偏振光实验论文文档格式.docx

1、由于光在不同介质面上反射及折射的过程中会产生不同的偏 振态的光，所以偏振光普遍存在于自然界中，随着人们对光的偏振特性的深入 研究，光的偏振特性对人们的生活和科学探索起着越来越重要的影响。为了使 人们更加了解光的偏振现象，本试验从偏振光理论分析出发，详细分析了线偏 振光通过各种波片之后偏振态的变化情况，并对线偏振光通过 1/2 波片时偏振 态的变化做了详细的计算机数值模拟，对比分析了相应的试验模拟结果，对不 同偏振态的偏振光的干涉场分布进行了数值模拟，得出了不同偏振态干涉场的 特征分布，并对不同情况进行了数值模拟，分析讨论了实验结果曲线，验证了 马吕斯定律。一 问题的提出：1.观察光的偏振现象，

2、验证马吕斯定律。2.了解 1/2 波片、 1/4 波片的作用。3.掌握偏振光产生与检测。实验原理：光是一种电磁波，而电磁波是横波，它有电矢量 E和磁矢量H,习惯上我们总是用电矢量E来代表光波。光波中的电矢量与波的传播方向垂直，光的 偏振现象清楚得显示了光的横波性。光大体上有五种偏振状态，即线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光和部 分偏振光。其中线偏振光和圆偏振光由可看作椭圆偏振光的特例。椭圆偏振光可视为两个沿同一方向二传播的振动方向相互垂直的线偏振光（如 图1所示，一个为电矢量，一个为小）的合成：Ex = Ax cos（ -Ev = Av cosf 疏一耘 + 雷）,（1）式中A表示振幅，H

3、为二光波的圆频率，：表示时间，：为波矢的数值，E是 两波的相对相位差。合成矢量七的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。椭圆巨二十兰的形状、取向和旋转方向，由，S和E决定。当r -和 2时，椭圆土兰偏振光变为圆偏振光；当 = ， 或者（或 ） =0时，椭圆偏振光变为 线偏振光（图2）。本实验着重观察的是光的各种偏振态的改变。1、光的偏振态 凡是电振动只限于某一确定方向和该方向的负方向的光称为线偏振光（亦称平 面偏振光）。在垂直于光传播方向的任一确定平面内，光波电矢量端点随时间 作椭圆运动的光称作椭圆偏振光；作圆运动的称作圆偏振光。以上三种统称完 全偏振光，若在垂直于光传播方向的平面（简称迎光平面）内

4、，电矢量的取向 与大小都随时间作无规则变化，且各方向的取向几率相同，彼此之间没有固定 的位相关系，则称为自然光。自然光和线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光三者 的任一个组合起来，就成为部分偏振光。2、线偏振光的获得（1）反射起偏及透射起偏 一束单色自然光从不同角度入射到介质表面， 其反射光和折射光一般是部分偏振光。当以特定角度即布儒斯特（ Brewster）角r入射时，不管入射光的偏振状态如何，反射光将成为线偏振光，其电矢量 垂直于入射面。空气中相对于玻璃界面的偏化角约为 V匚-=河严。若使自然光以偏化角入射并通过一叠表面平行的玻璃片堆，由于自然光可以被等效 为两个振动方向互相垂直、振幅相等且没有

5、固定位相关系的线偏光，又因为光 通过玻璃片堆中的每一个界面，都要反射掉一些振动垂直于入射面的线偏光， 经多次反射，最后从玻璃片堆透射出来的光一般是部分偏振光，如果玻璃片数 目较大，则透过玻璃片堆的就成为振动平行于入射面的线偏光了，这就是透射 起偏法。所有这些结论都可以从菲涅耳公式得到论证。（2）二向色性起偏 实验发现，某些有机化合物晶体对不同偏振状态的光具有 选择吸收的性质，这种性质叫做晶体的二向色性，即当自然光通过它时，只能 有某一确定振动方向（称为透振方向）的光能够通过，而振动方向与此透振方 向垂直的光却被吸收掉。利用它可以制成偏振片，市售的偏振片就是利用某种 晶体粉末的二向色性制成的。这

6、种起偏器可获得光束截面很大的线偏振光，且售价低廉，缺点是光能损失较多，且对波长有选择性。它还可以作为光的检偏线偏振光的获得，有很多方法，除上面介绍的两种方法外，还有晶体双折射起 偏等。我们在下面的波晶片中具体介绍。三.实验研究1.实验仪器的介绍光屏 检偏器 波片 起偏器 激光器实验装置2.实验操作（1 ）实验步骤1.定偏振片光轴：把所有器件按原理图的顺序摆放在平台上，调至共轴。旋 转第二个偏振片，使起偏器的偏振轴与检偏器的偏振轴相互垂直，观察消光现 象。2.考察平面偏振光通过2波片时的现象：（1）在两块偏振片之间插入2波片，把X轴旋转二维架转动360度，观察消 光的次数并解释这现象。（2）将2

7、波片转任意角度，这时消光现象被破坏。把检偏器转动 360度，观察发生的现象并作出解释。（3）仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入 2波片，使 消光，再将转 15 度，破坏其消光。转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转 动的角度。（4）继续将 /2 波片转 15 度（即总转动角为 30度），记录检偏器达到消光所 转总角度。依次使 /2 波片总转角为 45 度， 60度， 75 度， 90度，记录检偏器 消光时所转总角度。3.用波片产生圆偏振光和椭圆偏振光（1）按图 5使起偏器和检偏器正交，用 /4 波片代替/2 波片，转动/4 波片 使消光。（2）再将/4 波片转动 15 度，然

8、后将检偏器转动 360 度，观察现象，并分析 这时从 /4 波片出来光的偏振状态。（3）依次将转动总角度为 30度， 45 度， 60度， 75度， 90度，每次将检偏器 转动，记录所观察到的现象。3.实验数据记录马吕斯定律：助 計卅JJ!*（l W 止9 加 f B*IW 4lp 1D d 2 IA畤 Q 0 i3_|B -2j 工 0% 丄&上 7 4 I 02 j I I I1 1剧悄jti sao.ica 情e、|9r（tli|陀LEMfjsiTi jdo.ootr wmEtj帚*! flitr崔北皿理 fc-Ti, fl-dnae1 亠帀可rr;、r iv|Lf 11血Sb z中丄期

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12、结论。5.讨论与分析（展望、拓展）自己的观点：激光在传播的过程中还是存在着干涉。光与波片之间不够垂直。光 经过偏振相消时存在衍射，光不能完全消失。当发生小光现象时，两偏振片间的小孔 互相垂直。因此，要检测偏振光，只需检验该光线是否能够发生偏振现象即可。当实 验中的两块偏振片处于消光状态（即小孔互相垂直时），在此二块偏振片间加入第三 块偏振片时中间的偏振片小孔与其他任一偏振片小孔平行时，光屏上的光线完全消失； 当中间偏振片小孔与其他小孔成一定角度时，光屏上有光线；当中间小孔与其他偏振 片小孔均成45的时候，光屏上光线强度最大。应用：1.在摄影镜头前加上偏振镜消除反光：在拍摄表面光滑的物体，如玻璃 器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于光线的偏振而引起的。在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜面，能够阻挡 这些偏振光，借以消除或减弱这些光滑物体表面的反光或亮斑。要通过取景器一边 观察一边转动镜面，以便观察消除偏振光的效果。当观察到被摄