实验报告偏振光学实验

实验报告

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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

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0 6 12 18 24 30 36 42

10.9890740.9567730.9045090.8345660.750.6545090.552265电流0.209 0.206 0.201 0.190 0.175 0.157 0.137 0.115 角度48 54 60 66 72 78 84 90

0.4477360.3454920.2500010.1654350.0954920.0432280.0109260

电流0.094 0.071 0.052 0.034 0.018 0.007 0.000 0.000 角度96 102 108 114 120 126 132 138

0.0109260.0432270.0954910.1654330.2499980.345490.4477340.552262电流0.000 0.007 0.018 0.033 0.049 0.069 0.092 0.113 角度144 150 156 162 168 174 180

0.6545060.7499980.8345640.9045070.9567720.9890731

电流0.137 0.156 0.176 0.191 0.202 0.209 0.209

作的函数图像：

Origin的数据分析：

Linear Regression through origin for DATA2_B:

Y = B * X

Parameter Value Error

------------------------------------------------------------

A 0 --

B 0.20928 4.62343E-4

------------------------------------------------------------

R SD N P

------------------------------------------------------------

0.999910.00162 31 <0.0001

------------------------------------------------------------

从以上的分析可知，电流大小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

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