仿真实验偏振光实验报告

篇一：偏振光实验报告仿真

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大学物理仿真实验电信学院

实验报告

------物理仿真实验

实验名称：偏振光实验

实验报告日期： 2009 年 11 月 28 日学号：********

***********姓名： *******教师审批签字1.实验原理：

偏振光原理：

按电磁波理论,光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直.实际中最常见的光的偏振态大体为五种，即自然光、线偏振光、部分偏振光、圆偏娠光和椭圆偏振光．

1. 自然光是各方向的振幅相同的光。对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等。

2．线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个方向振动。起偏器是将非偏振光变成线偏振光的器件；检偏器是用于鉴别光的偏振光状态的器件。常见的起偏或检偏的元件构成有两种：

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.

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； 3．部分偏振光：

除了自然光和线偏振光外，还有一种偏振状态介于两者之间的光．如果用偏振片去检验这种光的时候，随着检偏器透光方向的转动，透射光的强度既不象自然光那样不变，又不象线偏振光那样每转90o。交替出现强度极大和消光．其强度每转90o也交替出现极大和极小，但强度的极小不是0(即不消光)。从内部结构看，这种光的振动虽然也是各方向都有，但不同方向的振幅大小不同，具有这种特点的光，叫做部分偏损光

我们假定波是沿z轴传播的，在图中它垂直纸面迎面而系．这时若电矢量按逆时针方向旋转，我们称为左旋圆偏振光。若顺时针旋转，称为右旋圆偏振光。

5．椭圆偏振光

电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆的光，叫椭圆偏振光。椭圆运动也可看成是两个相互垂直的线偏振光的合成，只是它们的振幅不等，或位相差不等于±π/2。

椭圆长、短轴的大小和取向，与振幅ax, ay和位相差都有关系。可以看出线偏振光和圆偏振光都是椭圆偏振光的特例，常用波晶片把椭圆偏振光转换为线偏振光。

椭圆偏振光退化为圆偏振光的条件是：ax ＝ ay 和＝±π/2。

椭圆偏振光退化为线偏振光的条件是：ax ＝ 0，或ay ＝ 0，或＝0，±π。椭圆偏振光也有左、右旋之分，其定义与前面圆偏振光的定义相同。

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。

布儒斯特定律：

自然光以任意入射角i入射于两种各向同性的透明介质的分界面商。一般情况下，反射光和入射光分别是部分偏振光，垂直于入射面振荡的电矢量在反射光中占主要地位。在入射面上

振荡的电矢量在折射光中占主要地位。有一特殊入射角b,当i =b 时，反射光线垂直于折射光线(i +b = π/2)，反射光变成完全偏振光。该现象最早在1815年为布儒斯特所发现，我们称之为布儒斯特定律，b叫做布儒斯特角，满足下列方程：其中n1，n2是相邻两种媒质的折射率。

改变射向晶体的入射光线的方向，可以找到一个确定的方向，沿着这一方向，o光和e光传播速度相等，折射率相同，不产生双折射现象，这个方向叫做光轴。只有一个光轴的晶体叫做单轴晶体(如方解石、石英等)，有两个光轴的晶体称为双轴晶体(如云母、硫磺等)。

包含光轴和任一光线的平面，称做对应于该光线的主平面。o光的电矢量的振动方向垂直于主平面。e光电矢量的振动方向在它的主平面内。

本实验用来获得偏振光的仪器叫做格兰棱镜。格兰棱镜是由两面三块方解石棱镜构成的，二棱镜间的空气隙，方解石的光轴平行于棱镜的棱。自然光垂直于界面射入棱镜后分为o光和e光，o光在空气隙上全反射，只有e光透过棱镜射出

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a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：

2.实验仪器：

半导体激光器，起偏器，检偏器，1/4波片，光电探测器，光电探测器台，光电流放大器，光屏，光具座。

3.实验内容：

根据马吕斯定律测定光电池的线性响应:p1：起偏器，方位不变

p2：检偏器，改变其方位以得到不同强度的偏振光，用来测定硅光电池的线性响应 b：分束板，使激光器的光束部分投射(i0)，部分反射(i1)

d1：光源光强监视器，包括硅光电池及光电流检测装置，用以i0的变化。

d2：当p2方位变化时，偏振光强i2依照马吕斯定律改变，i2的变化将由d2测定。测量数据:

ψθ i1 i2

i1 ，i2 ：d1，d2的光电流读数,

为起偏器p1后平面偏振光方位与检偏器p2后平面偏振光方位的夹角。：p2盘读数

根据测量结果，绘出与关系曲线，是否呈线性关系。根据布儒斯特定律测定介质的折射率: 利用布儒斯特定律时，只能在入射光为p分量(电矢量平行入射面)时，才能得到反射率为零的布儒斯特角。故实验分为两步进行：

a. 确定起偏器的方位，在此方位使入射到样品表面的入射光(即起偏后的偏振光)的偏振方向恰好为p分量。实验方法如下：

1． p1在某一方位时，转动样品面使反射光的反射角在50o~60o之间，移动光屏使得反射光点落于其上，仔细观察光屏上反射光的强弱变化。选定出射光点最暗的某一位置做下一步调整。

2．然后旋转p1的角度，观察光屏上反射光点的亮暗变化。找到一个光点最暗的p1方位角。3．再依次重复1，2的步骤，知道反射光强近于零。此时p1的方位角恰好使出射平面偏振光与入射平面相重合，即为p分量。

b. 根据布儒斯特定律确定介质材料的折射率。篇二：偏振光实验报告

实验1. 验证马吕斯定律

实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振

光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸

收o光，通过e光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫