偏振光实验报告(物理系)

物理4+4 （1701）班 万遂 U201710274

摘要：麦克斯韦指出光波是一种电磁波，电磁波是横波。由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，常用E表征光波振动矢量，简称光矢量。任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光表示

关键词：偏振光，马吕斯定律，起偏和检偏

一、引言

【实验目的】

1.观察光的偏振现象，加深对其规律认识。

了解产生和检验偏振光的光学元件及光电探测器的工作原理。

2.掌握光路准直的调节方法，

3.掌握极坐标作图方法。

4.掌握一些光的偏振态(自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光、圆偏振光) 的鉴别方法以及相互的转化。

【实验原理】

1.自然光与偏振光

由于光与物质相互作用过程中反应比较明显的是电矢量E，常用E表征光波振动矢量。

任一偏振光都可以用两个振动方向互相垂直，相位有关联的线偏振光表示

2.双折射现象

当一束光射入到光学各向异性的介质时，折射光往往有两束，称为双折射

3.二向色性

晶体对o光和e光的吸收是不一样的，此特性称为二向色性。

4.起偏和检偏

根据晶体二向色性，可制作偏振片，能将自然光变为线偏振光

5.马吕斯定律

强度为I0的线偏振光透过偏振片时，透射光强度I=I0cos²θ

6.椭圆偏振光通过检偏器后的光强

椭圆偏振光通过检偏器后的光强变化

通过P2后

【实验内容】

(1) 观察激光光源的偏振态

  (2) 验证马吕斯定律，研究透过两偏振器后的光强I 与它们透光轴间夹角的关系

(3) 判别1/4波片与1/2波片。

  行设计。

  (4) 通过1/4 波片产生圆偏振光，优化光学元件的调节，记录结果。

  (5) 测量椭圆偏振光通过检偏器的光强

  根据原理自行设计，极坐标作图1-P的关系，与理式比较。

【实验方法和技术】

实验中运用到了控制变量的研究方法，在检测光的强度的时候用到了光检流计

二、实验数据及处理

1、观察激光光源的偏振态

数据为：

用origin软件作出光强I与角度的关系，如图一。

图一

可以得出该偏振光为椭圆偏振光。

2、验证马吕斯定律，研究透过两偏振器后的光强I与它们透光轴间夹角的关系。

固定P1，旋转P2

数据为：

用origin软件作出光强I与角度的关系，如图二。

图二

在直角坐标系之中作图，如图三。

图三

可以看出该直线拟合的效果很好，调整之后的R平方为0.998，故该数据验证了马吕斯定律，即。

固定P2，旋转P1

用origin软件作出光强I与角度的关系，如图四。

图四

在直角坐标系之中作图，如图五。

图五

本次数据较上次来说出现了一定的波动，经过对各种因素的分析，对比两次的实验数据，发现了来自自然光线的影响。第一组实验数据是在下午四点多钟测出的，而后一组是在老师指导之后晚上测的，可能是自然光线被光电探测器检测到了，使得数据偏高。

3、判别1/4波片与1/2波片，写出依据。

依据：将波片放置在起偏器和检偏器之间，由于在线偏振光通过半波片之后仍为线偏振光，而线偏振光是可能会导致光强为零的；而对于1/4波片来说，线偏振光变为了椭圆偏振光甚至是圆偏振光，调节透光轴夹角光强是不可能为零的。故以此，分别测量了两组数据，得到了结论。

通过对数据的分析可得出，波片2出现了消光现象，而波片1未出现消光现象，故可得出波片1为1/4波片，而波片2为半波片，以此来进行以下的实验。

四、通过1/4波片产生圆偏振光，优化光学元件的调节，记录结果。

首先将P1和P2正交，保持消光状态；在中间插入1/4波片，转动波片使得光强最小，再转动波片45°；旋转P2观察光强变化范围，记录数据。

实验数据：

用origin软件作出光强I与角度的关系，如图六：

图六

五、测量椭圆偏振光通过检偏器的光强

可以在[0,]之中取除了0°，45°，90°的任意值，为了计算方便，将取为60°。

表六为I和之间的数据：

用origin软件作出光强I与的关系，如图七：

图七

以及在极坐标中的关系图，如图八。

图八

经过图七以及图八的分析，该椭圆偏振光对上述公式的符合度极高。

二、误差分析

下面来对实验四进行误差分析：

先画出电流、角度的直方图：

平均值=25.4027(mA)

标准不确定度的A类评定：由公式 可算出

在标准不确定度的B类评定上，由于缺少数据的精度以及分布情况等等，故在此就不细算具体的不确定度值。

综上，实验四的最终值为

I=25.40（mA）

三、实验小结

【实验遇到的问题及解决的方法】

（1）之前没有学习过相关方面的知识，所以在预习的时候很吃力。

解决方案：花费更多的时间弄懂一些概念和操作方法。

（2）对于实验仪器不够了解，之前寻找仪器花了一段时间。

解决方案：仔细地察看了各个仪器的标签，并询问了老师。

（3）不懂如何调零，导致之前的实验数据偏大。

解决方案：在不会调零的条件下，通过查阅资料、请求老师帮助，最终修改了之前的数据，得到了正确的实验数据。

（4）  在光检流计测光强的时候存在自然光的影响，而且影响是不可忽略的。

解决方案：用不透光的衣物之类的遮住光检流计，或关上电灯，拉上窗帘，有效的减少光强。

【体会或收获】

在这个实验中我最大的收获就是学会了如何自己去设计实验来验证各种结定律以及结论，而不是像以前一样跟着实验步骤一步一步来做，这次可以自行设计出多套方案来进行验证。最后所得的数据符合理论定律是还是很开心的。其次的话自己学会了很多关于偏振光的知识，从完全不懂，到现在可以抽象地认识它

【实验建议】

在实验之前一定要搞清楚实验的原理，搞清楚各种实验仪器，不然在实验的初期会处于一个不知所措的状态，实验的过程中一定要有耐心，记录的实验数据多而杂，特别是在转动角度时要有条理，一点一点来。在调圆偏振光的时候不要因为误差太大而心急，毕竟实验的仪器本身也是有误差的，结果不合心意在慢慢地去调光路，尽量使各个仪器保持在同一水平上。

四、参考文献

基础物理实验讲义

大学物理实验