偏振光的研究实验报告

偏振光的研究

班级：物理实验班21

学号：2120909006

姓名：黄忠政

光的偏振现象是波动光学的一种重要现象，它的发现证实了光是横波，即光的振动垂直于它的传播方向。光的偏振性质在光学计量、光弹技术、薄膜技术等领域有着重要的应用。

一．实验目的：

1.了解产生和检验偏振光的原理和方法；

2.了解各种偏振片和波片的作用。

二．实验装置；

计算机，格兰陵镜，1/2、1/4波片，调节支架，光电接系统，激光器。

三．实验原理：

1.偏振光的概念和基本规律

（1）偏振光的种类

光波是一种电磁波，根据电磁学理论，光波的矢量E、磁矢量H和光的传播方向三者相互垂直，所以光是横波。通常人们用电矢量E代表光的振动方向，而电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光波的振动面。

普通光源发出的光是由大量原子或分子的自发辐射所产生的，它们所发射的光的电矢量在各个方向振动的几率相同，称为自然光。电矢量的振动方向始终沿某一确定方向的光，称为线偏振光或平面偏振光。若电矢量在各个方向都振动，但在某个固定方向占绝对优势，这种光称为部分偏振光，电矢量的末端在垂直于光传播方向的任一平面内做椭圆（或圆）运动的光，称为椭圆（或圆）偏振光。各种偏振光的电矢量E如图1所示，注意光的传播方向垂直于纸面。

（2）偏振光、波片和偏振光的产生

通常的光源都是自然光，研究光的偏振性质，必须采用一些物理方法将自然光变成偏振光，这一转变过程称为起偏，获得线偏振光的器件称为起偏器。线偏振光可用人造偏振片获得，如：某些有机化合物晶体具有二向色性，用这些材料制成的偏振片，能吸收某一方向振动的光，与此方向垂直振动的光则能通过，从而产生线偏振光；还可以利用光的反射和折射起偏的平行玻璃片堆；利用晶体的双折射特性起偏的尼科尔棱镜等。

椭圆偏振光、圆偏振光可用波片来产生，将双折射晶体割成光轴与表面平行的晶片，就制成波片了。当波长为λ线偏振光垂直入射到厚度为d波片时，线偏振光在此波片中分成o光和e光，

二者的电矢量E分别垂直于和平行于光轴，它们的传播方向相同，但在波片中的传播速度v0、v e却不同。如图2所示。因此折射率

n0=c/v0、n e=c/v e是不同的，于是，通过波片后，o光和e光的相位差ΔΦ和光程差δ分别为Δφ=2Π（n0-n e）/λ,δ=(n0-n e)d 能产生光程差为λ/2的波片称为λ/2波片（或半波片），能产生光程差为λ/4的波片称为λ/4波片。

从波片透射出来的o光和e光将会复合在一起，并呈现不同的偏振状态。线偏振光通过全波片后，透射光仍是线偏振光；线偏振光以а角通过λ/2波片后，仍是线偏振光，但偏振面转过2а角（а为入射光振动面与波片光轴的夹角）；线偏振光以а角通过λ/4波片后，透射光一般为椭圆偏振光；但当а=0或Π/2时，透射光仍是线偏振光；当а=П/4时，透射光为圆偏振光。

（3）偏振光的检验

鉴别偏振光的偏振状态的过程称为检偏，检偏装置称为检偏

器。实际上检偏器和起偏器是通用的，例如，把偏振片用于起偏就是起偏器，用于检偏就是检偏器。

线偏振光通过检偏器后，透射光的光强遵守马吕斯定律。设强度为I0的线偏振光垂直入射到一个理想的偏振片（检偏器）上，如图3所示，则透射光的光强为（不计光吸收）

I=I0cos2θ

式中θ为线偏振光的振动方向与偏振片偏振化方向之间的夹角。显然转到检偏器时，透射光的强度I将发生周期性变化。当θ=0º时，透射光强最大；当θ=90º时，透射光强最小（消光状态），接近全暗；当0º<θ<90º时，透射光强度介于最大值与最小值之间。

把偏振光和λ/4波片结合起来，可以把自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光区分开来。

四．实验内容：

1.设计并写出：由自然光分别产生线偏振光、椭圆偏振光和圆

偏振光的实验方案。

实验方案：让自然光通过一偏振片就很容易得到线偏振光；让通过偏振片得到的线偏振光以а角通过λ/4波片后，当а角为一般角度时，便得到椭圆偏振光；当а=0或П/2时，得到的依然是线偏振光；当а=П/4时，得到圆偏振光。于是，线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光就都得到了。

2.写出：鉴别线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光的实验方案和

根据。

实验方案：将得到的偏振光再次通过一偏振片，通过旋转该偏振片一周，观察计算机上显示的光强的变化曲线来判断是哪种类型的偏振光。

根据马吕斯定律，旋转偏振片一周后，线偏振光会产生消光的现象，圆偏振光的光强会是一个稳定值，即各个方向的光强基

本保持不变，而椭圆偏振光则介于两者之间，即不会产生消光的现象，各个方向的光强也不会相同。

3.布置及调整实验光路，分别产生和鉴别三种偏振光。

五．实验结果：

按照光路图搭建好实验光路后，通过旋转λ/4波片到一定角度，然后让第二个偏振片自动旋转一周记录下对应角度的光强，可以在计算机上绘制出不同的光强随偏振片角度变化的曲线。经过一次又一次的尝试，我们小组最终的结果还比较令人满意，最难实现的圆偏振光我们基本上得到了。

六．心得体会：

通过这次实验，我学会了如何产生和鉴别线偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光，对这三种偏振光有了更加深刻的认识，同时我也体会到了光学仪器是很矫情的，稍微不注意就可能使实验结果产生相当大的偏差，这在产生圆偏振光的过程中我有深刻的体会。