已录丁洪亮,偏振光实验中的定量分析

偏振光实验中的定量分析

丰建梅 丁宏亮 芦立娟

（浙江海洋学院，浙江舟山，316000）

摘要：本文根据理论和实验两方面对有关偏振光的问题进行定量分析，利用计算机软件（Excel ）对偏振

光实验的测量数据进行分析处理，使学生能更深刻的理解和掌握偏振光实验。 关键词：马吕斯定律 布儒斯特角 玻片 偏振光 定量分析

Quantitative analysis of polarized light experiments FENG-Jian mei , DING-Hong liang, LU-Li juan （Zhejiang Zhoushan ，Zhejiang Ocean University ，316000）

Abstract : Based on both theoretical and experimental issues related to quantitative analysis of polarized light, the use of computer software (Excel) experimental measurement of polarized light analysis of the data processing, so that students can more deeply understand and master the polarization experiment.

Keywords : Malus law; Brewster; Slide; Polarized light; Quantitative Analysis;

引言：

光的偏振特性研究是从人们进一步认识和研究晶体光学和许多重要光学仪器的基础，而

研究的主要内容就是观察在对马吕斯定律的验证和观察布鲁斯特角进行定量直观的研究。其次，传统的数据处理（手工作图），误差较大，难以达到精确研究的目的。随着电子技术的不断发展，Excel 这一工具，编辑为一体的办公软件，独特的功能、简单的方法得到了大众的青睐，为提高效率和减少误差，本文利用Excel 软件对偏振光实验测量中的数据进行处理。 1.仪器用具

KF-WZS 型偏振光实验仪一套 起偏器 1/2波片及转动装置 检偏器 光电转换装置 1/4波片及转动装置 玻璃堆 转台 光源 功率计 转臂

导轨 2.

实验原理

2．1马吕斯定律[2]

一束光强度为的线偏振光，透过检偏器以后，透射光的光强度为

,

其中是线偏振光的光振动方向与检偏器透振方向间的夹角，该式称为马吕斯定律。 2.2布儒斯特定律[3]

光从折射率为年n1的介质射向折射率为n2的介质时，当入射角满足： 反射光就变为振动方向垂直于入射面得完全偏振光，而折射光仍为部分偏振光。i 称为布儒斯特角.

可以证明：当入射角等于i 时反

图1马吕斯定律 图2 布儒斯特角

注:玻璃的折射率n2=1.5 布儒斯特角i=56.3度 ，从空气入射到介质，一般起偏角在

53度到58度之间。

12

tg n n

i b =

2.3波片的特性[3]

波片是一种对二垂直振动分量提供固定相位差的元件，是从单轴晶体中切割下来的平面平行板，其表面平行于光轴。2()/No Ne d δπλ=-式中d 为波片厚度，λ为光在真空中的波长。于是，入射的偏振光通过滤片后，由于其二垂直分量之间附加了一个相位差，将会改变偏振状态。 2.3.1 半波片

半波处的附加相位延迟差为2()/(21)(0,1,2,...)No Ne d m m δπλπ

=-=+=±±

出射光仍为线偏振光，振动面方位较入射光转过了2θ角，当θ＝45，振动90︒。 2.3.2 1/4波片

1/4波片的附加相位差为 2()/(21)/2

(1,1, 2...)No Ne d m m δπλπ=-=+=±± 线偏振光通过1/4波片后，出射光将变为长、短半轴等于Ae, Ao 的椭圆偏振光。当θ＝45︒时，Ae ＝Ao ＝A/2，出射出光为一圆偏振光。 3. 调试方法及步骤 3．1 验证马吕斯定律

调整两偏振片透光轴平行。方法是将起偏器不动，转动检偏器，直到照度计示值最大为止。此时记下检偏器度盘上的角度示值θ, θ即为两偏振片透光轴平行时，偏振片度盘上的

角度示值。将起偏器每转动10°，记下照度计的示值。如表1所示，并以cos 2

θ为横坐标，I 为纵坐标作I~cos 2θ关系曲线如下所示，由此验证马吕斯定律，如图3所示。

3.2 观测光以布儒斯特角入射的偏振现象

去掉起偏器，把玻璃堆放置转台中心位置，用压片固定，调节转台使玻璃堆与入射光线垂直，完毕将玻璃堆转至布儒斯特角，转动转臂，观察功率计读数，在读数最大处固定转臂，旋转检偏器，旋转至一周，观察功率计功率变化，并分析原因。如表3所示，并以θ为横坐标，I 为纵坐标作I~θ关系曲线，如图4所示。

3.3 观察波片现象

3.3.1定偏振片光轴：把所有器件按原理图的顺序摆放在平台上，调至共轴。旋转第二个偏振片，使起偏器的偏振轴与检偏器的偏振轴相互垂直，观察消光现象。 3.3.2考察平面偏振光通过λ/2波片时的现象：

在两块偏振片之间插入λ/2波片，把X 轴旋转二维架转动360度，观察消光的次数并解释这现象。将λ/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏。把检偏器转动360度，观察发生的现象.仍使起偏器和检偏器处于正交（即处于消光现象时），插入λ/2波片，使消光，再将转15度，破坏其消光。转动检偏器至消光位置，并记录检偏器所转动的角度。继续将λ/2波片转15度（即总转动角为30度），依次使λ/2波片总转角为45度，60度，90度，记录检偏器消光时所转总角度。

3.3.3 用波片产生圆偏振光和椭圆偏振光

使起偏器和检偏器正交，用λ/4波片代替λ/2波片，转动λ/4波片使消光。再将λ/4波片转动15度，然后将检偏器转动360度，观察现象，并分析这时从λ/4波片出来光的偏振状态。依次将转动总角度为30度，45度，60度，90度，每次将检偏器转动，记录所观察到的现象。

4.实验数据记录及处理 表1：验证马吕斯定律