文檔來源為:從網(wǎng)絡(luò)收集整理.word版本可編輯.歡迎下載支持.偏振光的研究實(shí)驗(yàn)報(bào)告篇一：偏振光的觀測與研究~~實(shí)驗(yàn)報(bào)告偏振光的觀測與研究光的干涉和衍射實(shí)驗(yàn)證明了光的波動(dòng)性質(zhì)。本實(shí)驗(yàn)將進(jìn)一步說明光是橫波而不是縱波，即其E和H的振動(dòng)方向是垂直于光的傳播方向的。光的偏振性證明了光是橫波，人們通過對光的偏振性質(zhì)的研究，更深刻地認(rèn)識了光的傳播規(guī)律和光與物質(zhì)的相互作用規(guī)律。目前偏振光的應(yīng)用已遍及于工農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)、國防等部門。利用偏振光裝置的各種精密儀器，已為科研、工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)的檢驗(yàn)等，提供了極有價(jià)值的方法。【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?．觀察光的偏振現(xiàn)象，加深偏振的基本概念。2．了解偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)方法。3．觀測布儒斯特角及測定玻璃折射率。4．觀測橢圓偏振光和圓偏振光。【實(shí)驗(yàn)儀器】光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光電轉(zhuǎn)換裝置、光點(diǎn)檢流計(jì)、觀測布儒斯特角裝置圖1實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)物圖【實(shí)驗(yàn)原理】1．偏振光的基本概念按照光的電磁理論，光波就是電磁波，它的電矢量E和磁矢量H相互垂直。兩者均垂直于光的傳播方向。從視覺和感光材料的特性上看，引起視覺和化學(xué)反應(yīng)的是光的電矢量，通常用電矢量E代表光的振動(dòng)方向，并將電矢量E和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為光振動(dòng)面。在傳播過程中，光的振動(dòng)方向始終在某一確定方位的光稱為平面偏振光或線偏振光，如圖2（a）。光源發(fā)射的光是由大量原子或分子輻射構(gòu)成的。由于熱運(yùn)動(dòng)和輻射的隨機(jī)性，大量原子或分子發(fā)射的光的振動(dòng)面出現(xiàn)在各個(gè)方向的幾率是相同的。一般說，在106s內(nèi)各個(gè)方向電矢量的時(shí)間平均值相等，故出現(xiàn)如圖2（b）所示的所謂自然光。有些光的振動(dòng)面在某個(gè)特定方向出現(xiàn)的幾率大于其他方向，即在較長時(shí)間內(nèi)電矢量在某一方向較強(qiáng)，這就是如圖2（c）所示的所謂部分偏振光。還有一些光，其振動(dòng)面的取向和電矢量的大小隨時(shí)間作有規(guī)則的變化，其電矢量末端在垂直于傳播方向的平面上的移動(dòng)軌跡呈橢圓（或圓形），這樣的光稱為橢圓偏振光（或圓偏振光），如圖2（c）所示。圖2光波按偏振的分類2．獲得偏振光的常用方法（1）非金屬鏡面的反射。通常自然光在兩種媒質(zhì)的界面上反射和折射時(shí)，反射光和折射光都將成為部分偏振光。并且當(dāng)入射角增大到某一特定值時(shí)，鏡面反射光成為完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面，如圖3所示，這時(shí)入射角稱為布儒斯特角，也稱為起偏角。由布儒斯特定律得：其中、分別為兩種介質(zhì)的折射率，為相對折射率。如果自然光從空氣入射到玻璃表面而反射時(shí)，對于各種不同材料的玻璃，已知其相對折射率n的變化范圍在1.50到1.77之間，則可得布儒斯特角約在560—600之間。此方法可用來測定物質(zhì)的折射率。(2)多層玻璃片的折射。當(dāng)自然光以布儒斯特角入射到由多層平行玻璃片重疊在一起構(gòu)成的玻璃片堆上時(shí)，由于在各個(gè)界面上的反射光都是振動(dòng)面垂直入射面的線偏振光，故經(jīng)過多次反射后，透出來的透射光也就接近于振動(dòng)方向平行于入射面的線偏振光。(3)利用偏振片的二向色性起偏。將非偏振光變成偏振光的過程稱為起偏。某些有機(jī)化合物晶體具有二向色性，它往往吸收某一振動(dòng)方向的入射光，而與此方向垂直振動(dòng)的光則能透過，從而可獲得線偏振光。利用這類材料制成的偏振片可獲得較大截面積的偏振光束，但由于吸收不完全，所得的偏振光只能達(dá)到一定的偏振度。(4)利用晶體的雙折射起偏。自然光通過各向異性的晶體時(shí)將發(fā)生雙折射現(xiàn)象，雙折射產(chǎn)生的尋常光(o光)和非常光(e光)均為線偏振光。o光光矢量的振動(dòng)方向垂直于自己的主截面；e光光矢量的振動(dòng)方向在自己的主截面內(nèi)。方解石是典型的天然雙折射晶體，常用它制成特殊的棱鏡以產(chǎn)生線偏振光。利用方解石制成的沃拉斯頓棱鏡能產(chǎn)生振動(dòng)面互相垂直的兩束線偏振光；用方解石膠合成的尼科耳棱鏡能給出一個(gè)有固定振動(dòng)面的線偏振光。3．偏振片、波片及其作用(1)偏振片偏振片是利用某些有機(jī)化合物晶體的二向色性。將其滲入透明塑料薄膜中，經(jīng)定向拉制而成。它能吸收某一方向振動(dòng)的光，而透過與此垂直方向振動(dòng)的光，由于在應(yīng)用時(shí)起的作用不同，用來產(chǎn)生偏振光的偏振片叫做起偏器；用來檢驗(yàn)偏振光的偏振片，叫做檢偏器。按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為I0的線偏振光通過檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：I=I0cos2式中為入射偏振光的偏振方向與檢偏器偏振軸之間的夾角，顯然當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I將發(fā)生周期性變化。當(dāng)=時(shí)，透射光強(qiáng)最大;當(dāng)=90時(shí)，透射光強(qiáng)為極小值(消光狀態(tài))，當(dāng)圖4光波的起偏核檢偏根據(jù)透射光強(qiáng)度變化的情況，可以區(qū)別線偏振光、自然光和部分偏振光。(2)波片波片是用單軸晶體切成的表面平行于光軸的薄片。當(dāng)線偏振光垂直射到厚度為匕，表面平行于自身光軸的單軸晶片時(shí)，會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，尋常光(O光)和非常光（e光）沿同一方向前進(jìn)，但傳播的速度不同。這兩種偏振光通過晶片后，它們的相位差為：其中，為入射偏振光在真空中的波長，no和ne分別為晶片對o光和e光的折射率，匕為晶片的厚度。我們知道，兩個(gè)互相垂直的、頻率相同且有固定相位差的簡諧振動(dòng)，可用下列方程表示（如通過晶片后光和光的振動(dòng)）：從兩式中消去3經(jīng)三角運(yùn)算后得到合振動(dòng)的方程式為由此式可知，1當(dāng)時(shí)，，為線偏振光。2當(dāng)時(shí)，，為正橢圓偏振光。在=時(shí)，為圓偏振光。3當(dāng)為其它值時(shí)，為橢圓偏振光。在某一波長的線偏振光垂直入射到晶片的情況下，能使o光和e光產(chǎn)生相位差（相當(dāng)于光程差為的奇數(shù)倍）的晶片，稱為對應(yīng)于該單色光的二分之一波片（1/2波片）或波片；與此相似，能使o光和e光產(chǎn)生相位差（相當(dāng)于光程差為的奇數(shù)倍）的晶片，稱為四分之一波片（1/4波片）或波片。本實(shí)驗(yàn)中所用波片（）是對（激光）而言的。如圖5所示，當(dāng)振幅為A的線偏振光垂直入射到1/4波片上，振動(dòng)方向與波片光軸成角時(shí)，由于o光和e光的振幅分別為A和A，所以通過1/4波片合成的偏振狀態(tài)也隨角度的變化而不同。圖51當(dāng)=時(shí)，獲得振動(dòng)方向平行于光軸的線偏振光(e光)。2當(dāng)=/4時(shí)，獲得振動(dòng)方向垂直于光軸的線偏振光(o光)。3當(dāng)=/2時(shí)，Ae=Ao獲得圓偏振光。4當(dāng)為其它值時(shí)，經(jīng)過1/4波片后為橢圓偏振光。所以，可以用1/4波片獲得橢圓偏振光和圓偏振光。【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟】1．起偏與檢偏鑒別自然光與偏振光，驗(yàn)證馬呂斯定律。(1)在光源至光屏的光路上插入起偏器P1,旋轉(zhuǎn)P1,觀察光屏上光斑強(qiáng)度的變化情況。(2)在起偏器P1后面再插入檢偏器P2。固定P1的方位，旋轉(zhuǎn)P2，旋轉(zhuǎn)3600，觀察光屏上光斑強(qiáng)度的變化情況。有幾個(gè)消光方位？(3)以硅光電池代替光屏接收P2出射的光束，旋轉(zhuǎn)P2,記錄相應(yīng)的光電流值，共轉(zhuǎn)900,在坐標(biāo)紙上作出I~cos20關(guān)系曲線。2．觀測布儒斯特及測定玻璃折射率(1)在起偏器P1后，插入測布儒斯特角的裝置，再在P1和裝置之間插入一個(gè)帶小孔的光屏。調(diào)節(jié)玻璃平板，使反射的光束與入射光束重合。記下初始角。(2)一面轉(zhuǎn)動(dòng)玻璃平板，一面同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)起偏器P1,使其透過方向在入射面內(nèi)。反復(fù)調(diào)節(jié)直到反射光消失為止，此時(shí)記下玻璃平板的角度，重復(fù)測量三次，求平均值。算出布儒斯特角。(3)把玻璃平板固定在平儒斯特角的位置上，去掉起偏器P1,在反射光束插入檢偏器P2,轉(zhuǎn)P2,觀察反射光的偏振狀態(tài)。3．觀察橢圓偏振光和圓偏振光(1)先使起偏器P1和檢偏器P2的偏振軸垂直(即檢偏器P2后的光屏上處于消光狀態(tài))，在起偏器P1和檢偏器P2之間插入1/4波片，轉(zhuǎn)動(dòng)波片使P2后的光屏上仍處于消光狀態(tài)(此時(shí)=)。(2)從=的位置開始，使檢偏器P2轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)可以從屏上光強(qiáng)的變化看到經(jīng)過1/4波片后的光為線偏振光。(3)取=900，使檢偏器P2轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)也可以從屏上光強(qiáng)的變化看到經(jīng)過1/4波片后的光為線偏振光。其振動(dòng)面與=時(shí)的振動(dòng)面垂直。(4)取為除00和900外的其他值，觀察轉(zhuǎn)動(dòng)P2時(shí)屏上光強(qiáng)的變化，其結(jié)果與橢圓偏振光對應(yīng)。特別是當(dāng)=450時(shí)，P2轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)屏上光強(qiáng)幾乎不變，這便是圓偏振光對應(yīng)的狀態(tài)。【注意事項(xiàng)】1、實(shí)驗(yàn)中各元件不能用手摸，實(shí)驗(yàn)完畢后按規(guī)定位置放置好。2、不要讓激光束直接照射或反射到人眼內(nèi)。【數(shù)據(jù)記錄及處理】表1馬呂斯定律驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表2玻璃折射率的測定與計(jì)算【思考題】1．偏振光的獲得方法有哪幾種？2．通過起偏和檢偏的觀測，你應(yīng)當(dāng)怎樣判別自然光和偏振光？3．什么是馬呂斯定律？本實(shí)驗(yàn)如何驗(yàn)證此定律？4．玻璃平板在布儒斯特角的位置上時(shí)，反射光束是什么偏振光？它的振動(dòng)是在平行于入射面內(nèi)還是在垂直于入射面內(nèi)？篇二：偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告仿真課程：系別：專業(yè)班級：大學(xué)物理仿真實(shí)驗(yàn)電信學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告 物理仿真實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱：偏振光實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告日期：XX年11月28日學(xué)號：*******************姓名：*******教師審批簽字1.實(shí)驗(yàn)原理：偏振光原理：按電磁波理論,光是橫波，它的振動(dòng)方向和光的傳播方向垂直.實(shí)際中最常見的光的偏振態(tài)大體為五種，即自然光、線偏振光、部分偏振光、圓偏娠光和橢圓偏振光．1.自然光是各方向的振幅相同的光。對自然光而言，它的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)可取所有可能的方向，沒有一個(gè)方向占有優(yōu)勢.若把所有方向的光振動(dòng)都分解到相互垂直的兩個(gè)方向上，則在這兩個(gè)方向上的振動(dòng)能量和振幅都相等。2．線偏振光是在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿一個(gè)方向振動(dòng)。起偏器是將非偏振光變成線偏振光的器件；檢偏器是用于鑒別光的偏振光狀態(tài)的器件。常見的起偏或檢偏的元件構(gòu)成有兩種：偏振片：它是利用聚乙烯醇塑膠膜制成，它具有梳狀長鏈形結(jié)構(gòu)分子，這些分子平行排列在同一方向上，此時(shí)膠膜只允許垂直于排列方向的光振動(dòng)通過，因而產(chǎn)生線偏振光.光學(xué)棱鏡：如尼科耳棱鏡、格蘭棱鏡等，它是利用光學(xué)雙折射的原理制成的；3．部分偏振光：除了自然光和線偏振光外，還有一種偏振狀態(tài)介于兩者之間的光．如果用偏振片去檢驗(yàn)這種光的時(shí)候，隨著檢偏器透光方向的轉(zhuǎn)動(dòng)，透射光的強(qiáng)度既不象自然光那樣不變，又不象線偏振光那樣每轉(zhuǎn)90。。交替出現(xiàn)強(qiáng)度極大和消光.其強(qiáng)度每轉(zhuǎn)90o也交替出現(xiàn)極大和極小，但強(qiáng)度的極小不是0（即不消光）。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，這種光的振動(dòng)雖然也是各方向都有，但不同方向的振幅大小不同，具有這種特點(diǎn)的光，叫做部分偏損光我們假定波是沿z軸傳播的，在圖中它垂直紙面迎面而系．這時(shí)若電矢量按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，我們稱為左旋圓偏振光。若順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，稱為右旋圓偏振光。5．橢圓偏振光電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪的軌跡為一橢圓的光，叫橢圓偏振光。橢圓運(yùn)動(dòng)也可看成是兩個(gè)相互垂直的線偏振光的合成，只是它們的振幅不等，或位相差不等于土n/2。橢圓長、短軸的大小和取向，與振幅Ax,A丫和位相差都有關(guān)系。可以看出線偏振光和圓偏振光都是橢圓偏振光的特例，常用波晶片把橢圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光。橢圓偏振光退化為圓偏振光的條件是：Ax=Ay和=±n/2。橢圓偏振光退化為線偏振光的條件是：Ax=0,或Ay=0,或=0,土n。橢圓偏振光也有左、右旋之分，其定義與前面圓偏振光的定義相同。波晶片：又稱位相延遲片,是從單軸晶體中切割下來的平行平面板，由于波晶片內(nèi)的速度vo,ve不同，所以造成。光和e光通過波晶片的光程也不同.當(dāng)兩光束通過波晶片后。光的位相相對于e光多延遲了八二2五(門0-應(yīng)評/入，若滿足(ne-no)d=土入/4,即A=±n/2我們稱之為入/4片，若滿足(ne-no)d=土入/2,即A=±n,我們稱之為入/2片，若滿足(ne-no)d=土入，即A=2n我們稱之為全波片。布儒斯特定律：自然光以任意入射角i入射于兩種各向同性的透明介質(zhì)的分界面商。一般情況下，反射光和入射光分別是部分偏振光，垂直于入射面振蕩的電矢量在反射光中占主要地位。在入射面上振蕩的電矢量在折射光中占主要地位。有一特殊入射角b,當(dāng)i=b時(shí)，反射光線垂直于折射光線（i+b=n/2）,反射光變成完全偏振光。該現(xiàn)象最早在1815年為布儒斯特所發(fā)現(xiàn)，我們稱之為布儒斯特定律，b叫做布儒斯特角，滿足下列方程：其中nl,n2是相鄰兩種媒質(zhì)的折射率。改變射向晶體的入射光線的方向，可以找到一個(gè)確定的方向，沿著這一方向，。光和e光傳播速度相等，折射率相同，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這個(gè)方向叫做光軸。只有一個(gè)光軸的晶體叫做單軸晶體（如方解石、石英等），有兩個(gè)光軸的晶體稱為雙軸晶體（如云母、硫磺等）。包含光軸和任一光線的平面，稱做對應(yīng)于該光線的主平面。O光的電矢量的振動(dòng)方向垂直于主平面。e光電矢量的振動(dòng)方向在它的主平面內(nèi)。本實(shí)驗(yàn)用來獲得偏振光的儀器叫做格蘭棱鏡。格蘭棱鏡是由兩面三塊方解石棱鏡構(gòu)成的，二棱鏡間的空氣隙，方解石的光軸平行于棱鏡的棱。自然光垂直于界面射入棱鏡后分為。光和e光，。光在空氣隙上全反射，只有e光透過棱鏡射出馬呂斯定律：馬呂斯在1809年發(fā)現(xiàn)，完全線偏振光通過檢偏器后的光強(qiáng)可表示為I1=I0cos2a,其中的a是檢偏器的偏振方向和入射線偏振光的光矢量振動(dòng)方向的夾角：2.實(shí)驗(yàn)儀器：半導(dǎo)體激光器，起偏器，檢偏器，1/4波片，光電探測器，光電探測器臺(tái)，光電流放大器，光屏，光具座。3.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：根據(jù)馬呂斯定律測定光電池的線性響應(yīng):P1：起偏器，方位不變P2：檢偏器，改變其方位以得到不同強(qiáng)度的偏振光，用來測定硅光電池的線性響應(yīng)B：分束板，使激光器的光束部分投射(10),部分反射(I1)D1：光源光強(qiáng)監(jiān)視器，包括硅光電池及光電流檢測裝置，用以I0的變化。D2：當(dāng)P2方位變化時(shí)，偏振光強(qiáng)I2依照馬呂斯定律改變，12的變化將由D2測定。測量數(shù)據(jù)：力0I1I2I1,I2：D1,D2的光電流讀數(shù)，為起偏器P1后平面偏振光方位與檢偏器P2后平面偏振光方位的夾角。：P2盤讀數(shù)根據(jù)測量結(jié)果，繪出與關(guān)系曲線，是否呈線性關(guān)系。根據(jù)布儒斯特定律測定介質(zhì)的折射率:利用布儒斯特定律時(shí)，只能在入射光為P分量（電矢量平行入射面）時(shí)，才能得到反射率為零的布儒斯特角。故實(shí)驗(yàn)分為兩步進(jìn)行：確定起偏器的方位，在此方位使入射到樣品表面的入射光（即起偏后的偏振光）的偏振方向恰好為P分量。實(shí)驗(yàn)方法如下：.P1在某一方位時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)樣品面使反射光的反射角在50o?60o之間，移動(dòng)光屏使得反射光點(diǎn)落于其上，仔細(xì)觀察光屏上反射光的強(qiáng)弱變化。選定出射光點(diǎn)最暗的某一位置做下一步調(diào)整。.然后旋轉(zhuǎn)P1的角度，觀察光屏上反射光點(diǎn)的亮暗變化。找到一個(gè)光點(diǎn)最暗的P1方位角。3．再依次重復(fù)1，2的步驟，知道反射光強(qiáng)近于零。此時(shí)P1的方位角恰好使出射平面偏振光與入射平面相重合，即為P分量。根據(jù)布儒斯特定律確定介質(zhì)材料的折射率。篇三：偏振光實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名：高陽班級：F0703028學(xué)號：13同組姓名：王雪峰實(shí)驗(yàn)日期：XX-3-3指導(dǎo)老師：助教10實(shí)驗(yàn)成績：批閱日期：偏振光學(xué)實(shí)驗(yàn)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.觀察光的偏振現(xiàn)象,驗(yàn)證馬呂斯定律2.了解1/2波片,1/4波片的作用掌握橢圓偏振光,圓偏振光的產(chǎn)生與檢測.【實(shí)驗(yàn)原理】光的偏振性光是一種電磁波，由于電磁波對物質(zhì)的作用主要是電場，故在光學(xué)中把電場強(qiáng)度E稱為光矢量。在垂直于光波傳播方向的平面內(nèi)，光矢量可能有不同的振動(dòng)方向，通常把光矢量保持一定振動(dòng)方向上的狀態(tài)稱為偏振態(tài)。如果光在傳播過程中，若光矢量保持在固定平面上振動(dòng)，這種振動(dòng)狀態(tài)稱為平面振動(dòng)態(tài)，此平面就稱為振動(dòng)面（見圖1）。此時(shí)光矢量在垂直與傳播方向平面上的投影為一條直線，故又稱為線偏振態(tài)。若光矢量繞著傳播方向旋轉(zhuǎn)，其端點(diǎn)描繪的軌道為一個(gè)圓，這種偏振態(tài)稱為圓偏振態(tài)。如光矢量端點(diǎn)旋轉(zhuǎn)的軌跡為一橢圓，就成為橢圓偏振態(tài)（見圖2）。2．偏振片雖然普通光源發(fā)出自然光，但在自然界中存在著各種偏振光，目前廣泛使用的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性獲得偏振光（有些各向同性介質(zhì)，在某種作用下會(huì)呈現(xiàn)各向異性，能強(qiáng)烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通過其垂直分量，從而使入射的自然光變?yōu)槠窆饨橘|(zhì)的這種性質(zhì)稱為二向色性。）。偏振器件即可以用來使自然光變?yōu)槠矫嫫窆狻鹌部梢杂脕龛b別線偏振光、自然光和部分偏振光——檢偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作檢偏的偏振器件叫做檢偏器。實(shí)際上，起偏器和檢偏器是通用的。3.馬呂斯定律設(shè)兩偏振片的透振方向之間的夾角為a,透過起偏器的線偏振光振幅為A0,則透過檢偏器的線偏振光的振幅為A,A=A0cosa,強(qiáng)度I=A,I=A0cosa=I20222cosa=cosa式