实验二偏振光实验

试验二偏振光试验【试验目的】

1、深入对布儒斯特角定义和马吕斯定律的理解；

2、了解半波片的作用；

3、通过检测1/4波片位相延迟角，熟识偏振光干涉原理【试验仪器及装置】导轨、氨氮激光器、光学测角台、透镜、波片、偏振片、光电探头、光电流放大器等【试验内容及步骤】

一、测量布儒斯特角按图1所示在光具座上布置光路使He-Ne激光发出的细光束通过一个偏振轴为水平方向的起偏器之后，照耀立在光学测角台上的黑玻璃镜，转动测角台，使反射光束原路返回，以此位置为零度，再转动测角台，使入射角约达56〜57时锁紧度盘，采用滑动座升降微调装置适当降低测角台，然后放松转动臂，在光电探头随着转臂缓慢转动过程中测量反射光的相对光强经反复观测，找到反射光为最暗（甚至为零）的位置，其入射角仇就是布儒斯特角图1测量布儒斯特角【数据纪录及处理】表1布儒斯特角试验数据表

二、马吕斯定律假如光源中的任一波列（用振动平面E表示）投射在起偏器P上（图2）只有相当于它的成分之一的Ey（平行于光轴方向的矢量）能够通过，另一成分Ex（=Ecos）则被汲取若投射在检偏器A上的线偏振光的振幅为Eo则透过A的振幅为Eocos（这里提P与A偏振方向之间的夹角）由于光强与振幅的平方成正比，所以透射光强/随而变化的关系为这就是马吕斯定律试验步骤让激光束垂直通过起偏器成为偏振光，用检偏器检查时，使两个偏振器的透振方向的夹角在从0转动一周的过程中，用连接光电流放大器的探头测量透射光强的相对值L每10或15读取一次数据然后画出/〜关系曲线图2起偏器【数据纪录及处理】表2马吕斯定律试验数据表

三、半波片的作用光束进入双折射晶体时被分成符合折射定律的寻常光光和不符合折射定律的非寻常光e光光和e光都是偏振光，但在晶体内有不同的波速，因此通过厚度肯定的晶片时间程也不同设晶片厚度为d光和e光通过晶片后就有相位差式中入表示光的波长，也和“表示该晶片对光和e光的折射率使3=2k+lik=0±1±2…的波片为半波片，它能使光和e光发生相位差兀符合使b=2k+l^2k=0±1±2…条件的波片为1/4波片波片的光轴平行于晶片的表面，在圆框上用短线标出试验步骤激光束通过起偏器P变成线偏振光，将检偏器A的透振方向定在屏C上光斑为最暗的角度上，然后在P和A之间加入半波片H如图3所示使H绕水平轴转动360同时观看C上发生消光现象的次数并作解释；再进一步，使激光束的入射面与检偏器正交，加入H后，将其旋转到C上消光位置，从该位置开头，将H分别转动

15、

30、

45、

60、75和90，相应地将A逐次转到消光位置，列表纪录每次A需要转动的角度从试验结果总结出平面偏振光通过半波片后，振动面的变化规律，并予以解释图3试验光路图【数据纪录及处理】表3半波片试验数据表

四、1/4波片与椭圆偏振光、圆偏振光当振幅为A的面偏振光入射到石英晶体做成的波片时，若振动方向与波片光轴夹0角，在直角坐标系内，o光和e光的振幅分别为A°=Asin0和Ae=Acos从波片出射后的o光和e光的振动可以用两个相互垂直、同频率、有固定相位差的简谐振动方程表示，二者的合振动方程为椭圆方程，合振动矢量的端点轨迹一般为椭圆（如图4所示），所以称作椭圆偏振光其中有个特别状况，即=兀/4光和e光振幅相等，合振动矢量的端点轨迹是圆，椭圆偏振光退化为圆偏振光，用检偏器检验，波片的透射光强是不变的图4椭圆偏振光形成图试验步骤光路与图3类似，只是更换了波片使通过P的线偏振光与A正交，C上光斑达到最暗，然后在P和A之间加入1/4波片Q直到C上光斑最暗，从这个消光位置开头每当Q转动

15、

30、

45、

60、

75、和90时，都将A转动360依据屏上或光电接收装置显示的光强变化纪录，可以推断通过1/4波片的透射光的偏振态（限于平面偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光）【数据纪录及处理】表31/4波片试验数据图

五、1/4波片位相延迟角检测平行偏振光干涉光路如图3所示，P、Q、A分别为起偏器、1/4波片、检偏器，a、（3分别是P、A的透光轴方向与波片快轴方向的夹角如图4所示，通过检偏器A的两个重量的振动方向相同、位相差肯定，因而发生干涉，干涉后的强度可表示为e/=/（）cos2（«--sin2asin2/sin2—式中/o是透过起偏器P的光强对于某一确定的a值，当检偏器A透光方向与波片透射的椭圆偏振光的长轴方向全都时，检偏器的透射干涉光强应有最大值/max假如与/max对应的6为为，为了确定他与激关系，可由

（1）式得到cos5=^^tg2a对待测1/4波片，选定a值后，旋转检偏器测出透射光强最大为的值，即可按式

（2）计算1/4波片的位相延迟角4我们留意到，当a=45时，有tg2afoo则不能用

（2）计算实际上，这时检偏器的透射光强/=/（）/2（1+5亩28$3）无论激什么值1总是在°=45时有极大值111^因此，用本方法测量位相延迟角6时，不能选取a=45从误差理论知道，若Aa和A（3m是a和（3m的随机误差，则6的均方根误差为2（A“（M）tg3Vsin24asin24上式表明，Aa和邳对△而影响与丽a的值有关，并且AS从0-90以及从180-90而单调减小因此，当3在迎四周，b的测量精度最高，同理可得，当a=45四周时，3的测量误差却最大进一步分析表明，对于位相延迟角接近心的波片，若取a=35或a=55左右，则测量误差比最小；而a值偏离35越远，误差越大，所以实测时，以选取a=35或a=55为宜试验步骤

1、在如图3的试验装置中，取下1/4波片，旋转起偏器和检偏器，使它们的透光轴方向平行，此时间电探测器的输出最大

2、在起偏器和检偏器之间放入待检测的1/4波片，并使1/4波片表面和系统光轴垂直，并尽可能使其转动中心在系统的光轴上转动1/4波片使其快轴（或慢轴）方向与起偏器和检偏器透光轴方向全都此时间电探测器输出最大分别登记起偏器、1/4波片、检偏器的度盘指示值

3、转动起偏器，使其透光轴转过某一a角（留意转动方向）

4、转动检偏器，找到平行偏振光干涉光强的最大值（即光电探测器输出最大值）位置这时检偏器透光轴转过的角度即为自（留意转动方向）.

5、将a、为代入

（2）式，计算待测1/4波片的位相延迟角6对同一待测1/4波片，选用稍有不同的a值进行多次测量，列出数据表格，计算不同a值时的位相延迟角及误差【数据纪录及处理】表41/4波片位相延迟角检测试验数据【试验留意事项】

1、仪器轻拿轻放，防止碰撞和震惊，以防止镜面擦伤

2、禁止用手触及光学零件的透光表面调整过程中应避开激光直射人眼，以免对眼睛造成危害第一次其次次第三次平均值布儒斯特角仇e0°15°30°45°60°75°90°105°120°135°150°165°I0180°195°210°225°240°255°270°285°300°315°330°345°I

一、H转动360°C上消光次数得出结

二、H转动角度15°30°45°60°75090°A转动角度得出结论Q转动角度光强变化现象结论（透射光的偏振态）15°30°45°60°75°90°第一次测量其次次测量第三次测量aaaAAAcos8cos8cosS885△6△6。