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    实验报告--偏振光学实验

    时间：2020-10-30 12:00:52 来源：蒲公英阅读网 本文已影响人 蒲公英阅读网手机站

    相关热词搜索：偏振 实验 光学

    　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

    　 【 实验目得 】

    　1 。观察光得偏振现象, , 验证马吕斯定律; ;

    　2. . 了解1 ／ 2 波片、１ １ ／ 4 波片得作用; ;

    　3 ．掌握椭圆偏振光、圆偏振光得产生与检测. .

    　【实验原理】

    　1 1 ．光得偏振性

    　光就是一种电磁波,由于电磁波对物质得作用主要就是电场，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得平面内，光矢量可能有不同得振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上得状态称为偏振态。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得投影为一条直线,故又称为线偏振态.若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘得轨道为一个圆,这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转得轨迹为一椭圆，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,目前广泛使用得偏

    　振光得器件就是人造偏振片，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得分量，而通过其垂直分量,从而使入射得自然光变为偏振光,介质得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、自然光与部分偏振光—-检偏。用作起偏得偏振片叫做起偏器,用作检偏得偏振器件叫做检偏器。实际上,起偏器与检偏器就是通用得。

    　3 ．马吕斯定律

    　设两偏振片得透振方向之间得夹角为α，透过起偏器得线偏振光振幅为A０,则透过检偏器 得线偏振光得强度为I

    　式中I０ 为进入检偏器前(偏振片无吸收时)线偏振光得强度。

    　4 。椭圆偏振光、圆偏振光得产生；1/2

    　波片与1/4

    　波片得作用

    　当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴得晶片时，若其振动面与晶片得光轴成α角，该线偏振光将分为e 光、o 光两部分,它们得传播方向一致，但振动方向平行于光轴得e 光与振动方向垂直于光轴得o

    　光在晶体中传播速度不同，因而产生得光程差为

    　 位相差为

    　式中nｅ 为e 光得主折射率, ｎ o 为o 光得主折射率（正晶体中，δ 〉0,在负晶体中δ ＜0）。d 为晶体得厚度，如图４ 所示。当光刚刚穿过晶体时,此两光得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：以下得所有测量数据中, , 电流得单位为

    　，角度得单位为角度. .

    　1 ． 验证马吕斯定律

    　角度

    　 6 42

    　1

    　0 、989074

    　０、９56773

    　0、 、904 ５09

    　0 、8345６6

    　０、７5

    　０、654509

    　0 、552265

    　电流 ０、209 0 、2 ０6 0 、201 0 、190 ０、１７5 0 、１57 0 、137 0 、１1５ 角度 48 54 6

    　 ０、4 ４77 ３6

    　０、３4549 ２

    　0 、２５0001

    　0、 、165 ４35

    　0、 、095 ４92

    　0、 、043 ２2 ８

    　0 、０10９２6

    　０

    　电流 0 、０9４ 0 、071 0 、052 0 、034 0 、０18 0 、0 ０７ 0 、000 0 、00 ０ 角度 ９6 １

    　１2 ６ 132 1 ３８

    　0 、0 １092 ６

    　0、 、0 ４32２7

    　０、095491

    　０、1 ６5433

    　0、 、249 ９98

    　0 、34 ５49

    　0 、44 ７73 ４

    　0 、552 ２62

    　电流 0 、000 0 、0 ０７ ０、01８ 0 、０３3 0 、０４9 ０、0 ６９ 0 、0 ９２ 0 、113 角度 １４4

    　8 174 180

    　 0、 、65450６

    　０、74 ９9 ９8

    　0 、８34564

    　０、904５０7

    　0 、9 ５677 ２

    　0 、98 ９07 ３

    　1

    　 电流 0 、1 ３7 0 、15 ６ ０、176 0 、19 １ 0 、202 0 、209 0 、２09

    　作得函数图像：

    　Origin 得数据分析：

    　Li ｎear Reg ｒｅssion through

    　ｏr ｉgin for

    　DAT Ａ２_B ：

    　Y = B ＊ X Par ａm ｅt ｅrａVﻩ ａlue Err ｏr －-——--— －————-——-——----- －-—- －—- －—--- －— －-—--—- －———-—---—- －- －— － Ａ Ａ－—ﻩ0ﻩ － Ｂ 0 、2 ０928、4ﻩ 、62 ３４3 Ｅ- ４ —-——-————— －- －—--—-— －－－-- －— －—— －—--———-—-—-— －-－- －--- －－－—-— －— －- Ｒ ＲＮﻩDSﻩ Ｎ P

    　——--— －-—-- －－---—-—-———-——- －－－－－－— －-——--—- －- －——- －—- －———-— －—- － ０、99991、0ﻩ 、00162 ３1 <0 、0001 — －－－－—— －— －-—-- －—--—---—-—-——-—--——- －— －－-- －－———--- －-— －- －————— 从以上得分析可知，电流大小 I 关于两偏振片得夹角余弦得平方得数据点得直线拟合得相关系数ｒ=0、 、99 １91

    　,。

    　可知实际测得得数据点与理论值匹配。

    　2 ． 线偏振光通过 1/2

    　波片时得现象与 1 ／2 波片得作用

    　1 ／2

    　波 波 片转过角度

    　初始 1

    　７0 ８０ 90 检偏器 A 转过角度

    　120 140 - —— —-— 检偏器得角度差

    　-- —

    　0 ２０ —-- - —- 说明:最后两个数据没测，就是因为在做得时候一时疏忽了，最后想要补做时,时间已晚,老师建议我们不做了 。

    　检偏器得平均角度差 度 由上面得数据可以明显地瞧出,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，光得偏振状态就是:光得偏振面偏离原来得角度就是波片光轴偏离角度得 2 倍. 3 ． 用 用 1 ／４ 波片产生圆偏振光与椭圆偏振光

    　波片转 20 度 角度

    　 60 70 电流 0 、０32 0 、02 ２ ０、０1６ 0 、０18 0 、02 ７ 0 、041 0 、059 0、 、0 ７８ 角度 8

    　０ １30 140 1 ５0

    　电流 0 、097 0 、11 ４ 0 、126 0 、132 0 、130 0 、122 0 、108 ０、090 角度 160 １7

    　0 ２20 230 电流 0 、07 ０ ０、０51 0 、0 ３4 0 、023 0、 、0 １７ 0 、0 ２0 ０、029 0 、0 ４4 角度 24

    　80 290 ３00 31 ０ 电流 0 、0 ６5 0 、08 ５ ０、105 ０、12３ 0 、134 ０、13８ ０、13６ 0 、125 角度 3 ２

    　6 ０

    　电流 0 、1 １０ 0 、090 ０、069 0 、050 ０、032

    　作角度与电流得极坐标函数图：

    　Ｉ～

    　 在此基础上作振幅与角度得函数图:A~

    　 分析:可以瞧出，该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形,在检偏器所转得０～360 度之间,共达到两次消光,两次最大值，这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。实验数据图中可以瞧出，图像少有倾斜，在２０度与２00 度左右达到真正消光，这就是因为初始角度原因。

    　波片转 45 度 角度

    　 ６0 70 电流 0 、0 ８1 0 、081 0 、080 0 、0 ７9 0 、07 ８ ０、0 ７６ 0 、07 ４ 0 、07 １ 角度 ８

    　0 1 ３0 1 ４０ １5 ０ 电流 0 、０70 ０、0 ６9 0 、０７0 0 、06 ９ 0 、070 0 、072 0 、073 0 、075 角度 16 ０ 17

    　0 ２20 230 电流 0 、07 ８ 0 、0 ８0 0 、082 0 、084 0、 、0 ８４ 、 ０、0 ８3 0 、０82 0、 、0 ８０ 角度 2 ４

    　80 29 ０ 30 ０ 31 ０ 电流 0 、０78 0 、076 、 ０、0 ７4 0 、0 ７3 ０、０7２ 0 、0 ７2 0 、072 0 、０7３ 角度 3 ２

    　60

    　电流 0 、0 ７４ ０、076 0 、077 ０、０79 、 ０、0 ８1

    　作角度与电流得极坐标函数图：I ～

    　在此基础上作振幅与角度得函数图：A ～

    　分析：从图像中可以瞧出,函数形状成近乎圆得椭圆,理论上应该就是圆，还就是非常接近理论值。数据在 1１０度与 290 度左右但到最小值，在２0 度与 2０0左右达到最大值,这正就是椭圆偏振光得长轴与短轴得位置。误差会在后面误差分析部分讨论。

    　【对实验结果中得现象或问题进行分析、讨论】

    　1. 在做验证马吕斯定律得实验时，由于第一遍测量时出错，导致实验得重做，所以在预习报告上有大量修改得痕迹。但就是,最后得到得结果非常准确,拟合度极高，也使得多花去得时间很值得. 2. 在这里我想重点讨论以下这个实验得一个误差。上面得种种实验皆反映了在消光点得角度误差，而且这个误差不小。误差现象为：在消光点附近得１0度左右得范围内，电流计得示数皆为 0,所以无法准确地找出消光点得角度。所以实验作出得函数图都有一定得倾斜。

    　在这里提出自己认为可以在一定程度上消除这个误差得方法：缓缓旋转检偏器，记下电流值为０得区间，取这个区间得中点为消光点。

    　3. 误差来源还有旋转得转向误差，这就是由于齿轮之间得间隙引起得。误差避免方法：只朝同一方向旋转. 4. 手电筒一类得误差:用手电在照波片或检偏器上得刻度时，会导致进入检测器

    　得光强增大，导致电流值增大;手在旋转波片或检偏器时容易将入射光挡住，导致进入检测器得光强减小。误差避免方法：每次测量电流时，使手与手电远离测量装置。

    　5. 上面得 A~图中得Ａ不就是实际得Ａ值,而就是Ａ得一个固定得倍数,改图得作用仅仅就是反映偏振光得振幅随着检偏器得角度得相对变化。

    　【附页】

    　思考题

    　１．求下列情况下理想起偏器与理想检偏器两个光轴之间得夹角为多少？ （1)透射光就是入射自然光强得1/3。

    　（２）透射光就是最大透射光强度得１/３。

    　答：（1）因为自然光通过偏振片后，光强减为原来得一半,所以 得, 。

    　（２)直接有马吕斯定律: 得 。

    　2.如果在互相正交得偏振片 P 1 与 P 2 中间插进一块1/4 波片，使其光轴跟起偏器 P １ 得光轴平行，那么透过检偏器 P 2 得光斑就是亮得？还就是暗得？为什么?将 Ｐ 2 转动90°后，光斑得亮暗就是否变化？为什么？ 答：因为波片光轴与起偏器平行，检偏器由与之正交，所以光斑就是暗得。将其转过90度后，两者平行，所以光斑就是明亮得. 4． 在第 2 题中用 1／2 波片代替 1/４ 波片，情况如何? 答：情况与 1/4 波片相同。

    　实验感想

    　 这次实验就是我做得第 3 个实验，第２个光学实验。在这次实验中竟然就是最后一个完成。原因就是在实验中有两次测量失败,不得不重做.虽然就是最后一个做完,但就是在数据分析方面还就是发现自己得数据还就是测量得很出色得，自己在写实验报告得过程中也尽量使用计算机,锻炼了自己各方面得能力。助教老师也对我得实验报告得风格以及我们小组得实验敬业度给与了认可。

    　最后，感谢助教老师对我们小组得耐心指导与帮助！

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