偏振光实验报告.doc

偏振光实验报告
实验1. 验证马吕斯定律
实验原理:某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收,而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o光,通过e光),这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质,叫做二向***。具有二向***的晶体叫做偏振片。
P1
P2
A0
A0cosθ
θ
图2
偏振片可作为起偏器。自然光通过偏振片后,变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向),强度为自然光一半的线偏振光。如图1、图2所示:
P1
P2
线偏光
单色自然光
线偏光
图1

图1中靠近光源的偏振片为起偏器,设经过后线偏振光振幅为(图2所示),光强为I0。与夹角为,因此经后的线偏振光振幅为,光强为,此式为马吕斯定律。
实验数据及图形:


从图形中可以看出符合余弦定理,数据正确。
,1/4波片作用
实验原理:偏振光垂直通过波片以后,按其振动方向(或振动面)分解为寻常光(o光)和非常光(e光)。它们具有相同的振动频率和固定的相位差(同波晶片的厚度成正比),若将它们投影到同一方向,就能满足相干条件,实现偏振光的干涉。
分振动面的干涉装置如图3所示,M和N是两个偏振片,C是波片,单色自然光通过M变成线偏振光,线偏振光在波片C中分解为o光和e光,最后投影在N上,形成干涉。
M
C
N
图3 分振动面干涉装置
I0
波片
偏振片
偏振片
单色自然光
考虑特殊情况,当M⊥N时,即两个偏振片的透振方向垂直时,出射光强为:;当M∥N时,即两个偏振片的透振方向平行时,出射光强为:。其中θ为波片光轴与M透振方向的夹角,δ为o光和e光的总相位差(同波晶片的厚度成正比)。改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。
当δ=(2k+1)π(1/2波片)时,cosδ=-1,,出射光强最大,,出射光强最小;当δ=[(2k+1)π]/2(1/4波片)时,cosδ=0,,。
特别地,利用1/4波片我们还可以得到圆偏振光和椭圆偏振光。当θ=45度时,得到圆偏振光,此时让偏振片N旋转一周,屏幕上光强不变。一般情况下,得到的是椭圆偏振光,让偏振片N旋转一周,屏幕上的光斑“两明两暗”。
实验结果:
半波片实验数据表:
1/4波片实验数据:
结论:线偏振光通过1/4波片后可能变成圆偏振光,椭圆偏振光也有可能仍是线偏振光。
实验3. 旋光效应
实验原理:线偏振光通过某些物质的溶液后,偏振光的振动面将旋转一定的角度,这种现象称为旋光现象。旋转的角度称为该物质的旋光度。通常用旋光仪来测量物质的旋光度。溶液的旋光度与溶液中所含旋光物质的旋光能力、溶液的性质、溶液浓度、样品管长度、温度及光的波长等有关。当其它条件均固定时,旋光度与溶液浓度C呈线性关系即
(5-1)
比例常数与物质旋光能力、溶剂性质、样品管长度、温度及光的波长等有关,C为溶液的浓度。物质的旋光能力用比旋光度即旋光率来度量,旋光率用下式表示: (5-2)
(5-2)式中,右上角的t表示实验时温度(单位:℃),是指旋光仪采用的单色光源的波长(单位:nm),θ为测得的旋光度(0),l为样品管的长度(单位:dm),C为溶液浓度(单位:g/100mL)。
由(5-2)式可知:
偏振光的振动面是随着光在旋光物质中向前进行而逐渐旋转的,因而振动面转过角度θ透过的长度l成正比。振动面转过的角度θ不仅与透过的长度l成正比,而且还与溶液浓度C成正比[14]。
如果已知待测溶液浓度C和液柱长度l,只要测出旋光度θ就可以计算出旋光率。如果已知液柱长度为l固定值,可依次改变溶液的浓度C,就可以测得相应旋光度
θ。并作旋光度与浓度的关系直线θ~C,从直线斜率、液桩长度l及溶液浓度C,可计算出该物质的旋光率;同样,也可以测量旋光性溶液的旋光度θ,确定溶液的浓度C。旋光性物质还有右旋和左旋之分。当面对光射来方向观察,如果振动面按顺时针方向旋转,则称右旋物质;如果振动面向逆时针方向旋转,称左旋物质。
测量葡萄糖水溶液的浓度
将已经配置好的装有不同的容积克浓度(单位:g/100mL)的葡萄糖。水溶液的样品管放到样品架上,测出不同浓度C下旋光度值。并同时记录测量环境温度和记录激光波长
葡萄糖水溶液的浓度配制成C0、C0/2、C0/4、C0/8,0(纯水,浓度为零),共5种试样,浓度C0取30%左右为宜。分别将不用浓度溶液注入相同长度的样品试管中。测量不同浓度样品的旋光度(多次测量取平均)。用最小二乘法对旋光度、溶液浓度进行直线拟合(可以将C0作为1个单位考虑),计算出葡萄糖的旋光率。也可以以溶液浓度为横坐标,旋光度为纵坐标,绘出葡萄糖溶液的旋光直线,由此直线斜率代入公式(5-2),求得葡萄糖的旋光率。
数据记录及处理
图形: