偏振光干涉实验报告.docx
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偏振光干涉实验报告
偏振光干涉实验报告
偏振光实验报告
实验1.验证马吕斯定律
实验原理：
某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少（吸收o光，通过e光），这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。
具有二向色性的晶体叫做偏振片。
偏振片可作为起偏器。
自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴（透振方向），强度为自然光一半的线偏振光。
如图P1、图2所示：
P1P2图1图2θ
A0图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。
P2与P1夹角为?
因此经P2后的线偏振光振幅为A?
A0cos?
，
2光强为I?
A0cos2?
?
I0cos2?
此式为马吕斯定律。
实验数据及图形：
从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。
实验2.半波片，1/4波片作用
实验原理：
偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。
它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。
分振动面的干涉装置如图3所示，M和N是两个偏振片，C是波片，单色自然光通过M变成线偏振光，线偏振光在波片C中分解为o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。
偏振片波片偏振片
图3分振动面干涉装置
考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：
I0（sin22?
）（1?
cos?
）；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4
I0（1?
2sin2?
cos2?
?
2sin2?
cos2?
cos?
）。
其中θ为波片光轴与M2I?
?
光强为：
I//?
透振方向的夹角，δ为o光和e光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。
改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。
当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I?
?
强最大，I//?
02sin22?
，出射光I0（1?
sin2?
）2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4
波片）时，cosδ=0，I?
?
I0I（sin22?
）,I//?
0（2?
sin22?
）。
44
特别地，利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振光。
当θ=45度时，得到圆偏振光，此时让偏振片N旋转一周，屏幕上光强不变。
一般情况下，得到的是椭圆偏振光，让偏振片N旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”。
实验结果：
半波片实验数据表：
1/4波片实验数据：
结论：
线偏振光通过1/4波片后可能变成圆偏振光，椭圆偏振光也有可能仍是线偏振光。
实验3.旋光效应
实验原理：
线偏振光通过某些物质的溶液后，偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。
旋转的角度称为该物质的旋光度。
通常用旋光仪来测量物质的旋光度。
溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。
当其它条件均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系即
C（5-1）
比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关，C为溶液的浓度。
物质的旋光能力用比旋光度即旋光率来度量，旋光率用下式表示：
t
l?
C（5-2）
（5-2）式中，右上角的t表示实验时温度（单位：
℃），是指旋光仪采用的单色光源的波长（单位：
nm），θ为测得的旋光度（0），l为样品管的长度（单位：
dm），C为溶液浓度（单位：
g/100mL）。
由（5-2）式可知：
偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转的，因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比。
振动面转过的角度θ不仅与透过的长度l成正比，而且还与溶液浓度C成正比[14]。
如果已知待测溶液浓度C和液柱长度l，只要测出旋光度θ就可以计算出旋光率。
如果已知液柱长度为l固定值，可依次改变溶液的浓度C，就
可以测得相应旋光度θ。
并作旋光度与浓度的关系直线θ~C，从直线斜率、液桩长度l及溶液浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性溶液的旋光度θ，确定溶液的浓度C。
旋光性物质还有右旋和左旋之分。
当面对光射来方向观察，如果振动面按顺时针方向旋转，则称右旋物质；如果振动面向逆时针方向旋转，称左旋物质。
测量葡萄糖水溶液的浓度
将已经配置好的装有不同的容积克浓度（单位：
g/100mL）的葡萄糖。
水溶液的样品管放到样品架上，测出不同浓度C下旋光度值。
并同时记录测量环境温度和记录激光波长
葡萄糖水溶液的浓度配制成C0、C0/2、C0/4、C0/8，0（纯水，浓度为零），
共5种试样，浓度C0取30%左右为宜。
分别将不用浓度溶液注入相同长度的样品试管中。
测量不同浓度样品的旋光度（多次测量取平均）。
用最小二乘法对旋光度、溶液浓度进行直线拟合（可以将C0作为1个单位考虑），计
算出葡萄糖的旋光率。
也可以以溶液浓度为横坐标，旋光度为纵坐标，绘出葡萄糖溶液的旋光直线，由此直线斜率代入公式（5-2），求得葡萄糖的旋光率[?
]t
6500。
数据记录及处理
图形：
实验4.光弹效应
光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验，在光测弹性仪上进行，先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型，受力后，以偏振光透过模型，由于应力的存在，产生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后产生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象，根据它即可推算出构件内的应力分布情况，所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用。
光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法，因为测量是全域性的，所以具有直观性强，能有效而准确地确定受力模型各点的主应力差和主应力方向，并能计算出各点的主应力数值。
尤其对构件应力集中系数的确定，光弹性试验法显得特别方便和有效。
工程实际中有很多构件，例如工业中的各种机器零件，它们的形状很不规则，载荷情况也很复杂，对这些构件的应力进行理论分析有时非常困难，往往需要实验的方法来解决，光弹性试验就是其中比较直观有效的一种解决方法。
实验原理
光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验，在光测弹性仪上进行，先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型，受力后，以偏振光透过模型，由于应力的存在，产生光的暂时双折射现象，再透过分析镜后产生光的干涉，在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象，根据它即可推算出构件内的应力分布情况，所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用。
图1光弹性试验的光学效应示意图
如图1所示，自然光通过偏振器成为平面偏振光（在A1平面中），平面偏振光垂直地射在模型上某一O点，如果模型未受力，则光线通过后并无改变，但如果O点有应力，这时将出现暂时双折射现象，如果图O点的二个主应力?
1和?
2方向已知，则平面偏振光通过受力模型O点后，分解成二个与?
1及?
2方向一致的平面偏振光，二者之间产生一光程差δ，光程差与主应力差（?
1-?
2）及模型厚度t成正比，即：
实验报告
姓名：
高阳班级：
F0703028学号：
5070309013同组姓名：
王雪峰
实验日期：
xx-3-3
指导老师：
助教10
实验成绩：
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振幅为A，A=A0cosɑ，强度I=A，I=A0cosɑ=Ｉ
20
22
2
cosɑ=cosɑ式中I0为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。
22
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2ɑ（ɑ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ɑ相关：
ɑ=0时：
出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。
ɑ=21/4波片光轴的平面偏振光。
ɑ=4ɑ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。
ππ
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。
实验十三偏振光干涉演示实验
【实验目的】：
学习
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