文档介绍：偏振光的定量分析
摘要:本实验利用GSZF-3型偏振光试验系统,对有关偏振光的问题进行定量分析。并利用计算机软件对偏采集的光强进行分析处理,验证不同偏振光的特点,验证马吕斯定律。
关键词:偏振光马吕斯定律定量分析
引言:光的偏振特性研究是人们进一步认识和研究光学现象的重要基础,而研究的主要内容就是观察在于对各种偏振光进行定量直观的研究,和对马吕斯定律的验证。由于传统的数据处理方式误差较大,难以达到精确研究的目的计算机软件独特的功能和简单的使用方法得到了大众的青睐。故而本实验通过计算机软件进行对偏振光特性的研究和马吕斯定律的验证。
实验原理
仪器
本实验系统如上图所示。本系统采用He-Ne激光器作光源,激光垂直通过格兰棱镜(起偏器)产生线偏振光,线偏振光再经过另一个格兰棱镜(检偏器),根据需要可在两偏振器间插入波片。由检偏器透射的光照射在光电探测器上,将光强信号转换成电信号,通过电控箱中的调理电路(放大、整形)、AD转换电路(将模拟量转变为数字量)、接口电路(实现与计算机间的通讯)与微机相联,实现在微机上显视采集的数据并作图。另外格兰棱镜安装在带有步进马达的支架上,马达通过电控箱由微机控制,所有光学器件通过磁性千分座固定在光学平台上。
原理
·线偏振光
当自然光通过起偏器后,由于只有电矢量振动方向平行于透射轴的光可以通过,所以,由起偏器出射的光为线偏振光。判断其是否为线偏振光,只要让该偏振光通过一个检偏器,当转动检偏器改变其透振轴与线偏振光的振动方向之间的夹角时,出射的光强随之改变。当透振轴与线偏振光的振动方向平行时,出射的光强最大;而垂直于线偏振光的振动方向时,出射的光强为零。如果检偏器转动一周,光强交替出现两次最亮和两次消光,则可判断其为线偏振光。这些规律可用公式表述如下:
(1)
式中,为检偏器透振方向与线偏振光振动方向之间的夹角,E、I分别为出射光的振幅和光强,E0、I0分别为线偏振光的振幅和光强。显然出射光线光强随角度的变化成余弦曲线的规律变化,周期为。
出射光满足Malus定律
(2)
以相对能量I/I0为纵坐标,cos2为横坐标,从00到900变化时将形成一条直线,由此也可验证线偏振光。
·圆偏振光
产生圆偏振光的前提是先得到线偏振光,然后让线偏振光垂直入射到波片,如果线偏振光的振动方向与的快轴和慢轴成450角,这时透过片的光是圆偏振光。
线偏振光表示为
(3)
经过片快轴方向(即Y方向)相位超前,所以出射光为
(4)
当时,,这正是圆偏振光。它透过检偏器的两振动分量为
(5)
合振动为
观察时间内光强的平均值为
(6)
故圆偏振光透过检偏器后,出射光强恒定不变,且为线偏振光的1/2。
·椭圆偏振光
产生椭圆偏振光的前提同样是先得到线偏振光,然后让线偏振光垂直入射到波片,如果线偏振光的振动方向与波片的快轴和慢轴不成450、00和900角,这时透过波片的光是椭圆偏振光。讨论与圆偏振光类似,只需使(4)式中不等于450、00和900角即可。它经过检偏器后,透过检偏器的两振动分量同样为(5)式。
观察时间内光强的平均值为
(7)
为检偏器透振方向与波片慢轴的夹角,随检偏器的转动而连续变化。
实验内容
光路调节。将激光器、两个格兰棱镜、探测器依次摆放在光学平台上,先调激