实验九 线偏振、圆偏振及椭圆偏振.doc

普通物理實驗（五）-光學實驗（實驗九—線偏振、圓偏振及橢圓偏振） version 1.2 （2001年9月） 實驗9- PAGE 28 實驗九 線偏振、圓偏振及橢圓偏振 實驗目的： 瞭解偏振的意義。 實驗內容： 證明Malu’s Law。 觀察l/2波片對線偏振光的作用。 觀察l/4波片對線偏振光的作用。 實驗器材： He-Ne 雷射 （五）光具座 起偏鏡與檢偏鏡 （六）凸透鏡 λ/4波片 （七）光度計 λ/2波片 （八）圓轉檯 圖9-1 實驗步驟： Malu’s Law 如上圖所示之順序，安裝好各項器材，調整凸透鏡的位置，使雷射光由散射光變為平行光，且光路徑大略與光具座平行。 檢偏鏡暫時取下，起偏鏡角度置於零（偏振面垂直桌面），緩慢轉動雷射光，使光度計讀值最大。 將檢偏鏡裝上，由零度起每五度記錄一次光度計讀值於表9-1中，到360度為止。 θ° mW θ° mW θ° MW θ° mW 以θ為Ｘ軸、光度計讀值為Ｙ軸，繪曲線圖於方格紙上，並與cos2θ函數曲線對照。 （表9-1） （二）觀察λ/2波片對線偏振光的影響 如上所示之裝置圖，波片暫時不安裝，起偏鏡角度置於零度，檢偏鏡角度置於９０度，使光度計讀值最小後，再將λ/2波片安裝在圓轉檯上。 轉動λ/2波片使波片外環上的刻痕（波片光軸方向）與起偏鏡光軸方向平行（即垂直桌面），微調其角度使光度計讀值不變。 起偏鏡順時針轉１０度，再旋轉檢偏鏡使光度計讀值不變（最小），記錄檢偏鏡旋轉的方向與角度。 重複上述步驟，直到起偏鏡順時針轉８０度為止，各項數據記錄於表9-2中（＋代表順時針方向），並解釋個角度間的關聯與原因。 （表9-2） 起偏鏡 檢偏鏡 起偏鏡 檢偏鏡 +10 +50 +20 +60 +30 +70 +40 +80 （三）察λ/４波片對線偏振光的影響 將λ/２波片取下，起偏鏡角度置於零度，檢偏鏡角度置於９０度，使光度計讀值最小後，換上λ/４波片。 轉動λ/４波片使波片外環上的刻痕（波片光軸方向）與起偏鏡光軸方向平行（即垂直桌面），微調其角度使光度計讀值不變。 起偏鏡順時針轉１５度，再旋轉檢偏鏡每１０度記錄光度計讀值一次，直到３６０度為止。 將上一步驟所取得的數據，繪成極座標圖，解釋圖形產生的原因。 將起偏鏡分別置於順時針３０度及４５度位置上，重複步驟（３）、（４）。 問題： 有必要知道He-Ne 雷射光的偏振方向嗎？為甚麼？ 如果波片斜擺，實驗結果有何影響為甚麼？ 實驗中有那些因子會影響實驗結果？請一一列出， 並估計其影響。 分析本實驗的誤差？ (請參閱參考報告對本實驗相關問題作思考，以增加對實驗的了解及深度探索。) 參考文獻： E. Hecht, ‘Optics,’ 2nd.ed. (Addison-Wesley, 1987), chapter 8 M. Born and E. Wolf, ‘Principles of Optics’, 7th. Ed. (Cambridge, 1999) M. V. Klen and T. E. Furtak, ‘Optics,’ 2nd.ed.(Wiley, 1986) chapter 9 F. L. Pedrotti, S. T. and L. S. Pedrotti, ‘Introduction to Optics,’ (Prentice, 1993), chapter 14 and 15 參考報告 (一)：本份報告僅供參考 （取自於物理90級劭華潔，吳柏毅，溫柄閎，曾至國，鄭恪亭） （一）實驗裝置 He-Ne 雷射 起偏鏡與檢偏鏡 波片 波片 光度計 圓轉檯 光具座 （二）原理 波片工作原理。當一束線偏振雷射光經過波片時，波片會將雷射光分成兩束，一束光稱為o-ray(ordinary ray)振方向與原本的入射光相同。另一束光叫做e-ray(extraordinary ray)，偏振方向與入射光垂直，又因為偏振方向改變，造成介質對e-ray的折射率不同，使得o-ray與o-ray有相位差，或是說光層差。在這個實驗中所說的λ/2波片和λ/4波片就是指e-ray與o-ray的光層差。 圓偏振和橢圓偏振原理。當e-ray與o-ray的波長差為λ/4時，我們會發現o-ray在最大值時e-ray剛好在最小值，當o-ray在最小值時e-ray在最大值，當我們站在行徑方向來看時，我們可以看到兩束光的偏振方向的向量和，會發現振動方向隨時