下载文档原格式
光偏振现象的研究实验报告一、引言光偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向只在一个平面内的现象。
光偏振现象的研究对于理解光学原理及其应用具有重要意义。
本实验旨在通过测量不同偏振方向下透射光强度的变化，探究光偏振现象的基本原理及其应用。
二、实验原理1. 光偏振概念当一束光波在传播过程中，振动方向只在一个平面内时，称为偏振光。
如果此时所选平面与传播方向垂直，则称为线性偏振光。
2. 偏振片偏振片是一种能够选择或制造出特定偏振方向的器件。
常见的有各种材料制成的线性偏振片、四分之一波片和半波片等。
3. 马吕斯定律马吕斯定律指出：当线性偏振光通过另一个线性偏振片时，透射光强度与两者间夹角θ满足cos2θ关系。
4. 假设条件本实验中所涉及到的所有器件均为理想器件，忽略了实际器件的各种不完美因素。
三、实验装置1. He-Ne激光器2. 偏振片（线性偏振片、四分之一波片、半波片）3. 透镜4. 探测器四、实验步骤1. 将He-Ne激光器放置于台架上，开启电源，调节激光束方向，使其垂直于偏振片的传播方向。
2. 将线性偏振片插入激光束路径中，并旋转偏振片，观察透射光强度的变化。
3. 将四分之一波片插入激光束路径中，并旋转四分之一波片和线性偏振片，观察透射光强度的变化。
4. 将半波片插入激光束路径中，并旋转半波片和线性偏振片，观察透射光强度的变化。
5. 通过探测器测量不同角度下透射光强度，并记录数据。
五、实验结果与分析1. 线性偏振片当线性偏振片与激光束的偏振方向垂直时，透射光强度为0。
随着偏振片旋转，透射光强度呈现出cos2θ的变化规律，符合马吕斯定律。
2. 四分之一波片四分之一波片能够将线性偏振光转化为圆偏振光。
当线性偏振片与四分之一波片的快轴和慢轴夹角为45°时，透射光强度最大；当夹角为0°或90°时，透射光强度为0。
3. 半波片半波片能够将线性偏振光转化为相反方向的线性偏振光。
当线性偏振片与半波片的快轴和慢轴夹角为45°时，透射光强度最大；当夹角为0°或90°时，透射光强度为0。
光偏振现象的实验报告光偏振现象的实验报告引言：光是一种电磁波，具有波动性和粒子性。
在自然界中，我们经常观察到光的偏振现象，即光波的振动方向在特定的方向上发生偏离。
本实验旨在通过实际操作，观察和研究光的偏振现象，并探索其背后的物理原理。
实验材料与仪器：1. 光源：白炽灯2. 偏振片：线性偏振片、圆偏振片3. 透光物体：透明塑料片、玻璃片4. 光屏：白色光屏5. 光学台和支架6. 透镜实验步骤：1. 实验一：观察线性偏振光的现象a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源和白色光屏之间放置一个线性偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 旋转线性偏振片，观察光的亮度变化。
2. 实验二：观察圆偏振光的现象a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源和白色光屏之间放置一个圆偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 旋转圆偏振片，观察光的亮度变化。
3. 实验三：观察透光物体对光的偏振的影响a. 将白炽灯放置在光学台上，并打开电源，确保光源稳定。
b. 在光源、白色光屏和透光物体之间放置一个线性偏振片，并调整偏振片的方向，观察光在白色光屏上的表现。
c. 更换透光物体，如透明塑料片或玻璃片，重复步骤b，观察光的亮度变化。
实验结果与讨论：1. 实验一的结果表明，当线性偏振片的方向与光的振动方向垂直时，光在白色光屏上的亮度最低；当二者平行时，光的亮度最高。
这说明线性偏振片可以选择性地阻挡特定方向上的光振动。
2. 实验二的结果显示，圆偏振片可以将线偏振光转化为圆偏振光。
当圆偏振片的方向与光的振动方向相同时，光在白色光屏上的亮度最高；当二者垂直时，光的亮度最低。
3. 实验三的结果表明，透光物体对光的偏振有一定的影响。
不同的透光物体对光的偏振方向有不同的选择性吸收作用，从而导致光在白色光屏上的亮度变化。
结论：通过本次实验，我们观察到了光的偏振现象，并了解了线性偏振片和圆偏振片对光的影响。
光的色散与偏振色散与偏振现象的实验观察光的色散与偏振现象的实验观察光是一种电磁波，具有波动性质。
在光通过介质时，由于介质对光的干扰作用，光会发生色散和偏振的现象。
为了观察和研究光的色散和偏振现象，我们进行了一系列的实验。
本文将详细介绍光的色散和偏振现象的实验观察过程和结果。
实验一：光的色散观察我们首先进行了光的色散实验。
在实验中，我们使用了一束白光照射到一个三棱镜上。
根据光的色散性质，不同波长的光具有不同的折射角。
我们观察到，当白光经过三棱镜折射后，分解成了七种颜色的光，分别是红、橙、黄、绿、青、蓝和紫。
这些颜色的光按照波长从长到短排列，形成了一条连续的光谱。
进一步观察发现，不同颜色的光在经过三棱镜后产生不同的折射角。
红光的折射角最小，紫光的折射角最大。
这是因为不同颜色的光具有不同的波长，折射角与入射角呈一定的关系。
实验结果表明，光的色散现象是由于光在不同介质中的折射率与波长有关。
实验二：光的偏振观察除了色散现象，我们还进行了光的偏振实验。
在实验中，我们使用了一个偏振片和一束偏振光。
偏振片可以将非偏振光转化为偏振光，而且只允许特定方向的振动方向通过。
我们发现，当偏振片与偏振光的振动方向垂直时，光无法透过偏振片，只有在两者振动方向一致时，光才能完全透过。
进一步观察发现，当两个偏振片的方向相同时，光通过后保持原来的亮度。
而当两个偏振片的方向垂直时，光透过后变得非常暗淡甚至完全消失。
这是由于偏振片的特性，只有与偏振光振动方向一致的光通过时，才能完全透过。
实验三：色散与偏振的结合观察为了进一步研究光的性质，我们将色散和偏振现象结合起来进行观察。
在实验中，我们使用了一束偏振光通过一个三棱镜，并使用偏振片来改变光的振动方向。
我们发现，当偏振光通过三棱镜后，分解成了七种颜色的光，而且每种颜色的光都具有特定的偏振方向。
进一步观察发现，不同颜色的光在经过偏振片后会发生不同的亮度变化。
有些颜色的光透过偏振片后亮度并未发生显著变化，而有些颜色的光则变得非常暗淡。
偏振光现象的研究实验报告一、实验目的本实验旨在通过观察和分析偏振光现象，深入理解光的偏振性质，掌握偏振片和检偏器的使用方法，并学会分析和解释实验数据。
二、实验原理偏振光是一种特殊的光线，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
自然光在不受外力作用的环境中产生，其光波的振动方向是随机的，既有水平方向的振动，也有垂直方向的振动。
而偏振光则只有在一个特定方向上存在振动。
三、实验步骤1. 准备实验器材：光源、偏振片、检偏器、屏幕、测量尺、坐标纸。
2. 打开光源，使光线通过偏振片，观察光线的变化。
3. 旋转偏振片，观察光强的变化，找到使光强最弱的偏振角度。
4. 将检偏器旋转至与偏振片相同的偏振角度，观察光强的变化。
5. 记录实验数据，绘制光强与偏振角度的关系图。
6. 分析实验结果，得出结论。
四、实验结果与分析1. 实验结果通过实验，我们观察到当自然光通过偏振片后，光线变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
旋转偏振片时，光强会发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。
记录实验数据并绘制了光强与偏振角度的关系图。
2. 结果分析根据实验结果，我们可以得出以下结论：（1）自然光通过偏振片后，变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动。
这说明偏振片具有使光线偏振的作用。
（2）旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值。
这说明检偏器具有检测偏振光的作用，当检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向一致时，透射的光强最小。
（3）根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强最小，此时两者之间的夹角为90度。
这说明检偏器的偏振方向与偏振光的偏振方向垂直时，透射的光强最大。
五、结论总结本实验通过观察和分析偏振光现象，深入理解了光的偏振性质。
实验结果表明，自然光通过偏振片后变为偏振光，其电矢量或磁矢量在某一固定方向上振动；旋转偏振片时，光强发生变化，当偏振片的偏振方向与检偏器的偏振方向一致时，光强达到最小值；根据实验数据绘制的光强与偏振角度的关系图可以看出，当两者之间的夹角为90度时，透射的光强最大。
观察光的偏振现象实验报告说起光的偏振，哎呀，很多人可能第一反应就是，“这跟我有啥关系？”其实啊，光的偏振可是咱们日常生活中不可忽视的小“魔法”。
想象一下，你在阳光下戴着太阳镜，镜子上反射出来的光晃得眼睛都睁不开，你是不是想，为什么我的眼睛总是受这种“折磨”？哦！这就是光的偏振效应。
今天，我就给大家来一波“揭秘”，看看实验是怎么让这个看似复杂的现象变得简单又有趣。
我们实验的第一步，当然是准备好设备。
纸、偏振片、光源，一点也不难搞定。
这个实验的目的嘛，其实就是想通过这些工具，来观察光在经过偏振片后的变化。
大家肯定会问，偏振片是什么？嘿，别急，听我慢慢说。
偏振片其实就是一块神奇的东西，它能过滤掉某些方向的光波，换句话说，它就像一个筛子，专门挑选自己喜欢的光线通过。
你把它放在光源前，光线就变成了一定方向的偏振光。
咋样，是不是有点意思？然后，咱们就把偏振片和光源对准，打开光源，嗯，亮了。
接着拿个平面镜，镜子也像一个老实人，反射光线。
不过，这光一反射，偏振片可不能高兴太早。
你要是把偏振片拿在不同的角度，光线的亮度变化可是非常明显的。
这时候，咱们就能看到，哦，偏振片真有“魔力”，它能让光线的强度根据角度变化。
每次转动偏振片，亮度变化的样子就像太阳快出来又快下山，忽明忽暗，瞬息万变。
一开始，咱们可能有点迷糊，为什么光的强度不稳？好像光线有自己的脾气，时而闪亮，时而低调。
这就像你拿着手机看视频，有时候信号强，有时候掉线，真是让人又爱又恼。
实际上，这是因为，偏振光有着明确的方向性。
当偏振片的偏振方向和光线方向一致时，光线就最亮；如果偏振方向完全垂直，那光线几乎就消失了，像是被一个看不见的“屏障”挡住了。
实验的乐趣就在于，咱们可以通过调节偏振片的角度，观察到这种有趣的变化。
你知道吗？这个现象在生活中可不罕见，比如反射光、折射光，它们都和偏振有关系。
嗯，比如说咱们在路上看到的蓝天，偏振现象就在那儿发挥作用。
偏振的原理也帮助科学家开发了各种技术，比如偏振眼镜、3D电影眼镜，它们都在利用光的偏振特性。
光的偏振观察光的偏振现象光是由电磁波构成的，而电磁波是具有振动性质的。
振动的方向与光波传播的方向之间的关系被称为光的偏振现象。
光的偏振是一个很有趣的现象，它在自然界和科学研究中都有着广泛的应用。
在这篇文章中，我将会讨论光的偏振的观察和其所涉及的现象。
首先，我们需要了解光的偏振是如何观察的。
最常见的方法是使用偏振片。
偏振片是一种具有特殊结构的材料，它只允许特定方向的光通过。
偏振片可以通过使光的电场分量在特定方向上振动，从而使光的偏振方向发生改变。
通过旋转偏振片，我们可以观察到光的偏振现象。
当光通过偏振片时，偏振片会选择性地阻止某些方向的光通过，从而使得通过的光的偏振方向发生改变。
这种选择性透射现象被称为偏振透射。
偏振透射现象是光的偏振性质的重要表现之一。
在观察光的偏振现象时，我们可能会遇到的一个有趣的现象是双折射。
双折射是指光在某些材料中传播时会分离成两束波的现象。
这是由于材料的晶体结构导致了光的振动方向的差异。
双折射使得光的偏振现象更加明显和有趣。
除了双折射，还有一个重要的现象是光的偏振旋转。
一些材料，如石英晶体，在光传播过程中会使光的偏振方向发生旋转。
这种现象被称为光的旋光性质。
光的旋光可以通过旋光仪器来测量，它对于一些化学分析和生物分子结构研究中具有重要的应用价值。
光的偏振现象不仅在实验室中有着广泛的应用，而且在日常生活中也随处可见。
例如，太阳光在大气中散射时会发生偏振现象，这就是为什么我们可以通过偏振墨镜减少反射和眩光。
在电子显示屏和液晶显示器中，液晶分子的偏振性质使得屏幕能够显示出丰富的颜色和图像。
总结一下，光的偏振是光的振动方向与传播方向之间的关系。
通过使用偏振片和其他仪器，我们可以观察光的偏振现象，并探索其中的奥秘。
光的偏振现象在自然界和科学研究中都有着广泛的应用，从而对人类的生活和科学发展产生了重要的影响。
通过深入研究光的偏振现象，我们可以更好地理解光的本质和光与物质之间的相互作用。
光偏振现象的研究实验报告实验名称：光偏振现象的研究实验报告实验目的：1.了解光波的偏振现象并学会使用偏振片。
2.探究不同光源对偏振片的作用。
3.研究光波在传播中的偏振现象。
实验器材：1.光源（白光源、激光等）。
2.偏振片（线偏振片、圆偏振片）。
3.偏振片架。
4.测量光强的光电测量器。
实验过程：1.安装实验器材，将光源连上电源，开启光源。
2.将偏振片架放置于光源前方，插入线偏振片。
3.调整线偏振片的方向，记录光强。
4.更换圆偏振片，记录光强。
5.更换光源，重复以上操作。
实验结果：1.在白光源下，线偏振片只允许振动方向与偏振片相同的光通过，过滤了其他方向的光，测量光强显著下降，说明光源发出的光中存在不同偏振方向的光线。
2.圆偏振片同样作用于白光源，测量光强与线偏振片的结果类似，但不同偏振方向的光能够以不同程度通过圆偏振片。
3.对于激光光源，线偏振片更能体现其光源发出的光线偏振方向的特殊性。
实验分析：1.光偏振现象是光学的重要现象之一，也是应用广泛的技术之一。
2.不同的光源会对偏振光作出不同的响应，这涉及到其光线的构成。
3.光源的偏振状态需要通过合适的偏振片进行检测，这直接体现了偏振片的使用价值。
结论：通过实验了解了光偏振现象以及偏振片的使用方法，深化了对光学现象的理解。
实验数据清晰地表明了不同光源对偏振光的不同响应，是一次有实际应用价值的实验。
参考文献：1.技术应用光学[J].胡庆华，江苏：南通大学出版社，2004年第3版。
2.PRC国家标准[G].北京：中国出版社，2003年第2版。
实验题目偏振现象的观察与研究【实验目的】1、观察光的偏振现象,加深对理论知识的研究.2、了解产生和检验偏振光的原理和方法,以及所使用的元件.【实验仪器】1、光学平台2、SZ-42氦氖激光器一个3、SZ-06偏振片两个4、14波片一个5、ST-80C照度计一架【实验原理】1、偏振光的基本概念光和物质的相互作用过程中主要是电磁波中的电矢量起作用,所以人们通常以电矢量作为光波中振动矢量的代表.光的横波性只表明电矢量与光的传播方向垂直,但在与传播方向垂直的二维空间里电矢量还可能有各种各样的振动状态,此即为光的偏振.光的偏振有5种可能的状态:自然光、部分偏振光、平面偏振光(线偏振光)、圆偏振光以及椭圆偏振光.振动在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向,且没有一个方向占据优势的光称为自然光,这种光不能直接显示出偏振现象,通常人们又称它为非偏振光;而在某一方向振动占据优势的光称为部分偏振光;只在某一固定方向振动的光称为线偏振光或平面偏振光;光波电矢量方向和大小随时间作有规则的改变,当电矢量末端在垂直于传播方向的平面上轨迹呈圆形时,称为圆偏振光;呈椭圆形时,称为椭圆偏振光.圆偏振光和椭圆偏振光都可以看作是两个振动面相互垂直的、有一定相位差的线偏振光的叠加.2、线偏振光的产生产生线偏振光的方法有很多,例如利用偏振片、罗雄、沃拉斯顿棱镜等,下面主要介绍产生线偏的两种其中方法: i、非金属表面反射和折射产生线偏振光, ii偏振片产生线偏振光.i、非金属表面反射和折射产生线偏振光当平行光从一种介质的一侧入射到另一介质时,其会在界面上发生反射与折射.菲涅耳反射折射公式给出了反射、折射光与入射光中电矢量各分量的比例关系:'211212*********cos cos tan()cos cos tan()p p p n i n i i i E E E n i n i i i --==++,112121122cos cos cos p p n i E E n i n i =+,'112221*********cos cos sin()cos cos sin()s s s n i n i i i E E E n i n i i i --==++,11122111122212cos 2cos sin cos cos sin()s s s n i i i E E E n i n i i i ==++,(式中, ''11,1122,p s p s p s 、、、分别代表了入射、反射与折射光)将上述菲涅耳反射折射公式代入振幅反射率以及透射率的定义式中,即可得到211212211212112221112221cos cos tan()cos cos tan()cos cos sin()cos cos sin()p sn i n i i i r n i n i i i n i n i i i r n i n i i i --⎧==⎪++⎪⎨--⎪==⎪++⎩1121121111222cos cos cos 2cos cos cos p s n i t n i n i n i t n i n i ⎧=⎪+⎪⎨⎪=⎪+⎩如上即可看出,当光线斜射入非金属表面时,反射光和透射光都会产生偏振现象,通常都为部分偏振光.且反射光垂直于入射面的电矢量分量较强,透射光平行于入射面的电矢量分量较强.为了得到一个较为清晰的印象,如下,给出了光从光密射向光疏以及光从光疏射向光密时,不同入射角的强度反射率图线.由右图可以看出,存在那么一个角度,当入射角于此时, p 分量的反射率减小为零,此时21tan()i i +=∞,代入折射定律,可得21arctanB n i n =我们称B i 为布儒斯特角,此时,反射光为完全的线偏振光.虽然反射光是线偏振光,不过反射光改变了光的传播方向,利用起来很不方便.而以布儒斯特角入射时,折射光的偏振度也同时达到最高(从空气到玻璃偏振度P =8%)故通常更多地使用透射光.利用多层玻璃组合成的玻璃锥,可以得到很好的透射线偏振光,且振动的方向平行于入射面.ii 偏振片产生线偏振光.有些晶体(如电气石、人造偏振片)对两个相互垂直振动的电矢量有不 同的吸收本领,这种选择吸收性称为二向色性.当自然光通过二向色性晶体时,其中一成分的振动几乎完全被吸收,而另一成分的振动几乎没有损失,因而可由此产生线偏振光.如图所示.利用这种材料可制成偏振片.偏振片的特点是允许透过某一电矢量振动方向的光.我们把偏振片上能透过电矢量振动的方向称为它的偏振化方向或透振方向.利用偏振片可以获得截面较宽的偏振光束,而且造价低廉,使用方便,是常用的起偏器.同时,偏振片也可以作为检偏器使用.3、马吕斯定律强度为0I 的线偏振光通过检偏器后的光强I θ为20cos I I θθ=,式中, θ为线偏振光的振动面与检偏器的透振方向之间的夹角,此即为马吕斯定律.它表示线偏振光通过检偏器后透射光的强度随θ角的变化规律.当0θ=时0I I θ=,光强最大;当2πθ=时, 0I θ=,出现消光现象;当θ为其他值时，透射光强介于0与0I 之间.4、双折射让一束平行的自然光正入射在双折射晶体(单轴)的一个表面上,大多数情况我们会发现光分解成了两束(如图,注意方向和速度大小均出现了偏离).按照光的折射定律,正入射时光线不应偏折,故,有一束光明显违背了普通的折射定律.我们把没有偏折的那束光线称为寻常光,简称o 光;将另一束折射光称为非寻常光,简称e 光.此即为双折射现象. 但是,在双折射晶体中存在着一个特殊的方向,光线沿着这个方向传播时o 光和e 光不分开(即它们的传播速度和传播方向都一样),我们把这个方向称为晶体的光轴.而,当入射光垂直于光轴入射时, o 光和e 光虽仍然发射了双折射,但是o 光和e 光在晶体中的传播速度却不相同,由此,当光线从双折射晶体中射出时,两束光线即产生了一定的相位差.从双折射晶体中切下的表面与光轴平行的薄片称为波晶片,假设波晶片对于o 光和e 光的折射率分别为o n 与e n ,则,同一时刻两束光在出射界面上的相位比入射界面落后2o o n d πϕλ=(o 光), 2e en d πϕλ=(e 光),这样,当两束光通过波晶片后,产生了相位的差值2()o e o e n n d πϕϕλ∆=-=-,∆除了与折射率之差()o e n n -成正比外,还与波晶片的厚度d 成正比.适当地选择厚度d ,可以使两束光之间产生任意数值的相对相位延迟∆.在实际中最常用的是14波片,其厚度d 满足关系式()4o e n n d λ-=±,于是2()2o e o e n n d ππϕϕλ∆=-=-=±;其次是12波片和全波片,它们的厚度分别满足()2o e n n d λ-=±和λ,即2()o e n n d ππλ∆=-=±和2π.5、圆偏振光和椭圆偏振光的产生前已提到,圆偏振光和椭圆偏振光可以看作是相互垂直并且有一定相位关系的两个线偏振光的合成.而从波晶片中透射出来的两束光线正为振动方向相互垂直的两束线偏振光.获得一般的椭圆偏振光并不难,只需令自然光通过一个起偏器和一个波晶片.如图所示.由起偏器出射的线偏振光射入波晶片后被分解成o E 和e E 两个振动,它们在晶体内的传播速度不同,穿过晶片时产生一定的附加相位差∆.射出镜片后,两束光的速度恢复到一样,合成在一起一般得到的就是椭圆偏振光.而当此线偏振光经过一14波片时,当线偏的振动方向与晶片光轴的夹角4πα=时,出射光为圆偏振光;当0α=或2π时,出射光为振动方向平行于14波片波片光轴的线偏振光.6、偏振光的检验根据偏振光、偏振片以及14波片的性质,我们即可检验入射光的偏振态,步骤如下.1、令入射光通过偏振片I ,改变偏振片I 的透振方向,并观察透过光强的变化.若出现消光,则为线偏振光;若强度无变化,则为自然光或圆偏振光;若强度有变化,但无消光,则为部分偏振光或椭圆偏振光.2、若为自然光或圆偏振光,则,再另入射光依此通过14波片和偏振片II ,改变偏振片II 的透振方向,观察透过光强的变化.若有消光,则为圆偏振光; 若无消光,则为自然光.3、若为部分偏振光或椭圆偏振光,同样再令入射光依此通过14波片和偏振片II ,只是14波片得光轴方向必须与第一步中偏振片I 产生强度极大或极小的透振方向重合.若有消光,则为椭圆偏振光; 若无消光,则为部分偏振光.【实验步骤】1、验证马吕斯定律①打开氦氖激光器,并预热半个小时以上.②将两个偏振片分前后一定距离放置在光学平台上,分别作为起偏器1N 与检偏器2N ,如图.并打开照度计,将照度计的光度探头安装在检偏器后的专用支架上.③调节光具组的等高共轴.调节激光器方向,使得激光的传播方向与光学平台方向平行;将偏振片1N 、2N 以及光度探头相互靠近,通过目测及测量,调节使得三者大致在同一高度,后微微调节三者角度,并固定使得激光垂直穿过偏振片1N 、2N 并且大致打在光度探头的中央. ④调节检偏器2N 的角度,使其正好在0刻度处,后调节起偏器1N ,使得1N 、2N 的透振方向相垂直,即探头上出现消光现象.⑤记录此时照度计示数.转动检偏器2N 的角度,以10为一个单位,每转动一次,记录一次照度计示数,直至转完90. ⑥通过数据验证马吕斯定律.2、圆偏和椭圆偏振光的产生①在实验1的基础上,先调节1N 、2N 使其消光,后在两偏振片1N 和2N 之间加入一块14波片,并调节等高共轴.②调节14波片的角度,使得此时光度探头上再次消光,并记录此时14波片的角度位置为0位置处.③转动检偏器2N 一周,观察并记录此状况下光度探头上透射光强的变化,并记录整个过程中光强的最大值max I 与最小值min I .④分别将14波片旋转30、45、60、90,并重复步骤③,记录数据.⑤通过数据分析透过光强的变化规律及变化原因.3、实验结束,收拾仪器【数据处理】1、验证马吕斯定律 实验数据如下表验证马吕斯定律实验数据表格/θ102030405060708090/I lx733 712 628533432302179.5 83.0 18.4 0.5 2cos θ10.96980.8330 0.7500 0.5868 0.41320.25000.11700.0302①首先,以0时光强733I lx =作为标准值,作出2cos I θ-的关系表格以及图线如下2cos I θ-理想关系表/I lx733 710.9 647.3 549.8 430.1 302.8 183.2 85.7 22.1 2.75E-30 2cos θ10.96980.83300.75000.58680.41320.25000.11700.03022cos I θ-理想关系图线由上可得I 与2cos θ的关系为213(733cos 310)I lx θ-=+⨯ (尾项13310-⨯为无限小数数据取了5位有效数字所产生的误差项),为理想的马吕斯关系. ②利用实测数据绘出2cos I θ-的实测关系曲线如下实测2cos I θ-关系曲线由上可得实测I 与2cos θ的关系为2(727.67cos 1.6944)I lx θ=-,20.9994R =.0 3045【实验结论】1、对比马吕斯公式的理想2cos I θ-关系, 213(733cos 310)I lx θ-=+⨯以及实测2cos I θ-关系， 2(727.67cos 1.6944)I lx θ=-两者十分相近,考虑实验存在误差,由此即可验证马吕斯定律的正确性.2、当一束线偏振光通过一个14波片后,透过光可看作是两束振动方向相垂直,并且存在一定相位差(包括14波片带来的相位差1∆以及由于入射偏振角度不同所带来的相位差2∆)的两束线偏振光的叠加.根据实验结果,以及原理部分中关于偏振的产生及检验部分,可以知道: ①当14波片的转角为0或90时,从波晶片后透射出的光为线偏振光,转动2N 透射光出现了消光现象.②当14波片的转角为30或60时, 从波晶片后透射出的光为椭圆偏振光, 转动2N 透射光不消光,但出现了明显的强度改变.③当14波片的转角为45时, 从波晶片后透射出的光为圆偏振光, 转动2N 后,透射光的光强基本不变.误差分析①照度计的探头十分灵敏,周围微弱的光照都会令照度计产生示数,这也是实验在消光时,照度计仍然存在示数的原因.②当14波片的读数盘上没有明确的刻度指针,加上转轮极厚,与刻度处有一定的距离差,导致读数误差非常大.【注意事项】1、激光器要提前开启并预热半个小时.2、激光会灼伤眼睛,注意不要直接观察,不要对准人眼.3、等高共轴需仔细调节,并注意对主截面的定位,即激光应尽量垂直元件入射.4、不要用手直接触摸光学元件表面,以免损坏元件.5、照度计要选取能够读数的最低档位,以减小误差.【思考题】1、自行设计利用实验数据验证马吕斯定律.可根据实验数据结果绘出2cos I θθ-图线,并进行拟合,观察I θ与2cos θ之间的关系,并由此检验马吕斯定律的正确性,如报告中的数据处理部分.也可分别绘出/I I θθ-与2cos θθ-图线,看两者是否重合.不过从本质上看,两种方法是一致的.[文档可能无法思考全面，请浏览后下载，另外祝您生活愉快，工作顺利，万事如意!]。
实验十一偏振现象的观察与分析光波是电磁波，其电矢量的振动方向垂直于传播方向，是横波．由于普通光源各原子分子发光的随机和无序性，光波电矢量的分布（方向和大小）对传播方向来说是对称的，反应不出横波特点，这种光称为自然光．如果限制了某振动方向的光而使光线的电矢量分布对其传播方向不再对称时，这种光称为偏振光．对于偏振现象的研究在光学发展史中有很重要的地位，光的偏振使人们对光的传播（反射、折射、吸收和散射）规律有了更透彻的认识，本实验将对光偏振的基本性质进行观察、分析和研究．·实验目的1.观察光的偏振现象，掌握产生和检验偏振光的原理和方法，学会确定偏振片的透振方向，验证马吕斯定律；2．用反射起偏法测量平面玻璃的布儒斯特角，求得玻璃的折射率；3．了解λ/4波片、λ/2波片的工作原理和作用（任选其中部分内容）；·实验仪器光具座，He—Ne激光器，光点检流计，光电转换装置，GPS-Ⅱ型偏振光实验仪（包括偏振片×2，λ/4波片×2，λ/2波片×2，背面涂黑的玻璃片及刻度支架，小孔光阑，白屏）．图1 实验仪器（重拍）偏振片及刻度旋转装置：由直径为2cm的偏振片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是偏振片的透振方向．波片及刻度旋转装置：由直径为2cm的波片固定在转盘上制成，转盘上指针的位置不一定是波片的快轴或慢轴的位置．·实验原理从自然光获得偏振光的办法有3种，即利用二向色性的材料制作的偏振片；利用晶体的双折射性质做成的偏振棱镜；利用光学各向同性的两介质分界面上的反射和折射．本实验中所用的偏振片是利用二向色性的材料制作的．一、起偏、检偏与马吕斯定律将自然光变成偏振光的过程称为起偏，检查偏振光的装置称为检偏．按照马吕斯定律，强度为I 0的线偏振光通过检偏器后，透射光的强度为：20cos I I θ= （12-1）式中I 0为入射线偏光的光强，θ为入射光偏振方向与检偏器透振轴之间的夹角．显然，当以光线传播方向为轴转动检偏器时，透射光强度I 将发生周期性变化．当θ=00时，透射光强度最大；当θ=090时，透射光强度最小（消光状态）；当00<θ<090时，透射光强度介于最大值和最小之间．因此，根据透射光强度变化的情况，可以区别光的不同偏振状态．实验中让入射光共轴依次通过两个偏振片，旋转检偏器，读出不同θ角下出射光的强度，验证马吕斯定律．二、布儒斯特定律和反射光的偏振当自然光在空气中以某角度入射至折射率为n 的透明介质表面时，若反射线与折射线垂直，则其反射光为完全的线偏振光，振动方向垂直于入射面；而透射光为部分偏振光．此规律称为布儒斯特定律，入射角称为布儒斯特角，如图11-2所示．arctgn i b = （12-2）实验中可通过用振动方向垂直于入射面的线偏光入射，再用检偏器检查反射光是否消光来确定布儒斯特角，求出玻璃材料的折射率n.图11-2 布儒斯特定律示意图三、λ/4波片与λ/2波片波片是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，其表面平行于光轴．当一束单色平行自然光正入射到波片上时，光在晶体内部便分解为o 光与e 光．o 光电矢量垂直于光轴；e 光电矢量平行于光轴．而o 光和e 光的传播方向不变，仍都与表面垂直．但o 光在晶体内的速度为0v ，e 光的为e v ，即相应的折射率0n 、e n 不同．设晶片的厚度为l ，则两束光通过晶体后就有位相差()r n n e o -=∆λπϕ2 （12-3）()l n n e -=0λπσ （12-4）式中λ为光波在真空中的波长．πσk 2=的晶片，称为全波片；ππσ±=k 2的称为半波片（λ/2波片）；22ππσ±=k 为λ/4片，上面的k 都是任意整数．不论全波片，半波片或λ/4片都是对一定波长而言．在直角坐标系下，以e 光振动方向为横轴，o 光振动方向为纵轴，则沿任意方向振动的平行光，正入射到波片的表面后，其振动便按此坐标系分解为e 分量和o 分量．透过晶片，二者间产生一附加位相差σ，离开晶片时合成光波的偏振性质，决定于σ及入射光的性质．1.偏振态不变的情形：（1）自然光通过任何波片，仍为自然光；（2）若入射光为线偏振光，其电矢量E 平行e 轴（或o 轴），则任何波长片对它都不起作用，出射光仍为原来的线偏振光．2.λ/2波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，且振动方向与晶片光轴成θ角，则经λ/2玻片出射的光仍为线偏振光，但与光轴成负θ角．即线偏振光经λ/2片电矢量振动方向转过了2θ角．（2）若入射光为椭圆偏振光，则经λ/2玻片后，既改变椭圆长（短）轴的取向，也改变椭圆的旋转方向；若入射光为圆偏振光，出射的只是改变了旋转方向的圆偏振光．3.λ/4波片与偏振光（1）若入射光为线偏振光，当θ角为450时，经λ/4波片后的出射光为圆偏振光，其余情况下为椭圆偏振光；（2）若入射光为圆偏振光，则出射光为线偏振光；（3）若入射光为椭圆偏振光，则出射光一般仍为椭圆偏振光，（详见利萨如图11-3）．π2图11-3 同频率、振动方向垂直的两振动合成的利萨如图·实验内容与步骤1．定偏振片光轴：把两个偏振片插入光具座，接入光电转换装置及光点检流计，调至共轴．旋转第二个偏振片，使光屏显示消光，此即表示起偏器的透振轴与检偏器的透振轴相互垂直．再从θ=00开始到900每隔100读一个光电流值，用坐标纸作图验证（12-1）式马吕斯定律．2．测量玻璃板的布儒斯特角，求得玻璃的折射率：在上述1的基础上，撤掉检偏器，将装有底座的待测玻璃片插入光具座，共轴调节后，使玻璃板的法线方向与入射光线重合，记录指针的位置．旋转玻璃片所在的平面，用白板跟踪接收反射光．当入射角在某个特定角附近，仔细旋转起偏器，观察接收屏上光强变化，当光强最小时固定起偏器，再微旋玻璃片的方位，找到光强最弱位置；重复上述调整至消光，此时读出光线对玻璃片的入射角即为玻璃板的布儒斯特角；测量5次，根据（12-2）式计算玻璃的折射率．且与标称值作比较，计算标准偏差．3．考察平面偏振光通过λ/2、λ/4波片时的现象：（选做）（1）在两块偏振片之间插入λ/2波片，旋转检偏器一周，观察消光的次数并解释这现象．（2）将λ/2波片转任意角度，这时消光现象被破坏．把检偏器转动一周，观察发生的现象并作出解释．（3）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150，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．（4）继续将λ/2波片转150（即总转动角为30度），记录检偏器达到消光所转总角度．依次使λ/2波片总转角为450，600，750，900，分别记录检偏器消光时所转过的角度．（5）使起偏器和检偏器正交，中间插入λ/4波片，转动λ/4波片使消光．再将λ/4波片转动150，300，450，600，读出相应的光电流，并分析这时从λ/4波片出来光的偏振状态．·实验数据测量1.马吕斯定律的验证0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°I2.布儒斯特角度的测定次序 1 2 3 4 5 6 平均入射光方向出射光方向布儒斯特角3.平面偏振光通过λ/2波片时的现象半波片转动角度15°30°45°60°75°90°检偏器转动角度4.平面偏振光通过λ/4波片时的现象λ/4波片转动的角度检偏器转动360度观察到的现象光的偏振性质15°30°45°60°75°90°·实验注意事项1．仔细阅读偏振光实验指导及操作说明书，操作中注意首先做“消除暗电流记录”的测试前准备；每步实验前在光具座上用小孔屏调整光路共轴；2．检测光电流时必须确认表针基本停稳后才可以读数（或指针波动大时估读中间值）．·历史渊源与应用前景偏振光最普遍的来源之一是自然光经电介质表面反射这个无所不在的物理过程．人类生活中来自玻璃、水面等所有表面的反射光和散射光，一般都是部分偏振光．这个规律是马吕斯在1808年开始研究的．巴黎科学院悬赏征求双折射的数学理论，马吕斯就着手研究这个问题．一天傍晚，他站在家中的窗户旁边研究方解石晶体．当时夕阳西照，夕阳从离他家不远的卢森堡宫的窗户上反射到他这里来．他拿起了方解石晶体，通过它观察反射来的太阳的像．使他感到意外的是当转动方解石晶体时，双像中的一个像消失了．太阳下山之后，夜里他继续观察从水面上和玻璃面上反射回来的烛光来核实他的实验．≈56°时消光效果最显著．但在近用一支蜡烛和一片玻璃试一试，把玻璃放在θP掠入射时，两个像都很明亮，无论怎样转动晶体，哪个像都不会消失．马吕斯显然很幸运，站在对着宫殿窗户的一个恰当的角度上．致使他发现了偏振光的规律．普通非晶体材料受到应力时变成各向异性，有双折射．用偏振光的干涉条纹分布的疏密和走向来确定材料的内应力大小．电光开关是指电场使某些各向透明的介质变为各向异性，使光产生双折射，称kerr effect，用电信号控制光信号．光电偏振研究在光调制器、光开关、光学计量、光信息处理、光通信、激光和光电子学器件、晶体性质研究和实验应力分析等技术中有广泛的应用．·与中学物理的衔接中学物理课标对偏振及相关内容的要求是：1.通过实验认识光的干涉、衍射、偏振现象以及在生活、生产中的应用；2.用偏振片观察玻璃面反射光、天空散射光的偏振现象；3.用偏振片鉴别普通玻璃和天然水晶，探究这种技术的物理原理．·自主学习本实验的构思亮点：因为不加布儒斯特窗的半导体激光器发出的光其振动方向与自然光相似，细光束的传播方向集中，使实验操作极大简化，物理思路更加清晰；光具座上可供选择的内容开放，可增加学生的动手动脑兴趣．（零点测量法）操作难点：微电流读数受环境和仪器的影响因素较多，难以准确读数，偏振元件旋转角度最小分度1°，组装粗糙，影响了测量精度．1.本实验为什么要用单色光源照明？根据什么选择单色光源的波长？若光波波长范围较宽，会给实验带来什么影响？2.在确定起偏角时，若找不到全消光的位置，根据实验条件分析原因．3 .三块外形相同的偏振片、1/2波片、1/4波片被弄混了，能否把它们区分开来？需要借助什么元件？若能，试写出分析步骤．4. 在透振方向互相垂直的起偏和检偏两片偏振片中插入1/2波片，使光轴和起偏器的透振方向平行，那么透过检偏器的光是亮还是暗？为什么？将检偏器旋转90度，透出的光亮暗是否变化？5.波片加工精度和激光波长漂移会对1/4波片产生的光程差带来误差．试根据波片对线偏振光产生的位相差和光程差公式，对波片厚度和激光波长作一个半定量的估计一般以1/2波长为限．6.已知什么量？哪个是待测量？如何控制变量？关注检流计的量程并做适当调节．按要求处理实验数据，完成实验报告．7.本实验还有哪些操作难点？针对操作难点，摸索并掌握正确的调节的方法．·实验探究与设计尝试设计实验，探究圆偏振光、椭圆偏振光的产生和检验方法，并完成实验．。
