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仿真实验偏振光实验报告

篇一：偏振光 实验报告 仿真 课 程：系 别：专业班级： 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： 201X 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.

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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。

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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: ψ θ 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

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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 做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。

偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后，变为振动面平行

于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。如图1、P图2所示： P1 P2 A0 θ

图1 图图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光 振幅为A0（图2所示），光强为I0。P2与P1夹角为?,因此经P2后 2的线偏振光振幅为A?A0cos?，光强为I?A0cos2??I0cos2?, 此式为马吕斯定律。

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实验数据及图形：

从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。 实验2.半波片，1/4波片作用

实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振 动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。它们具有相同的 振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投 影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。 分振动面的干涉装置如图3所示，M和N是两个偏振片，C是 波片，单色自然光通过M变成线偏振光，线偏振光在波片C中分 解为o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。 偏振片 波片 偏振片 图3 分振动面干涉装置

考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，

I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振4出射光强为：I?? 片的透振方向平行时，出射光强为：

I//?I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。其中θ为波片光轴2 与M透振方向的夹角，δ为o光和e光的总相位差（同波晶片的 厚度成正比）。改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。 当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I??

出射光强最大，I//?02sin22?，I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ =[（2k+1）π]/2（1/4

I??波片）时，cosδ=0，I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。 44 特别地，利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振 光。当θ=45度时，得到圆偏振光，此时让偏振片N旋转一周，屏

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幕上光强不变。一般情况下，得到的是椭圆偏振光，让偏振片N 旋转一周，屏幕上的光斑“两明两暗”。 实验结果：

半波片实验数据表： 1/4波片实验数据：

结论：(来自: 在 点 网)线偏振光通过1/4波片后可能变成圆偏振光，椭圆偏振光

也有可能仍是线偏振光。 实验3. 旋光效应

实验原理：线偏振光通过某些物质的溶液后，偏振光的振 动面将旋转一定的角度，这种现象称为旋光现象。旋转的角度 称为该物质的旋光度。通常用旋光仪来测量物质的旋光度。溶 液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、 溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件 均固定时，旋光度与溶液浓度C呈线性关系即 ???C(5-1)

比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度 及光的波长等有关，C为溶液的浓度。物质的旋光能力用比旋 光度即旋光率来度量，旋光率用下式表示：???t??? l?C (5-2)

(5-2)式中，右上角的t表示实验时温度(单位：℃)，是 指旋光仪采用的单色光源的波长(单位：nm)，θ g/100mL)。

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由(5-2)式可知：

偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐 旋转的，因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比。振动 面转过的角度θ不仅与透过的长度l成正比，而且还与溶液 浓度C成正比[14]。

如果已知待测溶液浓度C和液柱长度l，只要测出旋光度 θ就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为l固定值，可 依次改变溶液的浓度C，就可以测得相应旋光度θ。并作旋光 度与浓度的关系直线θ~C，从直线斜率、液桩长度l及溶液 浓度C，可计算出该物质的旋光率；同样，也可以测量旋光性

为测得的旋光度(0)，l为样品管的长度(单位：dm)，C为溶液浓度(单位： 溶液的旋光度θ，确定溶液的浓度C。旋光性物质还有右旋和左旋之分。当面对光射来方向观察，如果振动面按顺时针方向旋转，则称右旋物质；如果振动面向逆时针方向旋转，称左旋物质。 测量葡萄糖水溶液的浓度

将已经配置好的装有不同的容积克浓度(单位：g/100mL)的葡萄糖。水溶液的样品管放到样品架上，测出不同浓度C下旋光度值。并同时记录测量环境温度和记录激光波长

葡萄糖水溶液的浓度配制成C0、C0/2、C0/4、C0/8，0(纯

水，浓度为零)，共5种试样，浓度C0取30%左右为宜。分别将不用浓度溶液注入相同长度的样品试管中。测量不同浓度样品的旋光度(多次测量取平均)。用最小二乘法对旋光度、溶液浓度进行直线拟合(可以将C0作为1个单位考虑)，计算出葡萄

糖的旋光率。也可以以溶液浓度为横坐标，旋光度为纵坐标，绘出葡萄糖溶液的旋光直线，由此直线斜率代入公式(5-2)，求得葡萄糖的旋光率 数据记录及处理 [?]t6500。

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图形：

篇三：偏振光实验报告 实 验 报 告

姓 名：高阳 班 级：F0703028 学 号：5070309013 同组姓名：王雪峰 实验日期：201X-3-3 指导老师：助教10 实验成绩： 批阅日期： 偏振光学实验 【实验目的】

1. 观察光的偏振现象,验证马吕斯定律 2. 了解1/2波片,1/4波片的作用 3. 掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测. 【实验原理】 1． 光的偏振性

光是一种电磁波，由于电磁波对物质的作用主要是电场，故在光学中把电场强度E 称为光矢量。在垂直于光波传播方向的平面内，光矢量可能有不同的振动方向，通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。如果光在传播过程中，若光矢量保持在固定平面上振动，这种振动状态称为平面振动态，此平面就称为振动面（见图１）。此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线，故又称为线偏振态。若光矢量绕着传播方向旋转，其端点描绘的轨道为一个圆，这种偏振态称为圆偏振态。如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆，就成为椭圆偏振态（见图2）。 2．偏振片

虽然普通光源发出自然光，但在自然界中存在着各种偏振光，目前广泛使用 的偏振光的器件是人造偏振片，它利用二向色性获得偏振光（有些各向同性介质，在某种作用下会呈现各向异性，能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量，而通过其垂直分量，从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。）。偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏，也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。用作起偏的偏振片叫做起偏器，用作检偏的偏振器件叫做检偏器。实际上，起偏器和检偏器是通用的。

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3.马吕斯定律

设两偏振片的透振方向之间的夹角为α，透过起偏器的线偏振光振幅为A0， 则透过检偏器的线偏振光的振幅为A，A=A0cosɑ，强度 I=A ，I=A0cosɑ= Ｉ 20 22 2

cosɑ=cosɑ 式中I0为进入检偏器前（检偏器无吸收时）线偏振光的强度。 22

这就是１８０９年马吕斯在实验中发现的，所以称马吕斯定律。显然，以 光线传播方向为轴，转动检偏器时，透射光强度Ｉ将发生周期变化。 若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光，则极小值部位０。若光强完全不变化，则入射光是自然光或圆偏振光。这样，根据透射光强度变化的情况，可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。

4．椭圆偏振光、圆偏振光的产生；1/2波片和1/4波片的作用

当平面偏振光同过1/2波片后，产生的仍是平面偏振光，但它与原入射光的 夹角为2ɑ（ɑ为入射光振动面与波片光轴的夹角，下同）； 当平面偏振光同过1/4波片后，产生偏振光的性质与ɑ相关：

ɑ= 0时：出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。 ɑ= 21/4波片光轴的平面偏振光。 ɑ= 4 ɑ为其他值时，出射光为椭圆偏振光。 ππ

我们使平面偏振光通过1/2波片，1/4波片，产生各种性质的偏振光，来研 究它们的性质以及它们之间的关系。 原始数据记录表 1验证马吕斯定律 偏振片初始角度为218度

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从表中可知,当偏振片角度余弦的平方值相同时,光电流值也基本保持相同,这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。下面我们取表格中的前一半数据(即一组不同的角度和其对应得光电流值作图)，来观察其关系

从图中可见，光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系，这也就验证了马吕斯定律。

2.线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用

由此可见,为达到消光,检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。 而若检偏器固定,将1/2波片转过360度,会观察到两次消光；同样地,若1/2波片固定,将检偏器转过360度,同样会观察到两次消光。由此可见,线偏振光通过1/2波片后,它仍是线偏振光,只是发生了角度的改变而已。