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偏振光现象的察看和剖析
偏振光现象的察看和剖析
偏振光现象的察看和剖析
纲要
本实验用半导体激光经过偏振片来产生线偏振光,使其分别经过1/4波片和1/2波片,经过丈量不一样方向上检偏器透过的光的强度,判断出出射光的偏振态。并证明了线偏振光经过1/4波片能够产生线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光,通
过1/2波片能够产生线偏正光,考证了马吕斯定律。一、前言
振动方向对于流传方向的不对称性叫做偏振,它是横波差别于其余纵波的一个最显然的标记。只有横波才能产生偏振现象,故光的偏振是光的颠簸性的又一例证。在垂直于流传方向的平面内,包含全部可能方向的横振动,且均匀说来任
一方向上拥有同样的振幅,这类横振动对称于流传方向的光称为自然光(非偏振光)。凡其振动失掉这类对称性的光统称偏振光。偏振光的典型应用是偏光式3D技术,其广泛用于商业影院和其余高端应用。
二、实验原理
偏振光的种类
光是一种电磁波,因为电磁波对物质的作用主假如电场,故在光学中把电场
强度E称为光矢量。在垂直于光波流传方向的平面内,光矢量可能有不一样的振
动方向,往常把光矢量保持必定振动方向上的状态称为偏振态。假如光在流传过
程中,若光矢量保持在固定平面上振动,这类振动状态称为平面振动向,此平面
就称为振动面。
图1电矢量垂直于纸面的偏振光
【1】
图2电矢量平行于纸面振光
光的五种偏振态:
①线偏振光:在光的流传过程中,只包含一种振动,其振动方向一直保持
在同一平面内,
②部分偏振光:光波包含全部可能方向的横振动,但不一样方向上的振幅不
等。
③自然光:光波包含全部可能方向的横振动,但不一样方向上的振幅相等。
④椭圆偏振光:在光的流传过程中,空间每个点的电矢量均以光芒为轴作旋转运动,若它们的频次同样并且有固定的位相差,则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。
⑤圆偏振光:旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,是椭圆偏振光的特别情况。
线偏振的产生(1)偏振片
利用某些有机化合物的“二向色性”制成,当自然光透过这类偏振片后,光矢量垂直于偏振片方向的重量几乎完整被汲取,而平行方向的重量几乎完整经过,
所以透射光基本上为线偏振光。偏振片能够作为起偏器,也能够作为检偏器查验偏振光的偏振方向。
(2)双折射产生偏振
偏振光现象的察看和剖析
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自然光入射到双折射晶体时,产生的平常光
(o
光)和非平常光(
e光)都是
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线偏振光。
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即上述能发生双折射的晶体,又称波片。当光垂直入射到波片后,产生的o光和e光在波片中的流传方向一致而流传速度不一样,所以致使它们产生了光程差
,当波长为λ时,产生相位差,
此中d为波片厚度,ne与no是e光与o光的主折射率。对于某种单色光,能产生
相位差
(2k1)
的波片为1/4波片;能产生
(2k
1)
的波片称为1/2波
2k
2
片;能产生
的波片称为全波片。
走开波片刻合成波的偏振性质,确立于相位差
和
。线偏振光经过1/2波
片后出射光和入射光的电矢量对称于光轴;线偏振光经过1/4
波片后可能产生线
偏振光、圆偏振光和长轴与光轴垂直或平行的椭圆偏振光。
偏振光的查验
【2】
表一查验偏振光的种类
第一步令入射光经过偏振片1,改变偏振片1的透振方向P1,察看透光强度的变化
察看到的现
有消光
强度无变化
强度有变化但无消光
象
结论
线偏振
自然光或圆偏振
部分偏振或椭圆偏振
第二步
,不过1/4波片的
波片和偏振片
2,改变偏
光轴方向一定与第一步
振片2的透振方向P2,观
中偏振片1产生的强度极
察透射光的光强度变化
大或极小的透振方向重
合
察看到的现
有消光
无消光
有消光
无消光
象
结论
圆偏振
自然光
椭圆偏振
部分偏振
马吕斯定律
强度为I0的线偏振光,透过检偏片后,透射光的强度(不考虑汲取)为:
I=I0(cosα)2
此中,α是入射线偏振光的光振动方向和偏振片偏振化方向之间的夹角。
三、实验装置及过程
实验装置:
发出波长为635nm的红光的半导体激光器;2个偏振片,直径2cm,分别用作起偏器与检偏器;2个1/4波片,直径2cm;1个1/2波片,直径1cm;数字式光功率计。
实验过程:
偏振光现象的察看和剖析
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将一个偏振片A1凑近激光器作为起偏器,一个偏振片A2凑近功率计作为检偏器。
转动A2一圈,发现其最大值不超出度程0~2mw,并调理A2达到消光状态,记下此时其读数。
考证马吕斯定律
以达到消光状态时的A2的地点为零点,转动A2每隔4°记下一次功率计的读
数。
1/4波片的作用
将A2调整到消光地点后放入1/4波片C1,调整至消光。旋转1/4波片C1,
当q分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°时,将A2旋转360°,察看光
电流的变化状况和极值的出现状况。
细测:选用30°作详尽丈量,每隔10°记下对应的光功率。
利用1/4波片构成1/2波片
将两个1/4波片放在一同,调理至产生消光现象,将两波片转动必定的角度θ损坏消光现象,调理A2再次达到消光状态,假如其角度切合2q即形成1/2波片。
1/2波片的作用
先不放1/2波片,转A2调至消光,放1/2波片,改变1/2波片与激光振动方向
夹角的数值,当其分别为15°、30°、45°、60°、75°、90°时,转A2抵达
消光地点,记录转动角度。
四、实验结果及剖析
考证马吕斯定律
图1功率计示数I与cos2α作线性拟合
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此中I=(±)cos2α+(±),即光强正比于cos2α
1/4波片的作用(1)粗测
表2粗测1/4波片转过夹角θ后获得的偏振光性质偏振片渐渐旋转360°现象
1/4玻片转角/°
极大值/mW
θ1/°
极小值/mW
θ2/°
偏振性质
15
116
198
椭圆偏振光
284
20
30
158
68
椭圆偏振光
348
248
45
10
102
最凑近圆偏振光
196
278
的椭圆偏振光
60
54
324
椭圆偏振光
238
134
75
253
344
椭圆偏振光
64
162
90
269
180
线偏振光
90
0
剖析:在实验中察看到椭圆偏振光和线偏振光,极大值和极小值均出现两次。由
1/4玻片的定义可知,线偏振光垂直入射到玻片上后,可将光沿快轴慢轴方向分
解。
当线偏振光与光轴夹角为0或90°时,光只有在o光或e光方向有重量,
所以透过去后仍旧合成为线偏振光,振动方向不变。实验中当为90°时,实验
现象与理论符合,亦即在偏振光方向光强最大,与偏振光垂直方向出现消光。
当线偏振光与光轴夹角为45°时,沿o光和e光方向的电矢量幅度同样,
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可知光分解为EeAcost,EoAsint,所以理论上合成的光为圆偏振光,电
矢量波面内以匀角速度旋转。在实验中,察看到极大值与极小值的差最小时
为45°,但此时仍旧为椭圆偏振光。
实验中不为圆偏振光原由可能为:
①.光学元件没有和光轴完整垂直,引起角度偏差。
②.波片对于o光和e光的汲取程度不完整同样。
③.仪器自己原由,包含激光器的颠簸致使数值读取偏差以及光功率计的最小读
数限制。
④.玻片并不是完整均匀并且并不是与激光的波长完整符合。
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当线偏振光与光轴夹角
为其余角度时,沿
o光和
e光的电矢量幅度不一样,
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可将光分解为
Ee
A1cost,Eo
A2sin
t,所以合成的光为椭圆偏振光,实验
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与理论符合。
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2)选用30°细测,获得以下列图
图2θ=30°光强详尽丈量(1/4波片)
由上图能够看出,该极坐标函数图象成“双椭圆饼”形,在检偏器所转的0~360
度之间,共达到两次消光,两次最大值,这正是椭圆偏振光的长轴和短轴的
地点。本次细测以10°为丈量步长,极值点的地点会有几度至十几度的浮动,
可是对图像整体的“双椭圆饼”形状没有太大的影响。
用两个1/4波片组合成1/2波片
依据1/2玻片定义,垂直入射的线偏振光分解为o光和e光,透过1/2玻片
后,两光的相位差增添,以及等效为某个光矢量反向,而某个光矢量方向不变,
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进而合成光的光矢量与入射光的光矢量对于光轴对称,也就是旋转了2。
按步骤操作后,将C1、C2均转动10度,功率计没有出现显然数值变化。再
次旋转10度,功率计仍不发生变化,可判断此时两个波片的光轴垂直。
再次调理至消光后,将C1、C2均转动10度,此时功率计示数发生了显然变
化,随后将A2转动20度左右后,从头出现消光现象。可以为调理出
1/2波
片。
1/2波片的作用
图3θ’与θ的线性拟合
此中K=±=,可知拟合状况较好
五、实验结论
当线偏振光透过检偏器时,若检偏器的透振方向与出射光振动方向夹角为α,则出射光强I=+,基本正比于cos2α,即马吕斯定律;
,当入射角k时形成线偏振光;当
2
时形成圆偏振光。当θ取其余角度时,出射光为椭圆偏振光。
24
1/2波片能够由两块光轴平行的1/4波片组合。
1/2波片让线偏振光正交分解,出射光依旧是线偏振光,出射光芒与光轴的
角度是入射光芒的两倍,即其电矢量与原电矢量对于1/2波片的光轴对称。
六、参照文件
基础物理实验..沈元华,陆申龙..高等教育第一版社2003年12月.
赵凯华,《光学》,高等教育第一版社2004年11月
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内容总结
(1)偏振光现象的察看和剖析
纲要
本实验用半导体激光经过偏振片来产生线偏振光,使其分别经过1/4波片和1/2波片,经过丈量不一样方向上检偏器透过的光的强度,判断出出射光的偏振态
(2)凡其振动失掉这类对称性的光统称偏振光
(3)偏振光的典型应用是偏光式3D技术,其广泛用于商业影院和其余高端应用
(4)⑤圆偏振光:旋转电矢量端点描出圆轨迹的光称圆偏振光,是椭圆偏振光的特别情况
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