物理实验[分光计测反射光的偏振特性]

评分：

大学物理实验设计性实验

验 报 告

实验题目：

分光计测反射光的偏振特性

班 级： 材控08-2班

姓 名：

学号：

39

指导教师：

李天乐

茂名学院 物理系 大学物理实验室

实验日期：2009 年 月 日

实

实验25 《分光计测反射光的偏振特性》实验提要

实验课题及任务

《分光计测反射光的偏振特性》实验课题任务是：光的偏振现象揭示了光波是横波的性质它使人们对光的传播(反射、折射、吸收和散射)的规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质和应力分析研究等方面有着广泛的应用。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《分光计测反射光的偏振特性》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 在分光计上观察反射光的偏振现象，测定起偏角。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。

⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

实验仪器

分光仪、偏振片、钠光灯与待测玻璃片。

设计提示

当振动面与入射面一致的平面偏振光入射到媒质表面时，入射角越接近起偏角

，反射光越弱；入射角等于，则线偏振光全部进入媒质，不再有反射光。利用分光计可测定偏振光从空气射向玻璃的起偏角。

分光计测反射光的偏振特性

实验目的：

1.了解分光计的结构、作用和工作原理。掌握分光计的调节要求和调节方法。 3.学会在分光计上观察反射光的偏振现象。

4.通过观察以棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。

实验仪器：

分光仪、偏振片、钠光灯与待测玻璃片。

1 ．分光计的结构

利用分光计测量光线的偏折角，实际上是确定光线的传播方向。只有平行光才具有确定的方向，调焦于无穷远的望远镜可以判定平行光的传播方向。因此，分光计有平行光管、望远镜、载物台、角度刻度盘和三角底座五个主要部分构成。。

图1：分光仪的结构

实验原理：

平面偏振光的产生与检验：

利用反射(或透射)起偏，当入射角是布儒斯特角，也就是=arctan(n2/n1),n2是折射光所在介质折射率，n1是反射光所在介质的折射率，此时反射光时完全线偏振光，偏振方向垂直于入射面.对于空气的折射率n1=1.00,玻璃的折射率n2=1.50,布儒斯特角约为 =56.3.如果让折射光连续地通过许多平行叠放的玻璃片(玻璃堆),折射光的偏振化程度继续加强,当玻璃片足够多时,最后透射出来的光就接近于完全偏振光.此时,透射光的振动面就是折射面,恰好与反射光的振动面垂直,如图（2）所示.

图2：平面偏振光的产生与检验

由马吕斯定律可得：强度为I0的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度（在不考虑吸收的情况下）为： II0co2s

其中为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏振化方向之间的夹角。若以光的传播方向为轴旋转检振器时,透射光强I将发生周期性变化.当=0°时,透射光强最大（最亮）；当=90°时,透射光强最小（最暗）；当0

根据马吕斯定律II0cos2，当0，II0光强不发生变化。当90，

I0。因此把检偏器对着入射光，旋转检偏器，若光强不发生变化，则入射光为

自然光或圆偏振光，若检偏器旋转一周，透射光有两次最亮（与入射光一样）和两次完全黑，则入射光应为线偏振光。

实验内容与步骤：

(1) 将一偏振片P1作起偏器装在平行光管上，另一偏振片P2装在分光计望远镜的物镜上，光源发出的光通过平行光管射入P2 。将分光计调好后,把一平面玻璃A垂直放在载物台上,使从平行光管发出的光线射到平面玻璃上,将望远镜转到

反射光的方位.

(2)旋转载物台,改变入射角,同时转动望远镜,找到反射光线,转动P2至反射光线变得最弱时为止,再转动载物台,改变入射角,同时让望远镜跟踪观察反射光,致使反射光最暗或出现消光,此时反射光即为全偏振光,入射角为起偏角即布儒斯特角ip.

(3)记下反射光消光时望远镜所处的方位角1和1,再转动望远镜,对准入射

光方向,记下其方位角2和2

,则望远镜光轴所移动的角度为 即起偏角ip为：

i

180

p

212122

(4)重复调五次,求ip平均值,将ip代入公式 tg i p 

n ,求n.

行光

2

图3：布儒斯特角的测量

原始数据：

数据处理：

各次测量的布儒斯特角分别为：

12）（1261107.574512.5）（241106.51875013.5

1532254

22

ip1

180532254

631833

2

12）（1261303073015.5）（2424515.51871010.5

2544740

22

ip2

180544740

623610

2



12）（1262104.57106.5）（2413010.51874518.53545155

22

ip3

180545155

623432.5

2

12）（12614523.573025.5）（2413020.51881032.5

4534723

22

ip4

180534723633648.5

2



12）（12613036.574543.5）（2414546.51873042.55535958.5

22

ip5

180535958.5

6301

2

平均值为：



p

12345

5

ip1ip2ip3ip4ip5

5

532254544740545155534723535958.554107.6

5

631833623610623432.5633648.5630163125

5

布儒斯特角的A类不确定度分量为：

sxx

15

(ipip)2n1i1

222

1(63183363125)(62361063125)(623432.563125) 22

51(633648.563125)(630163125)

1.4103

布儒斯特角的B类不确定度分量为：

u

inst1

8.3105 C布儒斯特角的不确定度为：

Us2ipu2(1.4103)2(8.3105)20.0014939

Ur

U0.00140.0014100%100%100%0.25% p0.5563125

实验结果表达：

ip(63125939) Ur0.25%

评分：

大学物理实验设计性实验

验 报 告

实验题目：

分光计测反射光的偏振特性

班 级： 材控08-2班

姓 名：

学号：

39

指导教师：

李天乐

茂名学院 物理系 大学物理实验室

实验日期：2009 年 月 日

实

实验25 《分光计测反射光的偏振特性》实验提要

实验课题及任务

《分光计测反射光的偏振特性》实验课题任务是：光的偏振现象揭示了光波是横波的性质它使人们对光的传播(反射、折射、吸收和散射)的规律有了新的认识，并在光学计量、晶体性质和应力分析研究等方面有着广泛的应用。

学生根据自己所学的知识，并在图书馆或互联网上查找资料，设计出《分光计测反射光的偏振特性》的整体方案，内容包括：写出实验原理和理论计算公式，研究测量方法，写出实验内容和步骤，然后根据自己设计的方案，进行实验操作，记录数据，做好数据处理，得出实验结果，写出完整的实验报告，也可按书写科学论文的格式书写实验报告。

设计要求

⑴ 通过查找资料，并到实验室了解所用仪器的实物以及阅读仪器使用说明书，了解仪器的使用方法，找出所要测量的物理量，并推导出计算公式，在此基础上写出该实验的实验原理。

⑵ 选择实验的测量仪器，设计出实验方法和实验步骤，要具有可操作性。 ⑶ 在分光计上观察反射光的偏振现象，测定起偏角。 ⑷ 应该用什么方法处理数据，说明原因。

⑸ 实验结果用标准形式表达，即用不确定度来表征测量结果的可信赖程度。

实验仪器

分光仪、偏振片、钠光灯与待测玻璃片。

设计提示

当振动面与入射面一致的平面偏振光入射到媒质表面时，入射角越接近起偏角

，反射光越弱；入射角等于，则线偏振光全部进入媒质，不再有反射光。利用分光计可测定偏振光从空气射向玻璃的起偏角。

分光计测反射光的偏振特性

实验目的：

1.了解分光计的结构、作用和工作原理。掌握分光计的调节要求和调节方法。 3.学会在分光计上观察反射光的偏振现象。

4.通过观察以棱镜材料表面反射回来的光的偏振特性，了解反射光的偏振特性，测量出布儒斯特角。

实验仪器：

分光仪、偏振片、钠光灯与待测玻璃片。

1 ．分光计的结构

利用分光计测量光线的偏折角，实际上是确定光线的传播方向。只有平行光才具有确定的方向，调焦于无穷远的望远镜可以判定平行光的传播方向。因此，分光计有平行光管、望远镜、载物台、角度刻度盘和三角底座五个主要部分构成。。

图1：分光仪的结构

实验原理：

平面偏振光的产生与检验：

利用反射(或透射)起偏，当入射角是布儒斯特角，也就是=arctan(n2/n1),n2是折射光所在介质折射率，n1是反射光所在介质的折射率，此时反射光时完全线偏振光，偏振方向垂直于入射面.对于空气的折射率n1=1.00,玻璃的折射率n2=1.50,布儒斯特角约为 =56.3.如果让折射光连续地通过许多平行叠放的玻璃片(玻璃堆),折射光的偏振化程度继续加强,当玻璃片足够多时,最后透射出来的光就接近于完全偏振光.此时,透射光的振动面就是折射面,恰好与反射光的振动面垂直,如图（2）所示.

图2：平面偏振光的产生与检验

由马吕斯定律可得：强度为I0的偏振光，通过检偏器后，透射光的强度（在不考虑吸收的情况下）为： II0co2s

其中为检偏器的偏振化方向与入射偏振光的偏振化方向之间的夹角。若以光的传播方向为轴旋转检振器时,透射光强I将发生周期性变化.当=0°时,透射光强最大（最亮）；当=90°时,透射光强最小（最暗）；当0

根据马吕斯定律II0cos2，当0，II0光强不发生变化。当90，

I0。因此把检偏器对着入射光，旋转检偏器，若光强不发生变化，则入射光为

自然光或圆偏振光，若检偏器旋转一周，透射光有两次最亮（与入射光一样）和两次完全黑，则入射光应为线偏振光。

实验内容与步骤：

(1) 将一偏振片P1作起偏器装在平行光管上，另一偏振片P2装在分光计望远镜的物镜上，光源发出的光通过平行光管射入P2 。将分光计调好后,把一平面玻璃A垂直放在载物台上,使从平行光管发出的光线射到平面玻璃上,将望远镜转到

反射光的方位.

(2)旋转载物台,改变入射角,同时转动望远镜,找到反射光线,转动P2至反射光线变得最弱时为止,再转动载物台,改变入射角,同时让望远镜跟踪观察反射光,致使反射光最暗或出现消光,此时反射光即为全偏振光,入射角为起偏角即布儒斯特角ip.

(3)记下反射光消光时望远镜所处的方位角1和1,再转动望远镜,对准入射

光方向,记下其方位角2和2

,则望远镜光轴所移动的角度为 即起偏角ip为：

i

180

p

212122

(4)重复调五次,求ip平均值,将ip代入公式 tg i p 

n ,求n.

行光

2

图3：布儒斯特角的测量

原始数据：

数据处理：

各次测量的布儒斯特角分别为：

12）（1261107.574512.5）（241106.51875013.5

1532254

22

ip1

180532254

631833

2

12）（1261303073015.5）（2424515.51871010.5

2544740

22

ip2

180544740

623610

2



12）（1262104.57106.5）（2413010.51874518.53545155

22

ip3

180545155

623432.5

2

12）（12614523.573025.5）（2413020.51881032.5

4534723

22

ip4

180534723633648.5

2



12）（12613036.574543.5）（2414546.51873042.55535958.5

22

ip5

180535958.5

6301

2

平均值为：



p

12345

5

ip1ip2ip3ip4ip5

5

532254544740545155534723535958.554107.6

5

631833623610623432.5633648.5630163125

5

布儒斯特角的A类不确定度分量为：

sxx

15

(ipip)2n1i1

222

1(63183363125)(62361063125)(623432.563125) 22

51(633648.563125)(630163125)

1.4103

布儒斯特角的B类不确定度分量为：

u

inst1

8.3105 C布儒斯特角的不确定度为：

Us2ipu2(1.4103)2(8.3105)20.0014939

Ur

U0.00140.0014100%100%100%0.25% p0.5563125

实验结果表达：

ip(63125939) Ur0.25%