偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)

光 學(xué) 實(shí) 驗(yàn) 期 末小 論 文學(xué)院：物 理 與 電 子 科 學(xué) 學(xué) 院 班級(jí)：2013 級(jí) 物 理 二 班 學(xué)號(hào)：2010921204姓名：陳杰偏振光的產(chǎn)生和檢驗(yàn)一.摘要：光的偏振是指光的振動(dòng)方向與光的傳播方向的不對(duì)稱性.偏振現(xiàn)象是證明光為橫波的最有力的證據(jù)，在科學(xué)上具有極其重要的意義。它不但豐富了光的波動(dòng)說的內(nèi)容，而且具有重要的應(yīng)用價(jià)值。自然光是各方向的振幅相同的光，對(duì)自然光而言，它的振動(dòng)方向在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)可取所有可能的方向，沒有一個(gè)方向占有優(yōu)勢.若把所有方向的光振動(dòng)都分解到相互垂直的兩個(gè)方向上，則在這兩個(gè)方向上的振動(dòng)能量和振幅都相等.線偏振光是在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿一個(gè)固定方向振動(dòng).起偏器是將非偏振光變成線偏振光的器件；檢偏器是用于鑒別光的偏振狀態(tài)的器件。二.關(guān)鍵詞：He-Ne激光器，光具座，光靶，光學(xué)測角臺(tái)，偏振片，波片，白屏，CD盒. 自然光。Natural light is the direction of the amplitude of the same light, for natural light, its direction of vibration in the vertical plane in the direction of propagation of light advisable all possible direction, not a direction advantage. If all the direction of light vibration are decomposed to two perpendicular directions, then in the two directions of vibration amplitude and energy are equal. The line is in perpendicular to the direction of propagation of plane polarized light, the light vector only along a fixed direction vibration. The analyzer is unpolarized light is converted into linear polarized device;Partial detector is used to identify the components of light polarization state.三、實(shí)驗(yàn)原理1.光的偏振性光波是波長較短的電磁波，電磁波是橫波，光波中的電矢量與波的傳播方向垂直。光的偏振觀象清楚地顯示了光的橫波性。光大體上有五種偏振態(tài)，即線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光、自然光和部分偏振光。而線偏振光和圓偏振光又可看作橢圓偏振光的特例。（1）自然光光是由光源中大量原子或分子發(fā)出的。普通光源中各個(gè)原子發(fā)出的光的波列不僅初相彼此不相關(guān)，而且光振動(dòng)方向也是彼此不相關(guān)的，呈隨機(jī)分布。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，沿各個(gè)方向振動(dòng)的光矢量都有。平均說來，光矢量具有軸對(duì)稱而且均勻的分布，各方向光振動(dòng)的振幅相同，各個(gè)振動(dòng)之間沒有固定的相聯(lián)系，這種光稱為自然光或非偏振光，通過自然觀的照射，CD盒上會(huì)出現(xiàn)顯色偏振. （2）線偏振光光矢量只沿一個(gè)固定的方向振動(dòng)時(shí)，這種光稱為線偏振光，又稱為平面偏振光。光矢量的方向和光的傳播方向所構(gòu)成的平面稱為振動(dòng)面，如圖（a）所示。線偏振光的振動(dòng)面是固定不動(dòng)的，圖（b）所示是線偏振光的表示方法，圖中短豎線表示光振動(dòng)在紙面內(nèi)，點(diǎn)表示光振動(dòng)垂直于紙面。（3）部分偏振光這是介于線偏振光與自然光之間的一種偏振光，在垂直于這種光的傳播方向的平面內(nèi)，各方向的光振動(dòng)都有，但它們的振幅不相等，如圖（a）所示。這種部分偏振光用數(shù)目不等的點(diǎn)和短線表示。在圖（b）中，上圖表示在紙面內(nèi)的光振動(dòng)較強(qiáng)，下圖表示垂直紙面的光振動(dòng)較強(qiáng)。要注意，這種偏振光各方向的光矢量之間也沒有固定的相的關(guān)系。2. 布儒斯特角當(dāng)光從折射率為n1的介質(zhì)（例如空氣）入射到折射率為n2的介質(zhì)（例如玻璃）交界面，而入射角又滿足時(shí)，反射光即成完全偏振光，其振動(dòng)面垂直于入射面。iB稱布儒斯特角，上式即布儒斯特定律。顯然，B角的大小因相關(guān)物質(zhì)折射率大小而異。若n1表示的是空氣折射率，（數(shù)值近似等于1）上式可寫成3.馬呂斯定律如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面E表示）投射在起偏器P上（如下圖），只有相當(dāng)于它的成份之一的Ey（平行于光軸方向的矢量）能夠通過，另一成份Ex（=E cos）則被吸收。與此類似，若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅為E0，則透過A的振幅為E0 cos（這里是P與A偏振化方向之間的夾角）。由于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，可知透射光強(qiáng)I隨而變化的關(guān)系為這就是馬呂斯定律。EXEyE4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1.布儒斯特角的測定在光具座上，由氦氖激光器發(fā)出的光束擦盤直接入射到立在光學(xué)測角臺(tái)直徑上的黑玻璃鏡面，先轉(zhuǎn)動(dòng)測角臺(tái)，使反射光束原路返回，由此定出入射光束的零度方位，利用滑動(dòng)座的升降微調(diào)裝置適當(dāng)降低角度盤，然后再從入射角為1085范圍內(nèi)尋找反射光束通過檢偏器后，光強(qiáng)變到最?。ㄉ踔翞榱悖r(shí)的角度也可直接用白屏觀察）。這里的檢偏器是一個(gè)能在支架上轉(zhuǎn)動(dòng)的偏振片，支架鎖緊在測角臺(tái)的轉(zhuǎn)臂上。用檢偏器檢查任一反射光束，都是偏振光，在改變?nèi)肷浣堑倪^程中，檢偏器透振軸指向水平方向（為什么？）。為了更準(zhǔn)確的測量，可以選取4864角的入射角范圍，根據(jù)消光位置找出布儒斯特角。2.馬呂斯定律的驗(yàn)證如果光源中的任一波列（用振動(dòng)平面E表示）投射在起偏器P上，只有相當(dāng)于它的成分之一的（平行于光軸方向的矢量）能夠通過，另一成分則被吸收。若投射在檢偏器A上的線偏振光的振幅為E0，則透過A的振幅為（這里 是P與A偏振方向之間的夾角）。由于光強(qiáng)與振幅的平方成正比，所以透射光強(qiáng)I隨而變化的關(guān)系為這就是馬呂斯定律。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：讓激光束垂直通過起偏器成為偏振光，用檢偏器檢查時(shí)，使兩個(gè)偏振器的透振方向的夾角在從0轉(zhuǎn)動(dòng)一周的過程中，用連接光電流放大器的光電探頭測量透射光強(qiáng)的相對(duì)值I，每10讀取一次數(shù)據(jù)。將數(shù)據(jù)填入表（二），然后畫出I-關(guān)系曲線，或?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)打印出關(guān)系曲線。5、數(shù)據(jù)表格及數(shù)據(jù)處理（1）.布魯斯特角8434140255551124551814556504096405640=562157 和理論上基本符合不確定度的計(jì)算：（2）.驗(yàn)證馬呂斯定律檢流計(jì)仍放在4檔，在測量過程中也不要換檔。將起偏器放在光強(qiáng)最強(qiáng)的位置，在管2另一端套上檢偏器P2并使豎直方向?yàn)?。然后旋轉(zhuǎn)檢偏器P2使檢流計(jì)的光強(qiáng)最?。ㄈ栽?檔可以調(diào)為0）。此時(shí)可以認(rèn)為P1 與P2偏振方向的夾角為90，記錄此時(shí)P2偏振方向的絕對(duì)角度值f、相對(duì)角度值q和光強(qiáng)值I，以后每隔10記錄一次，直到P1 與P2偏振方向的夾角為-90，I0為 P1 與P2偏振方向的夾角為0時(shí)的光強(qiáng)值，作出I/I0cos2q的關(guān)系曲線（090，0-90各一條，用最小二乘法求出斜率和截距，根據(jù)馬呂斯定律斜率應(yīng)為1，截距應(yīng)為0，分析實(shí)驗(yàn)的誤差）。1) -900ThetaIpCos2-9001.06939E-26-8520.0076-806.40.03015-7513.20.06699-70220.11698-6532.20.17861-6044.60.25-5557.60.32899-5071.10.41318-4585.30.5-401000.58682-351130.67101-301260.75-25137.60.82139-20146.80.88302-15154.60.93301-10160.20.96985-5163.30.992401641用Origin線性擬合并分析誤差：2) 090ThetaIpCos2016415161.80.992410157.10.9698515150.10.9330120141.30.8830225130.20.8213930118.10.7535104.40.6710140900.586824575.60.55061.40.413185548.20.328996035.70.256523.70.1786170150.11698758.30.066998030.03015850.30.0076900.11.06939E-26用Origin線性擬合并分析誤差：6、注意事項(xiàng)1、保護(hù)光學(xué)元件的光學(xué)表