验证马吕斯定律.docxVIP

偏振光的特性研究 实验报告 【实验目的】 1．掌握产生与检验线偏振光的方法，验证马吕斯定律； 2．掌握产生和检验圆（椭圆）偏振光的方法； 3．掌握测量布儒斯特角的方法。 【实验仪器】 激光器，分光计光具座，偏振片（2 个），1/2 波片，1/4 波片，光功率计等。 【实验原理】 光的偏振 光按照偏振状态可分成自然光、部分偏振光、完全偏振光 3 类，其中完全偏振光又称为 椭圆偏振光，包括线偏振光和圆偏振光等 2 种特例。 自然光 光是由光源中大量原子或分子的能级跃迁产生的。在振动平面内，各个方向的振动都有，统计上是均匀分布的。 完全偏振光 其振动的两个分量的幅度和相位差都不随时间改变 其中Ax 、A??和??为常数。 若 Ax=A??且?? = ±Π /2，则电矢量端点的轨迹是一个圆，这种光称为圆偏振光。注意?? =Π /2和?? = Π/2是旋转方向不同的两种圆偏振光。 如果?? = ??Π，椭圆退化成线段，光会沿一个固定的方向振动，这种光称为线偏振光(或平面偏振光)。线偏振光的电场分量可表示为 这里 θ为振动方向与 x 轴的夹角。 部分偏振光 偏振性质介于自然光与完全偏振光之间的光称为部分偏振光。 偏振光的测量 通过旋转检偏器， 测量不同方向振动的光强。设入射光的电场为 检偏器的透振方向为θ。垂直于θ方向的振动被检偏器吸收，留下与θ方向平行的振动。因此探测器测量的光强正比于这里????表示??的周期或长时间平均值。 对于自然光，由于?? 和????(统计上)强度相等且没有固定的相位差，因此 ???? = ?? = ??????????. 光强与检偏器角度无关。 对于线偏振光，假设振动方向与 x 轴平行，(?? (??), ????(??)) = ( cos ω??, 0 )，有 此式被称为马吕斯定律。 一般的椭圆偏振光， 根据光强与θ的关系可以确定 Ax，Ay和cos ??。 不能区分椭圆偏振光和部分偏振光(特殊的，圆偏振光与自然光的光强都与θ无关) 解决方法是在检偏器之前再加一块 1/4 波片。 偏振状态的改变 光从折射率 为n1的介质入射到折射率为n2的介质，菲涅耳公式给出能量反射率为： 其中??∥和??⊥分别对应振动方向平行和垂直于入射面的线偏振光，θ 1和 θ 2分别是入射角和折射角(满足关系??1 sin θ1 = ??2 sinθ2)。只要不是正入射，都有??∥ ≠ ??⊥。 布儒斯特定律： 如果自然光入射，反射光都不再是自然光。当θ 1 +θ 2 = /2，即 时，??∥ = 0，反射光只有垂直于入射面的振动，是线偏振光。 θ B称为布儒斯特角。如果此时入射光是平行于入射面的线偏振光，则光会全部进 【实验装置】 在分光计的基础上改装的，主要元件包括：光源(激光和白 光 LED)、光功率计、偏振片(两片,起偏器和检偏器)、1/2 波片、1/4 波片和玻璃片。 【实验内容】 光源偏振特性测量(预备实验) 验证马吕斯定律 测量半波片如何改变偏振状态 测量 1/4 波片如何改变偏振状态 布儒斯特角的测定 反射起偏测量 (选做) 【注意事项】 保护光学元件，不得触摸光学元件的光学表面。 切勿对视激光，防止视网膜遭永久性损伤。  【实验内容】【实验结果】 验证马吕斯定律： 让激光束垂直通过起偏器成为偏振光 ，用检偏器检查，使两个偏振器的透振方向从0到360度，记录转动一周的光强相对值数据（这里用光功率来代替光强数值），并画出I- 检偏器转角θ（°） 光功率（μw） 检偏器转角θ（°） 光功率（μw） 10 0.04 260 1.95 20 0.21 270 2.03 30 0.46 280 1.99 40 0.79 290 1.82 50 1.14 300 1.56 60 1.47 310 1.23 70 1.74 320 0.87 80 1.92 330 0.54 90 2 340 0.26 100 1.96 350 0.06 110 1.79 360 0 120 1.53 190 0.05 130 1.2 200 0.22 140 0.85 210 0.48 150 0.52 220 0.8 160 0.25 230 1.16 170 0.07 240 1.49 180 0 250 1.77 测量1/2波片如何改变偏振状态： 调整两个起偏器使之正交，并在起偏器和检偏器之间加入半波片，旋转波片一周，观察光电流大小的变化，会发现光电流有几次为零的情况。记录旋转一周消光的次数。 通过记录，发现旋转一周后，消光4次。 将上述半波片旋转到消光的位置，再分别转动波片10，20，30，40.。。此时旋转检偏器P让每次波片转过上述角度后光电流为0，并分别记录波片转过一定角度后对应电流为0时检偏器旋转的角度，根据实验数据