物  理  实  验  报  告

班级  石工1406  姓名  党志刚   学号 201404010617    实验日期  2015.6.9   

                         偏振光的研究    

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、仪器及用具（名称、型号及主要参数）

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、原理及方法简述（用简洁的文字及图示方式说明）

1.偏振光的概念和产生：

   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 = I₀ cos²α，其中的a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tg i₀ = 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v_o ,v_e 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(n_e-n_o)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(n_e-n_o)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(n_e-n_o)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）。

四、数据处理（列表并清楚地写出主要处理过程）

五、分析讨论及回答讲义思考题

格兰棱镜成为起偏器的物理机制是什么？   

答：由于内部表面的入射角设计为布儒斯特偏振角，减小了在空气隙处的反射损失。它们在215—2300 nm波长区间都有很好的透过率。输入一束无偏的光束，可以得到一束线偏振光(e光)。与其他偏光板(如偏光板)相比，其透过率和偏光纯度更高。

                                                  评定：          

                                                  签字：         

                                                  日期：         

 

第二篇：偏振光实验报告

实 验 报 告

姓 名：**

班 级：

学 号：**

实验成绩：

同组姓名：**

实验日期：20**-3-3

指导老师：助教10

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１）。此时光矢量在垂直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，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α，透过起偏器的线偏振光振幅为，则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=，强度　I=　，I==　　　　　　　　　　= 式中为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。

　　　这就是１８０９年马吕斯在实验中发现的，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，则极小值部位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

　当平面偏振光同过1/2波片后，产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的夹角为2 （为入射光振动面与波片光轴的夹角，下同）；

当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与

 = 0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。

 =时：出射光为振动方向垂直1/4波片光轴的平面偏振光。

 =时：出射光为圆偏振光。

为其他值时，出射光为椭圆偏振光。

我们使平面偏振光通过1/2波片，1/4波片，产生各种性质的偏振光，来研究它们的性质以及它们之间的关系。

原始数据记录表

1验证马吕斯定律

偏振片初始角度为218度

从表中可知,当偏振片角度余弦的平方值相同时,光电流值也基本保持相同,这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。下面我们取表格中的前一半数据(即一组不同的角度和其对应得光电流值作图)，来观察其关系

　　

从图中可见，光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系，这也就验证了马吕斯定律。

2.线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用

由此可见,为达到消光,检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。

而若检偏器固定,将1/2波片转过360度,会观察到两次消光；同样地,若1/2波片固定,将检偏器转过360度,同样会观察到两次消光。由此可见,线偏振光通过1/2波片后,它仍是线偏振光,只是发生了角度的改变而已。

3．用1/4 波片产生圆偏振光和椭圆偏振光。

波片转20度时

下面通过作图，来观察二者的关系

波片转45度时

此图像与圆偏振光比较可知，1/4波片转角为  时，产生的是圆偏振光。

将此图像与上一图像进行比较，即将1/4波片转20度与转40度时的图像进行比较：可知45度时光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变化。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。

【分析讨论】

1． 实验中获得的数据与理想情况还是有一定的误差。因为在实验室中，许多组实验在同时进行，光是很敏感的，自己的仪器受其他实验产生的光的影响还是很大的。我们在实验尽量挡住其他方向来的光，这样使实验结果趋于理想。

2． 关于实验中零点的取值：我们在实验中发现有连续的好几个数据点的值都是0，这样就不好选取0点，所以就大致取中间的一个数据点作为0点，最后统计数据时发现有时这个0点的选取还是有偏差的，所以在实验报告中对个别零点进行了调整。

【思考题】

1.答：当时，透射光是入射自然光强的1/3；

当时，透射光是最大透射光强的1/3，因为最大透射光强就 是入射自然光强。

2.答：在相互正交的偏振片和中间插进一块1/4波片，使其光轴跟起偏器的光轴平行，那么透过起偏器的光斑是暗的,因为通过后的出射光为振动方向平行1/4波片光轴得平面，即平行于的光轴。将转动90度后，光斑变成亮的，因为这时的光轴与的光轴也平行了。

3.答：在第二题中如果用1/2波片代替1/4波片，结果是相同的。