偏振光干涉实验报告Word格式.docx

1、?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 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MN时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光

2、强为：I0（sin22?）（1?cos?）；当MN时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4 I0（1?2sin2?cos2?）。其中为波片光轴与M2I?光强为：I/? 透振方向的夹角，为o光和e光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。改变、中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。 当=（2k+1）（1/2波片）时，cos=-1，I? 强最大，I/?02sin22?，出射光I0（1?sin2?）2，出射光强最小；当=（2k+1）/2（1/4 波片）时，cos=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=45度时，得到圆

3、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 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

4、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），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透过的长度l成正比。振动面转过的角度不仅与透过的长度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，只要测出旋光度就可以

5、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。并作旋光度与浓度的关系直线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，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/

6、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

7、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

8、决方法。 实验原理 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，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：

9、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）。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

10、，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

11、之间的夹角为，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=A0cos，强度 I=A ，I=A0cos= 20 22 2 cos=cos 式中I0为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。 这就是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。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，

12、产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的 夹角为2（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相关： = 0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。 = 21/4波片光轴的平面偏振光。 = 4 为其他值时，出射光为椭圆偏振光。 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