光偏振研究分析实验报告.docVIP

福 建 工 程 学 院 实 验 报 告  实验题目 物理仿真实验——光偏振的研究 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实 验 报 告 内 容 实验目的： 观察光的偏振现象，巩固理论知识。 了解产生与检验偏振光的元件与仪器。 掌握产生与检验偏振光的条件和方法。 实验仪器： 本实验的实验仪器有中央调节平台和两臂调节机构、半导体激光器和电源、格兰棱镜、光电倍增管探头及电源、各种调节机构以及光电流放大器。 实验原理： 偏振光的概念和产生： 光具有矢量性——光是一种横波： （K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。在各种同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向）。 2．改变偏振态的方法和器件 常见的起偏或检偏的元件构成有两种： 1.光学棱镜。如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的； 2.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光. 马吕斯定律：马吕斯在1809年发现，完全线偏振光通过检偏器后的光强可表示为I1 = I0 cos2α，其中的(是检偏器的偏振方向和入射线偏振光的光矢量振动方向的夹角： 本次实验中我们用两块格兰棱镜充当起偏器和检偏器，通过硅光电池的响应电流检测偏光强度的方法来验证马吕斯定律。 由于 则 若n1为空气，则tg i0 = n2，这样，当介质折射率一定时，i0就唯一地被确定。 波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo ,ve 不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同.当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了Δ=2π(n0-n1)d/λ，若满足(ne-no)d=±λ/4，即Δ=±π/2我们称之为λ/4片，若满足(ne-no)d=±λ/2，即Δ=±π，我们称之为λ/2片，若满足(ne-no)d=±λ，即Δ=2π我们称之为全波片。 3．借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态 1. 只用检偏器（转动）： 对于线偏光可以出现极大和消光现象。 对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。 对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。 2. 用1/4波晶片和检偏器（转动） ： 对于非偏光（自然光）各方向光强不变。 对于圆偏光出现消光现象（原因）。 对于部分偏光仍出现极大和极小现象。 对于椭圆偏光，当把1/4波晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。 本实验原理共分三项： (1) 偏振光原理 演示各种相位差的椭圆运动，可以调节X方向和Y方向上的振幅。按下“暂停”键可以暂停动态演示，按下“继续”键可以取消暂停。观察完毕后，按“返回”键退回主窗口。 (2) 偏振片性质 演示没有偏振片和两块偏振片的透振方向成不同角度下，光波通过的动态图象，按下“暂停演示”可以暂停动态的演示。 (3) 椭圆偏振光 演示光波通过波晶片后的出射的光波的图象，可以调节波晶片的快轴和慢轴的旋转角度。按下“动态演示”键后，进入三维的动态演示画面，在动态画面上任意点击鼠标可以暂停或继续画面的动态演示。看完波晶片的性质的演示之后，按“返回”键回到主窗口。 实验步骤： 内容一：起偏 将激光束投射到屏幕上，插入一偏振片。使偏振片在垂直与光束的平面内旋转，观察光强变化，判断从激光器中出射的光的偏振状态。 内容二：消光 在第一片偏振片和屏幕之间加入第二块偏振片，将第一片固定，旋转第二片，观察实验现象。是否能找到一个位置使光完全消失，此时两片偏振片之间有什么关系？鉴别线偏振光的方法你可以总结出来吗？ 内容三：三块偏振片的实验 使两块偏振片处于消光位置，再在它们之间插入第三块偏振片，解释为什么这时有光通过，第三块偏振片取什么位置时能使光最强？最弱？ 内容四：圆偏光和椭圆偏振光的产生 a. 按光路图使偏振片A和B的偏振轴正交（消光）。然后插入一片(/4波长片C（实际实验中要使光线尽量穿过元件的中心）。 b. 以光线为轴先转动C使消光，然后使B转过360度观察现象。 c. 再将C从消光位置转过15、30、45、60、75、90度，每次都将B转过360度，观察实验现象，将上面几次的实验结果记录在表中。 内容五：区分圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光 通过以上手段，可以一般区分开线偏振光和其他状态的光，但是对圆偏振光与自然光；椭圆偏振光与部分偏振光之间用一片