1、实 验 报 告姓名： * 班级： * 学号： * 实验成绩：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） 。此时光矢量在
2、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
3、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，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ne 为e 光的主折射率， no 为o 光的主折射率（正
4、晶体中， 0，在负晶体中 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 36 421 0.989074 0.956773 0.904509 0.834566 0.75 0.654509 0.552265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 84 900.
5、447736 0.345492 0.250001 0.165435 0.095492 0.043228 0.010926 0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 1380.010926 0.043227 0.095491 0.165433 0.249998 0.34549 0.447734 0.552262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 1800.654
6、506 0.749998 0.834564 0.904507 0.956772 0.989073 1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 * XParameter 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=0.9
7、9191 ，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1/2 波片转过角度 初始 10 20 30 40 50 60 70 80 90检偏器 A 转过角度 0 18 38 58 80 100 120 140 - -检偏器的角度差 - 18 20 20 22 20 20 20 - -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
8、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 度角度 0 10 20 30 40 50 60 70电流 0.032 0.022 0.016 0.018 0.027 0.041 0.059 0.078角度 80 90 100 110 120 130 140 150电流 0.097 0.114 0.126 0.132 0.130 0.122 0.108 0.090角度 160 170 180 190 200
9、 210 220 230电流 0.070 0.051 0.034 0.023 0.017 0.020 0.029 0.044角度 240 250 260 270 280 290 300 310电流 0.065 0.085 0.105 0.123 0.134 0.138 0.136 0.125角度 320 330 340 350 360电流 0.110 0.090 0.069 0.050 0.032作角度与电流的极坐标函数图：I在此基础上作振幅与角度的函数图：A分析：可以看出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形，在检偏器所转的0360 度之间，共达到两次消光，两次最大值，这正是椭圆偏振光的长轴和短
10、轴的位置。实验数据图中可以看出，图像少有倾斜，在 20 度和 200 度左右达到真正消光，这是因为初始角度原因。波片转 45 度角度 0 10 20 30 40 50 60 70电流 0.081 0.081 0.080 0.079 0.078 0.076 0.074 0.071角度 80 90 100 110 120 130 140 150电流 0.070 0.069 0.070 0.069 0.070 0.072 0.073 0.075角度 160 170 180 190 200 210 220 230电流 0.078 0.080 0.082 0.084 0.084 0.083 0.082
11、0.080角度 240 250 260 270 280 290 300 310电流 0.078 0.076 0.074 0.073 0.072 0.072 0.072 0.073角度 320 330 340 350 360电流 0.074 0.076 0.077 0.079 0.081作角度与电流的极坐标函数图：I在此基础上作振幅与角度的函数图：A分析：从图像中可以看出，函数形状成近乎圆的椭圆，理论上应该是圆，还是非常接近理论值。数据在 110 度和 290 度左右但到最小值，在 20 度和 200 左右达到最大值，这正是椭圆偏振光的长轴和短轴的位置。误差会在后面误差分析部分讨论。【对实验结果
12、中的现象或问题进行分析、讨论】1. 在做验证马吕斯定律的实验时，由于第一遍测量时出错，导致实验的重做，所以在预习报告上有大量修改的痕迹。但是，最后得到的结果非常准确，拟合度极高，也使得多花去的时间很值得。2. 在这里我想重点讨论以下这个实验的一个误差。上面的种种实验皆反映了在消光点的角度误差，而且这个误差不小。误差现象为：在消光点附近的 10度左右的范围内，电流计的示数皆为 0，所以无法准确地找出消光点的角度。所以实验作出的函数图都有一定的倾斜。在这里提出自己认为可以在一定程度上消除这个误差的方法：缓缓旋转检偏器，记下电流值为 0 的区间，取这个区间的中点为消光点。3. 误差来源还有旋转的转向误差，这是由于齿轮之间的间隙引起的。误差避免
