偏振光学实验

实验报告

姓名：班级：学号：51 实验成绩：

同组姓名：实验日期：2011- 指导老师：助教批阅日期：

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α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n e为e 光的主折射率，n o为o 光的主折射率（正晶体中，δ＞0，在负晶体中δ＜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

全波片1/2 波片1/4 波片

【数据记录与处理】

由Origin 进行线性拟合后得出：

I =0.063cos 2 α

拟合度达到了0.9998，说明实验十分精确。

2. 线偏振光通过1/2 波片时的现象和1/2 波片的作用

波片转过角度 初始 10 20 30 40 50 60 70 80 90 检偏器转过角度 0 24 51 72 88 109 130 148 172 192

检偏器转过角度差

24

27

21

16

21

21

18

24

20

检偏器的角度差为20°±4，其中第三个数据误差稍大

实验中将检偏器固定，将1/2波片转过360°，能观察到4次消光；若将1/2波片固定，将检偏器转过360°，能观察到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

检偏器角度 初始角 20 45 检偏器角度 初始角 20 45 0 0.0273 0.0211 0.0147 180 0.0274 0.0213 0.0149 10 0.0268 0.0230 0.0161 190 0.0264 0.0230 0.0161 20 0.0248 0.0238 0.0170 200 0.0243 0.0237 0.0174 30 0.0211 0.0232 0.0175 210 0.0210 0.0233 0.0177 40 0.0167 0.0218 0.0176 220 0.0163 0.0217 0.0177 50

0.0121

0.0191

0.0173

230

0.0121

0.0193

0.0172

0.0

0.5

1.0

0.00

0.03

0.06

I (m A )

cos^2 a

I

Linear Fit of I

Equation

y = a + b*x

Adj. R-Sq 0.9998

Value Standard

I Interce 0--

I

Slope

0.063 2.19927E-光电流值I 与cos 2 α的关系图像

60 0.0077 0.0160 0.0165 240 0.0077 0.0161 0.0165 70 0.0041 0.0127 0.0154 250 0.0040 0.0127 0.0154 80 0.0015 0.0092 0.0141 260 0.0014 0.0096 0.0141 90 0.0005 0.0067 0.0127 270 0.0006 0.0068 0.0127 100 0.0012 0.0050 0.0110 280 0.0012 0.0051 0.0116 110 0.0035 0.0042 0.0102 290 0.0033 0.0043 0.0106 120 0.0071 0.0047 0.0098 300 0.0067 0.0047 0.0101 130 0.0112 0.0063 0.0098 310 0.0111 0.0061 0.0099 140 0.0161 0.0089 0.0105 320 0.0160 0.0087 0.0103 150 0.0203 0.0120 0.0112 330 0.0202 0.0118 0.0110 160 0.0243 0.0153 0.0122 340 0.0240 0.0152 0.0121 170

0.0266 0.0186 0.0136 350 0.0265 0.0184 0.0136

0.0350.0700.1050.1400.1750

60

120

180

2403000.0000.0350.0700.1050.1400.175

波片在初始角时检偏器角度与振幅A 的关系图像