椭圆偏振光和部分偏振光的检验试验.docx

椭圆偏振光与部分偏振光的检验

实验课题：
《大学物理学》（下）p256告诉我们关于偏振光的检验有关知识，我们了解了利用一块偏振片与四分之一波片检验出自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光的方法，以下是相关实验过程与结论：

表Ⅶ-3偏振光的检验第一步令入射光通过偏振片Ⅰ，改变偏振片I的透振方向P1，观察透射光强度的变化（图1）观察到的现象有消光强度无变化强度有变化，但无消光结论线偏振自然光或圆偏振部分偏振或椭圆偏振第二步a.令入射光依次通过λ/4片和偏振片Ⅱ，改变偏振片Ⅱ的透镜方向P2，观察透射光的强度变化b.同a，只是λ/4片的光轴方向必须与第一步中偏振片Ⅰ产生的强度极大或极小的透振方向重合观察到的现象有消光无消光有消光无消光结论圆偏振自然光椭圆偏振部分偏振
但是实际上，偏振光的偏振化方向与四分之一波片的光轴方向一般是不会标明的，椭圆偏振光的两主轴的位置也是不知道的，这就使椭圆偏振光与部分偏振光的检验发生了困难。以下，用旋转波片的方法使这一问题得以解决。

知识准备
1熟悉偏振光、起偏器、四分之一波片及其性质
2了解斯托克斯矢量及马吕斯定律
3学会光路图的安装及调整光路

实验原理：
一般情况下，椭圆偏振光均可以看做线偏振光经过一任意延迟量的波片形成的，由入射光的斯托克斯适量和四分之一波片的勒密矩阵可以求出出射光的斯托克斯矢量并且有：任意椭圆偏振光通过1/4波片后，只要1/4波片的快慢轴与椭圆长轴与短轴方向一致，则出射光均可补偿为一线性偏振光。而部分偏振光可以看做是自然光与偏振光的叠加，由斯托克斯矢量可得经过1/4波片后仍为部分偏振光。
由马吕斯定律可得其光强随检偏器的转动而变化的关系图

实验装置：
光路图如下：

L待检测的光源B为可以旋转的四分之一波片，C为可以旋转的检偏器，M为接收检验光的装置。

实验步骤：
1按图布置光路，调整光轴，使M可接收到被检验光。
2轻轻旋转四分之一波片，同时观察 M上接收光的光强变化（可观察到光变明变暗再变明的变化）。
3当M上光达到最暗时，停止旋转四分之一波片并固定，旋转检偏器，观察M明暗变化。
4旋转被检验光，重复上述实验。
实验结论：
若步骤3后观察到消光现象，则被检验光为椭圆偏振光：若没有消光现象则被检验光为部分偏振光。

实验误差分析：
1实验的精度不够，例如当被检验光为部分偏振光且自然光的光强占总光强的比例较小时，可能会忽略自然光误认为是椭圆偏振光，或当椭圆偏振光的长轴与短轴之比接近一时，其类似于圆偏振光，在实验步骤2时无法辨别出M上光最暗的状态，所以无法辨别是否消光。
2此实验可利用较为简单的仪器检验部分偏振光与椭圆偏振光，但可被检验的光的范围较小。在某些状况可能会存在误差。
3实验在尽可能无光的条件下进行，以减少实验误差。

改进方法及思考
实验用的仪器较为简单原始，可以考虑使用计算机辅助技术，将M与计算机程序相连，使得旋转B、C时，计算机可以显示偏振光的光强变化，实验者通过观察马吕斯曲线来确定四分之一波片的放置方向是否与椭圆偏振光的光轴方向平行，从而得出实验结论。
理想化模型：

关于计算机辅助还需要付出很大努力，需要很大努力。

注：
【参考资料】《椭圆偏振光与部分偏振光检验的理论分析与实验方法》唐恒敬、吴闻迪。（利用其理论基础，自己设计实验）