实验报告--偏振光学实验

1、实 验 报 告姓名： * 班级： * 学号： * 实验成绩：同组姓名：* 实验日期：* 指导教师： 批阅日期：偏振光学实验 【实验目的】1观察光的偏振现象，验证马吕斯定律；2了解1 / 2 波片、1 / 4 波片的作用；3掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。【实验原理】 1光的偏振性光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图）。此时光矢量在垂直

2、与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。2偏振片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

3、，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，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。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入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，

4、 0，在负晶体中 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 轨迹方程原理图全波片 1/2 波片 1/4 波片【实验数据记录、实验结果计算】说明：以下的所有测量数据中，电流的单位为 ，角度的单位为角度。1 验证马吕斯定律角度0612182430364210.0.0.0.0.750.0.电流0.2090.2060.2010.1900.1750.1570.1370.115角度48546066727884900.0.0.0.0.0.0.0电流0.0940.0710.0520.0340.0180.0070.0000.000角度96102108114120

5、1261321380.0.0.0.0.0.345490.0.电流0.0000.0070.0180.0330.0490.0690.0920.113角度1441501561621681741800.0.0.0.0.0.1电流0.1370.1560.1760.1910.2020.2090.209作的函数图像：Origin的数据分析：Linear Regression through origin for DATA2_B:Y = B * XParameterValueError-A0-B0.209284.62343E-4-RSDNP-0.999910.00162310.0001-从以上的分析可知，电流

6、大小I关于两偏振片的夹角余弦的平方的数据点的直线拟合的相关系数r=0.99191 ，可知实际测得的数据点与理论值匹配。2 线偏振光通过1/2 波片时的现象和1/2 波片的作用1/2 波片转过角度初始102030405060708090检偏器A 转过角度018385880100120140-检偏器的角度差-18202022202020-说明：最后两个数据没测，是因为在做的时候一时疏忽了，最后想要补做时，时间已晚，老师建议我们不做了。检偏器的平均角度差 度由上面的数据可以明显地看出，1/2 波片每转10度，检偏器就需要转20度，与理论值吻合。观察：检偏片固定，将1/2 波片转过360，能观察到4次

7、消光；1/2 波片固定，将检偏片转过360，能观察2次消光。由此分析线偏振光通过1/2 波片后，光的偏振状态是：光的偏振面偏离原来的角度是波片光轴偏离角度的2倍。3 用1/4 波片产生圆偏振光和椭圆偏振光波片转20度角度010203040506070电流0.0320.0220.0160.0180.0270.0410.0590.078角度8090100110120130140150电流0.0970.1140.1260.1320.1300.1220.1080.090角度160170180190200210220230电流0.0700.0510.0340.0230.0170.0200.0290.04

8、4角度240250260270280290300310电流0.0650.0850.1050.1230.1340.1380.1360.125角度320330340350360电流0.1100.0900.0690.0500.032作角度与电流的极坐标函数图：I在此基础上作振幅与角度的函数图：A分析：可以看出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形，在检偏器所转的0360度之间，共达到两次消光，两次最大值，这正是椭圆偏振光的长轴和短轴的位置。实验数据图中可以看出，图像少有倾斜，在20度和200度左右达到真正消光，这是因为初始角度原因。波片转45度角度010203040506070电流0.0810.0810

9、.0800.0790.0780.0760.0740.071角度8090100110120130140150电流0.0700.0690.0700.0690.0700.0720.0730.075角度160170180190200210220230电流0.0780.0800.0820.0840.0840.0830.0820.080角度240250260270280290300310电流0.0780.0760.0740.0730.0720.0720.0720.073角度320330340350360电流0.0740.0760.0770.0790.081作角度与电流的极坐标函数图：I在此基础上作振幅与角

10、度的函数图：A分析：从图像中可以看出，函数形状成近乎圆的椭圆，理论上应该是圆，还是非常接近理论值。数据在110度和290度左右但到最小值，在20度和200左右达到最大值，这正是椭圆偏振光的长轴和短轴的位置。误差会在后面误差分析部分讨论。【对实验结果中的现象或问题进行分析、讨论】1. 在做验证马吕斯定律的实验时，由于第一遍测量时出错，导致实验的重做，所以在预习报告上有大量修改的痕迹。但是，最后得到的结果非常准确，拟合度极高，也使得多花去的时间很值得。2. 在这里我想重点讨论以下这个实验的一个误差。上面的种种实验皆反映了在消光点的角度误差，而且这个误差不小。误差现象为：在消光点附近的10度左右的范

11、围内，电流计的示数皆为0，所以无法准确地找出消光点的角度。所以实验作出的函数图都有一定的倾斜。在这里提出自己认为可以在一定程度上消除这个误差的方法：缓缓旋转检偏器，记下电流值为0的区间，取这个区间的中点为消光点。3. 误差来源还有旋转的转向误差，这是由于齿轮之间的间隙引起的。误差避免方法：只朝同一方向旋转。4. 手电筒一类的误差：用手电在照波片或检偏器上的刻度时，会导致进入检测器的光强增大，导致电流值增大；手在旋转波片或检偏器时容易将入射光挡住，导致进入检测器的光强减小。误差避免方法：每次测量电流时，使手和手电远离测量装置。 5. 上面的A图中的A不是实际的A值，而是A的一个固定的倍数，改图的

12、作用仅仅是反映偏振光的振幅随着检偏器的角度的相对变化。【附页】思考题1求下列情况下理想起偏器和理想检偏器两个光轴之间的夹角为多少？（1）透射光是入射自然光强的1/3。（2）透射光是最大透射光强度的1/3。答：（1）因为自然光通过偏振片后，光强减为原来的一半，所以得， 。（2）直接有马吕斯定律：得 。2如果在互相正交的偏振片P1 和P2 中间插进一块1/4 波片，使其光轴跟起偏器P1 的光轴平行，那么透过检偏器P2 的光斑是亮的？还是暗的？为什么？将P2 转动90后，光斑的亮暗是否变化？为什么？答：因为波片光轴和起偏器平行，检偏器由与之正交，所以光斑是暗的。将其转过90度后，两者平行，所以光斑是明亮的。4 在第2 题中用1/2 波片代替1/4 波片，情况如何？答：情况与1/4波片相同。实