光的偏振研究.doc

大连理工大学基础物理实验中心 学生物理实验研究论文集（2005） PAGE PAGE 9 光的偏振实验研究 孙作奎 （大连理工大学 动力工程系0306班） 摘要：通过测量穿过检偏器的光的光强，并比较光强与I0的大小，研究马吕斯定律。测量玻璃堆反射光的偏振度，当其偏振度接近于一时，此时激光的入射角θ就是其布儒斯角，而tanθ的值就是玻璃堆的折射率。 关键字：光强，偏振光的检测，偏振器，布儒斯特角，折射率 1．马吕斯定律的研究 自1808年马吕斯（Malus,1775~1812）发现了光的偏振（polarization of light）现象，对于光的偏振现象的深入研究，证明了光波（light wave）是横波（transversal wave），使人们进一步认识了光的本性。为了充分利用光的偏振性为人们服务，各种偏振光元件，偏振光仪器应运而生，偏振光的应用技术也日益发展，在各个领域都得到了广泛的应用。 试验仪器：计算机与操作控制软件（1套）；格兰傅科棱镜(2块)；1/2玻片（632.8nm）(1片)；玻璃堆（1块）；1/4玻片（632.8nm）(1片)；由步进电机控制的调节架（3套）；光电接收系统（1套）；He—Ne半导体激光器（632.8nm）（1套） 实验过程：光路图如下所示，激光器发射出激光，激光通过两个由步进电机带动的格兰傅棱镜和一个检偏器，其中一个格兰傅棱镜由电机带动，缓慢转动转过3600，此时，如果入射光是部分线偏振光或者椭圆偏振光，旋转偏振片，出射光强在最小值Imin和最大值Imax之间变化。检测器检测打到它上面激光的光强，电脑屏幕上面显示光强随角度变化所测得的值。 图一：马吕斯定律示意光路图 （3） 试验数据记录： 角度 125.50 135.50 145.50 155.50 165.50 175.50 185.50 195.50 205.50 215.50 光强 0.7669 0.7534 0.6858 0.5626 0.4234 0.2899 0.1748 0.0810 0.0162 0.0005 注：角度是步进电机转过的角度，并非是两偏振片的相对夹角。 光强为原光强的倍数。125.50为两偏振片相对角度为零时的光强，相应的后面的相角度为10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90。 假设光强就是Im= 0.7669 col1 col2 col3 col4 col5 角度 实验光强I 光强I=Imcos2? 光强I＝0.7669（1-?/90）　 光强I=Imcos?　 0 0.7669 0.7669 0.7669 0.7669 10 0.7534 0.7438 0.681688 0.75525 20 0.6858 0.6772 0.596477 0.72065 30 0.5626 0.5752 0.511266 0.66415 40 0.4234 0.45 0.426055 0.58748 50 0.2899 0.3169 0.340844 0.49295 60 0.1748 0.1917 0.255633 0.38345 70 0.081 0.0897 0.170422 0.2623 80 0.0162 0.0302 0.085211 0.13317 90 0.0005 0 0 0 我们可以假设透射光强是以与入射光强成不同函数的关系射出，有上表看到：我假设了三个函数，分别为I=Imcos2?；I＝0.7669（1-?/90）；I=Imcos?， 并计算出在不同角度时的光强值，当然我们还可以假设为其它函数，并作出曲线与实验值曲线进行拟合，与实验值曲线最为接近的便为透射光强与入射光强的函数关系。 根据以上数据由SigmaPlot软件可以作出以下各图： 图二：I=Imcos2?曲线与实验值曲线的拟合 图三：I＝0.7669（1-?/90）曲线与实验值曲线的拟合比较 图四：I=Imcos?曲线与实验值曲线的拟合比较 图五：三曲线在一幅图中与实验值曲线的拟合比较 由实验所绘图形可以看出，实验值I与相对角度θ为一曲线，与Im cos2?基本吻合(在误差所允许的范围内)，而与其它曲线拟合情况较差。所以I=Im cos2?是成立的。可以认为马吕斯定律成立。其中θ是入射线偏振光的振动方向与偏振片透光方向