电磁波偏振实验报告.docx
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电磁波偏振实验报告
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电磁波偏振实验报告
篇一:
电磁场与微波实验六报告——偏振实验
偏振实验
1.实验原理
平面电磁波是横波,它的电场强度矢量e和波长的传播方向垂直。
如果e在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化,这样的横电磁波称为线极化波,在光学中也称偏振波。
电磁场沿某一方向的能量有sin2φ的关系,这就是光学中的马吕斯定律:
I=I0cos2φ,式中I0为初始偏振光的强度,I为偏振光的强度,φ是I与I0之间的夹角。
2.实验步骤
系统构建图
由于喇叭天线传输的是由矩形波导发出的Te10波,电场的方向为与喇叭口天线相垂直的系列直线,中间最强。
Dh926b型微波分光仪的两喇叭天线口面互相平行,并与
地面垂直,其轴与偏振实验线在一条直线上。
由于接收喇叭口天线是和一段旋转短波导
连在一起的,在旋转波导的轴承环的90度范围内,每隔5度有一刻度,所以接收喇叭天线的转角可从此处读到。
在主菜单页面点击“偏振实验”,单击“oK”进入“输入采集参数”界面。
本实验默认选取通道3作为光栅通道插座和数据采集仪的数据接口。
采集点数可根据提示选取。
顺时针或逆时针(但只能沿一个方向)匀速转动微波分光仪的接收喇叭,就可以得到转角与接收指示的一组数据。
终止采集过程后,按下“计算结果”按钮,系统软件将本实验根据实际采集过程处理得到的理论和实际参数。
注意事项:
①为避免小平台的影响,最好将其取下。
②实验用到了接收喇叭天线上的光栅通道(光传感头),应将该通道与数据采集仪通道3用电缆线连接。
③转动接收喇叭天线时应注意不能使活动臂转动。
④由于轴承环处的螺丝是松的,读取电压值时应注意,接收喇叭天线可能会不自觉偏离原来角度。
最好每隔一定读数读取电压值时,将螺丝重新拧紧。
⑤接收喇叭天线后的圆盘有缺口,实验过程中应注意别将该缺口转动经过光栅通道,否则在该处软件将读取不到数据。
3.实验结果
从?
90°到90°匀速转动微波分光仪的接收喇叭,采集到数据曲线如下:
可以看出,几乎就是三角函数的形式,在0°的时候微波强度达到最大,在两侧减为0,现取45°时的光强为1.5,是最大光强的,按理论计算应当是cos245°=,误差仍然7231还是存在。
4.结果分析与讨论
电磁波偏振特性的应用,简述其应用背景:
偏振可以用于照相机的镜头滤光,在一些环境下去除反射光部分,从而使得图像更为清晰,此外还用于形成3D效果,制成3D眼镜,左右眼两片镜片的偏振方向相互垂直,形成立体效果。
与理论曲线进行比较分析:
理论曲线满足I=I0cos2φ关系式,其导数为dφ=?
I0sin2φ,故随着角度从?
90°变到90°,微波强度应当变化的速率是先由慢变快、变慢再变快、最后又变慢的过程,实际曲线这点上还是拟合的,只是两侧接近?
90°和90°的数据有些偏小了点儿,可能是实际中因为环境因素在两偏振角度比较大时衰减地更厉害了。
dI
篇二:
实验报告--偏振光学实验
实验报告
姓名:
*****班级:
*****学号:
*****实验成绩:
同组姓名:
****实验日期:
*****指导教师:
批阅日期:
偏振光学实验
【实验目的】
1.观察光的偏振现象,验证马吕斯定律;2.了解1/2波片、1/4波片的作用;
3.掌握椭圆偏振光、圆偏振光的产生与检测。
【实验原理】
1.光的偏振性光是一种电磁波,由于电磁波对物质的作用主要是电场,故在光学中把电场强度e称为光矢量。
在垂直于光波传播方向的平面内,光矢量可能有不同的振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。
如果光在传播过程中,若光矢量保持在固定平面上振动,这种振动状态称为平面振动态,此平面就称为振动面(见图1)。
此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线,故又称为线偏振态。
若光矢量绕着传播方向旋转,其端点描绘的轨道为一个圆,这种偏振态称为圆偏振态。
如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆,就成为椭圆偏振态(见图2)。
2.偏振片
虽然普通光源发出自然光,但在自然界中存在着各种偏振光,目前广泛使用的偏振光的器件是人造偏振片,它利用二向色性获得偏振光(有些各向同性介质,在某种作用下会呈现各向异性,能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量,而通过其垂直分量,从而使入射的自然光变为偏振光,介质的这种性质称为二向色性。
)。
偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏,也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。
用作起偏的偏振片叫做起偏器,用作检偏的偏振器件叫做检偏器。
实际上,起偏器和检偏器是通用的。
3.马吕斯定律
设两偏振片的透振方向之间的夹角为α,透过起偏器的线偏振光振幅为A0,则透过检偏器
的线偏振光的强度为
I
式中I0为进入检偏器前(偏振片无吸收时)线偏振光的强度。
4.椭圆偏振光、圆偏振光的产生;1/2波片和1/4波片的作用当线偏振光垂直射入一块表面平行于光轴的晶片时,若其振动面与晶片的光轴成α角,该线偏振光将分为e光、o光两部分,它们的传播方向一致,但振动方向平行于光轴的e光与振动方向垂直于光轴的o光在晶体中传播速度不同,因而产生的光程差为
位相差为
式中ne为e光的主折射率,no为o光的主折射率(正晶体中,δ>0,在负晶体中δ<0)。
d为晶体的厚度,如图4所示。
当光刚刚穿过晶体时,此两光的振动可分别表示如下:
式中
轨迹方程
原理图
全波片1/2波片1/4波片
【实验数据记录、实验结果计算】
说明:
以下的所有测量数据中,电流的单位为,角度的单位为角度。
作的函数图像:
origin的数据分析:
LinearRegressionthroughoriginforDATA2_b:
Y=b*x
parameterValueerror
------------------------------------------------------------
A0--
b0.209284.62343e-4
------------------------------------------------------------
RsDnp
------------------------------------------------------------0.999910.0016231 ------------------------------------------------------------
从以上的分析可知,电流大小I关于两偏振片的夹角余弦的平方的数据点的直线拟合的相关系数r=0.99191,可知实际测得的数据点
与理论值匹配。
说明:
最后两个数据没测,是因为在做的时候一时疏忽了,最后想要补做时,时间已晚,老师建议我们不做了。
检偏器的平均角度差度
由上面的数据可以明显地看出,1/2波片每转10度,检偏器就需要转20度,与理论值吻合。
观察:
检偏片固定,将1/2波片转过360°,能观察到4次消光;1/2波片固定,将检偏片
转过360°,能观察2次消光。
由此分析线偏振光通过1/2波片后,光的偏振状态是:
光的偏振面偏离原来的角度是波片光轴偏离角度的2倍。
3.用1/4波片产生圆偏振光和椭圆偏振光
作角度与电流的极坐标函数图:
I~
在此基础上作振幅与角度的函数图:
A~
分析:
可以看出,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位置。
实验数据图中可以看出,图像少有倾斜,在20度和200度左
篇三:
偏振光实验报告
实验报告
姓名:
高阳班级:
F0703028学号:
5070309013同组姓名:
王雪峰
实验日期:
20XX-3-3
指导老师:
助教10
实验成绩:
批阅日期:
偏振光学实验
【实验目的】
1.观察光的偏振现象,验证马吕斯定律2.了解1/2波片,1/4波片的作用
3.掌握椭圆偏振光,圆偏振光的产生与检测.
【实验原理】
1.光的偏振性
光是一种电磁波,由于电磁波对物质的作用主要是电场,故在光学中把电场强度e称为光矢量。
在垂直于光波传播方向的平面内,光矢量可能有不同的振动方向,通常把光矢量保持一定振动方向上的状态称为偏振态。
如果光在传播过程中,若光矢量保持在固定平面上振动,这种振动状态称为平面振动态,此平面就称为振动面(见图1)。
此时光矢量在垂直与传播方向平面上的投影为一条直线,故又称为线偏振态。
若光矢量绕着传播方向旋转,其端点描绘的轨道为一个圆,这种偏振态称为圆偏振态。
如光矢量端点旋转的轨迹为一椭圆,就成为椭圆偏振态(见图2)。
2.偏振片
虽然普通光源发出自然光,但在自然界中存在着各种偏振光,目前广泛使用
的偏振光的器件是人造偏振片,它利用二向色性获得偏振光(有些各向同性介质,在某种作用下会呈现各向异性,能强烈吸收入射光矢量在某方向上的分量,而通过其垂直分量,从而使入射的自然光变为偏振光介质的这种性质称为二向色性。
)。
偏振器件即可以用来使自然光变为平面偏振光——起偏,也可以用来鉴别线偏振光、自然光和部分偏振光——检偏。
用作起偏的偏振片叫做起偏器,用作检偏的偏振器件叫做检偏器。
实际上,起偏器和检偏器是通用的。
3.马吕斯定律
设两偏振片的透振方向之间的夹角为α,透过起偏器的线偏振光振幅为A0,
则透过检偏器的线偏振光的振幅为A,A=A0cosɑ,强度I=A,I=A0cosɑ=I
20
22
2
cosɑ=cosɑ式中I0为进入检偏器前(检偏器无吸收时)线偏振光的强度。
22
这就是1809年马吕斯在实验中发现的,所以称马吕斯定律。
显然,以
光线传播方向为轴,转动检偏器时,透射光强度I将发生周期变化。
若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光,则极小值部位0。
若光强完全不变化,则入射光是自然光或圆偏振光。
这样,根据透射光强度变化的情况,可将线偏振光和自然光和部分偏振光区别开来。
4.椭圆偏振光、圆偏振光的产生;1/2波片和1/4波片的作用
当平面偏振光同过1/2波片后,产生的仍是平面偏振光,但它与原入射光的
夹角为2ɑ(ɑ为入射光振动面与波片光轴的夹角,下同);
当平面偏振光同过1/4波片后,产生偏振光的性质与ɑ相关:
ɑ=0时:
出射光为振动方向平行1/4波片光轴的平面偏振光。
ɑ=21/4波片光轴的平面偏振光。
ɑ=4ɑ为其他值时,出射光为椭圆偏振光。
ππ
我们使平面偏振光通过1/2波片,1/4波片,产生各种性质的偏振光,来研
究它们的性质以及它们之间的关系。
原始数据记录表1验证马吕斯定律
偏振片初始角度为218度
从表中可知,当偏振片角度余弦的平方值相同时,光电流值也基本保持相同,这就说明光电流值与偏振片角度余弦的平方值相关。
下面我们取表格中的前一半数据(即一组不同的角度和其对应得光电流值作图),来观察其关系
从图中可见,光电流强度与角度余弦值的平方成线形关系,这也就验证了马吕斯定律。
2.线偏振光通过1/2波片时的现象和1/2波片的作用
由此可见,为达到消光,检偏器转过角度与1/2波片转过角度保持一致。
而若检偏器固定,将1/2波片转过360度,会观察到两次消光;同样地,若1/2波片固定,将检偏器转过360度,同样会观察到两次消光。
由此可见,线偏振光通过1/2波片后,它仍是线偏振光,只是发生了角度的改变而已。