律得证。

篇二：

大学物理实验报告系列之偏振光的分析

　　大学物理实验报告

　　若是使检偏器的透振方向与暗方向平行，1/4波片与检偏器透振方向垂直或平行。

现象：

两次亮光，两次消光结论：

椭圆偏振光

　　【小结与讨论】

　　1.实验测的了632.8nm时玻璃对空气的折射率为1.5399。

　　2.单色自然光通过起偏器和检偏器，旋转检偏器一周，发觉光电流相应显现两次消

　　光现象，是分析其缘故。

　　答：

当检偏器的偏振化的方向和检偏器的偏振化的方向为

　　2

　　?

?

　　和时，依照马吕斯定23

　　律I?

I0cos?

可知，显现两次光强为零的情形，即光电流显现了2次消光现象。

3.自己设计实验进行了几种偏振光的查验的工作，弄清了几种偏振光的区别，和如何取得他们。

篇三：

宋柯佳XX210566光偏振实验报告

　　光偏振实验报告

　　宋柯佳

　　（北京邮电大学，XX211119班，XX210566）

　　摘要：

归纳地陈述论文研究的目的、方式、结果、结论。

论文介绍了光的偏振现象，而且给出了经常使用的起偏振和检偏振方式。

通过实验数据给出了圆偏振和椭圆偏振的实验现象和产生方式。

实验通过光功率计的示数显示光通过偏振片后的强度，验证了马吕斯定律。

通过改变两个偏振片的角度和四分之一玻片，产生了椭圆偏振光和圆偏振光。

光的偏振性证明了光是横波，人们通过对光的偏振性质的研究，更深刻地熟悉了光的传播规律和光与物质的彼此作用规律。

　　关键词：

光偏振；马吕斯定律；起偏振；检偏振中图分类号：

（作者本人填写）文献标识码：

A

　　Opticalpolarizationtestreport

　　SongKejia

　　（BeijingUniversityofPostsandTelecommunications）

　　Abstract：

Thispaperintroducesthephenomenonofpolarizationofthelight,andgivesthecommonlyusedmethodspolarizerandan

　　analyzer.Throughexperimental

　　datashowscircular

　　polarizationandelliptical

　　polarizationexperimentalphenomenaandmethodsofproduction.ThroughthepowermetershowsthenumberofexperimentsshowthestrengthofthelightthroughapolarizerafterverifiedMaluslaw.Bychangingtheangleofthepolarizerandaquartertwoslides,produceellipticalpolarizedlightandcircularlypolarizedlight.Polarizationofthelightwavealoneproved,people

　　throughthe

　　polarizationproperties

　　oflight,a

　　deeper

　　understandingof

　　lightpropagationandlight-matterinteractionlaw

　　Keywords:

Opticalpolarization；Maluslaw；Polarizing；Ananalyzer

　　引言

　　光是电磁波，可用两个彼此垂直的振动矢量—

　　正文1实验原理

　　1．1光的偏振态

　　光波有5种偏振态，别离是：

线偏振，圆

　　偏振，椭圆偏振，自然光和部份偏振光。

1．2布儒斯特角

　　当光线以角度θB=arctan（n1/n2）

　　n1入射时，P光的反射率为0，如此反射光为线偏振光。

当光线以θB入射到波片堆上，通过量次反射透射后，取得的光是部份偏振光。

　　1．3偏振片

　　当光的电矢量与晶体的光轴平行时，光被晶体吸收的较少，而电矢量与光轴垂直时，

　　—电矢量E和磁矢量H表征。

因物质与电矢量的作用大于对磁矢量的作用，适应上称E矢量为光矢量，代表光振动。

　　光在传播进程中碰到介质发生反射、折射、双折射或通过二向色性物质时，本来具有随机性的光振动状态就会起转变，发生各类偏振现象。

假设光振动局限在垂直于传播方向的平面内，就形成平面偏振光，因其电矢量结尾的轨迹成一直线，通称线偏振光；假设只是有较多的电矢量取向于某固定方向，称作部份偏振光。

再者，若是一种偏振光的电矢量随时刻作有规律的变更，它的结尾在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆形，这种偏振光确实是椭圆偏振光或圆偏振光。

实验日期：

XX-05-19

　　作者简介：

宋柯佳（1993）,女，学生，本科，skjlike3@hotmail

　　光被吸收的较多。

　　当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与φ相关：

　　1．4波晶片

　　φ=0°时：

出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。

单轴晶体内部，光被分成偏振方向不同的两

　　φ=90°时：

出射光为振动方向垂直1/4波片光轴束，他们的折射率不同。

如此，假设光沿垂直

　　的平面偏振光。

　　光轴而且同时恰好垂直晶体表面方向入射时，

　　φ=45°时：

出射光为圆偏振光。

　　两束光的方向都不变，可是他们的相位却出

　　φ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。

　　现了不同。

波晶片经常使用的有λ/2和λ/4两种。

别离指两个偏振方向的光的光程差

　　2观看半导体激光光强随检偏器转过角度的转变

　　最大光强：

2.82检偏器角度：

277°最小光强：

0.05检偏器角度：

187°

　　3验证马吕斯定律

　　依照马吕斯定律，强度为I0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：

I=I0cos2θθ为入射偏振光的偏振方向与检偏器偏振轴之间的夹角，显然当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I将发生周期性转变。

当θ=0时，透射光强最大；当θ=90时，透射光强为极小值（消光状态），当θ　　Θ（°）

　　908070605040302010光强I

　　0.1

　　0.3

　　0.60.91.21.51.71.3

　　2

　　3

　　7

　　5

　　6

　　87

　　由图能够看出，光强和角度的关系知足马吕斯定律。

光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系

　　4用极坐标做出不同偏振装填偏振光的相对光强散布图

　　波片的角度φ0°20°45°

　　检偏器角度φ

　　功率计读数I（）0°0.000.240.6410°0.060.170.6420°0.200.150.6330°0.380.190.6240°0.570.270.6150°0.780.380.6160°0.940.520.6070°1.070.660.5980°1.150.790.5890°1.160.920.57100°1.151.020.56110°1.071.030.56120°0.961.000.58130°0.790.910.58140°0.580.780.60150°0.380.640.62160°0.200.500.63170°

　　0.06

　　0.36

　　0.64

　　波片的角度φ0°

　　20°

　　45°

　　检偏器角度φ

　　功率计读数I（）180°0.000.250.64190°0.060.190.64200°0.190.160.63210°0.360.200.62220°0.540.270.61230°0.730.390.61240°0.940.540.60250°1.050.670.59260°1.150.810.57270°

　　1.160.920.56280°1.151.010.56290°1.091.040.57300°0.981.000.58310°0.780.910.60320°0.580.790.61330°

　　0.390.640.64340°0.200.500.62350°

　　0.06

　　0.35

　　0.63

　　对照极坐标图，能够得出一样结论。

　　将1/4波片转20度与转40度时的图像进行比较：

可知45度光阴电流强度的最大值较小，最小值较大，最大值与最小值之差减小了。

而且45度与20度时产生极值的角度值发生了转变。

这些都是由于1/4波片角度发生了改变，使合成的偏振状态也发生了改变。

　　5实验误差分析

　　1〃实验中取得的数据与理想情形仍是有必然的误差。

因为在实验室中，许多组实验在同时进行，光是很灵敏的，自己的仪器受其他实验产生的光的阻碍仍是专门大的。

咱们在实验尽可能挡住其他方向来的光，如此使实验结果趋于理想

　　2〃关于实验中零点的取值：

咱们在实验中发觉有持续的好几个数据点的值都是0，如此就不行选取0点，因此就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统计数据时发觉有时那个0点的选取仍是有误差的

　　3〃读取多组数据时候会有读数疲惫造成的人为误差和仪器误差。

　　6课后试探题

（1）假设置于两个偏振片之间的不是1/4玻片，试

　　分析线偏振光通过玻片后的偏振状态

　　答：

当线

偏振光垂直通过半玻片或全玻片后，仍为线偏振光。

当玻片的厚度使o光和e光之间产生的光程差为四分之一波长或其基数倍，二分之一波长或其基数倍和波长或其整数倍之外的其他任意值时，线偏振光垂直通过玻片后一样产生椭圆偏振光

（2）实验中观测线偏振光，椭圆偏振光，圆偏振

　　光时，检偏器P2转过的角度与式中φ有何关系？

答：

P2与1/4玻片之间的夹角为φ。

　　（3）如何用两个偏振片和一个1/4玻片正确区

　　分自然光、部份偏振光、线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光？

答：

如本实验进程中一样放置偏振片和玻片。

用1/4波晶片和检偏器（转动）：

　　关于非偏光（自然光）各方向光强不变。

　　关于圆偏光显现消光现象。

　　关于部份偏光仍显现极大和极小现象。

关于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时显现消光现象。

　　7实验结论

　　振动方向关于传播方向的不对称性叫做偏振，它是横波区别于其他纵波的一个最明显的标志。

光波电矢量振动的空间散布关于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。

只有横波才能产生偏振现象，故光的偏振是光的波动性的又一例证。

在垂直于传播方向的平面内，包括一切可能方向的横振动，且平均说来任一方向上具有相同的振幅，这种横振动对称于传播方向的光称为自然光（非偏振光）。

凡其振动失去这种对称性的光统称偏振光。

光偏振的应用：

　　1.在摄影镜头前加上偏振镜排除反光2.摄影时操纵天空亮度，使蓝天变暗3.利用偏振镜看立体电影

　　4.汽车利用偏振片避免夜晚对面车灯晃眼

　　8实验心得

　　光偏振的应用在咱们的生活中应用及其普遍。

只有把握好光偏振的各类特点和性质才能更好的说明咱们生活中的物理现象和物理应用。

尽管本实验在操作进程中比较简单，但后期处置比较繁杂。

应用到了Ｍatlab数学应用软件绘制一元线性回归图并处置相应数据，而且绘制出圆偏振光与角度的关系图，简练，形象，让人一目了然。

咱们应该用各类软件帮忙咱们处置和分析物理实验以取得最好的结果。

　　实验结果与理论值有必然程度的误差。

这确实是什么缘故咱们应该分析实验误差。

从而使下一次的实验尽可能排除其他阻碍因素，以取得更接近理论值的数据。

这也是实验与理论的不同之一。

　　同时，通过本地实验加倍了解了光偏振现象，直观地熟悉了光的五种偏振态。

为以后的学习打好了基础。

　　参考文献

　　1.《大学物理实验》第二册，谢行恕康世秀霍剑青主编，高等教育出版社

　　2.《中国大百科全书》I,II中国大百科全书出版社3.《光学教程》姚启钧高等教育出版社

　　4.《光学》赵凯华，北京大学出版社[发表或更新日期/引用日