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偏振光实验报告

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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,叫做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。 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:

图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器,设经过1P 后线偏振光振幅为0A (图

2所示),光强为I 0。

2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后的线偏振光振幅为θcos 0A A =,光强为θθ20220cos cos I A I ==,此式为马吕斯定律。

实验数据及图形:

P 1 P 2 线偏光 单色自然光

线偏光 图1 P 1 P 2

A 0 A 0cos θ θ 图2

从图形中可以看出符合余弦定理,数据正确。

实验2.半波片,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。

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:)cos 1)(2(sin 420δθ-=

⊥I I ;当M ∥N 时,即两个偏振片的透振方向平行时,出射光强为:)cos cos sin 2cos sin 21(2

22220//δθθθθ+-=I I 。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,cos δ=-1,θ22sin 20I I =⊥,出射光强最大,2)21(sin 20//θ-=I I ,出射光强最小;当δ=[(2k+1)π]/2(1/4

波片)时,cos δ=0,)2(sin 420θI I =⊥,)2sin 2(4

20//θ-=I I 。 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: M N

图3 分振动面干涉装置

I 0 波片 偏振片 偏振片

单色自然光

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

C βθ= (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:[]C l t ?=θ

αλ (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C

0、C

/2、C

/4、C

/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C

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

t

650

] [

数据记录及处理

图形:

实验4. 光弹效应

光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验,在光测弹性仪上进行,先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型,受力后,以偏振光透过模型,由于应力的存在,产生光的暂时双折射现象,再透过分析镜后产生光的干涉,在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象,根据它即可推算出构件内的应力分布情况,所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用。

光弹性实验方法是一种光学的应力测量方法,因为测量是全域性的,所以具有直观性强,能有效而准确地确定受力模型各点的主应力差和主应力方向,并能计算出各点的主应力数值。尤其对构件应力集中系数的确定,光弹性试验法显得特别方便和有效。 工程实际中有很多构件,例如工业中的各种机器零件,它们的形状很不规则,载荷情况也很复杂,对这些构件的应力进行理论分析有时非常困难,往往需要实验的方法来解决,光弹性试验就是其中比较直观有效的一种解决方法。

实验原理

光弹性试验是应用光学方法研究受力构件中应力分布情况的试验,在光测弹性仪上进行,先用具有双折射性能的透明材料制成和实际构件形状相似的模型,受力后,以偏振光透过模型,由于应力的存在,产生光的暂时双折射现象,再透过分析镜后产生光的干涉,在屏幕上显示出具有明暗条纹的映象,根据它即可推算出构件内的应力分布情况,所以这种方法对形状复杂的构件尤为适用。

图1 光弹性试验的光学效应示意图

如图1所示,自然光通过偏振器成为平面偏振光(在A1平面中),平面偏振光垂直地射在模型上某一O 点,如果模型未受力,则光线通过后并无改变,但如果O 点有应力,这时将出现暂时双折射现象,如果图O 点的二个主应力1σ和2σ方向已知,则平面偏振光通过受力模型O 点后,分解成二个与1σ及2σ方向一致的平面偏振光,二者之间产生一光程差δ,光程差与主应力差(1σ-2σ)及模型厚度t 成正比,即:

)21(σσδ-=kt

式中k 为光学常数,与模型材料及光的性质有关。分解了的二束光线通过分析器后重新在BB 平面内振动,这样就产生光的于涉现象。 我们知道由分析器出来的光线强度

π)/(2sin )2(2sin λπδαI I =

其中λ为光的波长,I 为偏振器与模型间偏振光的强度,α为偏振平面A1与主应

力1σ的夹角。由上式可见,光强I 为零时有以下四种情况:

① I=0,这与实际情况不符,因为只有在无光源时I 才会是零。

② δ=0,由公式)21(σσδ-=kt 可知(1σ-2σ)=0,即1σ=2σ,符合这些条件

的点称为各向同性点。如果1σ=2σ=0则称为零应力点,这种点在模型上皆为黑点(因为光强等于零),例如纯弯曲梁上中性轴上各点1σ=2σ=0,故模型中性层处为一条黑线。

③sin(2α)=0,即α=n π/2(n=0,1,2,3……)这说明模型上某点主应力方向与偏振镜光轴重合,模型上也呈黑点,这类黑点构成的连续黑线称为等倾线,等倾线上各点的主应力方向都相同,而且偏振镜光轴的方向也就是主应力的方向。 ④0/sin =λπδ,以公式)21(σσδ-=kt 代人,则0)21()/sin(=-σσλπkt ,于是可得

kt n /21λσσ=-

图 2 圆偏振光场示意图

t nf /21=-σσ (n=0,1,2,3……)

上式表明,当模型中某点的主应力差值为f/t 的整数倍时,则此点在模型上呈黑点,当主应力差为f/t 的某同一整数倍的各个暗点,构成连续的黑线称为等差线(在此线上各点的主应力差均相等)。 由于应力分布的连续性,等差线不仅是连续的,

而且它们之间还按一定的次序排列,对应于n=l的等差线称为一级等差线或称一级条纹,对应于n=2的等差线称为二级等差线或二级条纹,依次类推,其中n称为条纹序数,以上是根据光源用单色光讲的。如果光源用白光,则模型上具有相同主应力差的各点则形成颜色相同的光带,所以这时的等差线又称为等色线。由以上讨论可知,根据模型中出现的各向同性点、零应力点、等倾线、等差线(等色线),借助于一些分析计算,就能求出模型中各点应力的大小和方向。

从上述基本原理可知,在使用单色光源时,等倾线与等差线都呈黑色,不易辨认,为了消除等倾线以获得清晰的等差线图,在光弹性仪两偏振镜之间装上二块1/4波长片,形成圆偏振光场,可把等倾线消除,只剩下等差线,圆偏振光场如图2所示。

图3-1 对径受压圆盘等差线图图3-2 对径受压圆盘等倾线图

观察对径受压圆盘的等差线和等倾线,分别如图3-1和3-2所示。

准备实验:光路调节

先将光源、起偏器、检偏器、白屏依次放在导轨上,打开白光光源,仔细调节各个器件的高度,使得整个光路高度比较合适。先确定起偏器为任意偏振方向,然后调节检偏器偏振方向,使其正交,即通过两个偏振片后的光强为最弱。然后调整两个偏振片的距离。观察实验1:观察光弹材料光弹特性

将光弹材料放入已经调整好偏振方向的两偏振片中间,调节光弹材料的高度为合适。观察此时白屏的图像。然后拧紧光弹材料固定架上端的螺母,给光弹材料施加应力,观察此时白屏的图像,注意等差线(等色线)和等倾线的出现。

本实验为验证性试验,没有试验数据。在观察过程中出现实验现象即可。

实验5. 电光调制实验

【实验目的】

1、掌握晶体电光调制的原理和实验方法;

2、学会用实验装置测量晶体的半波电压,绘制晶体特性曲线,计算电光晶体的

消光比和透射率。

【仪器和装置】

电光调制实验系统由光路与电路两大单元组成,如图1所示:

图1 电光调制实验系统结构

【实验原理】

某些晶体在外加电场的作用下,其折射率随外加电场的改变而发生变化的现象称为电光效应,利用这一效应可以对透过介质的光束进行幅度,相位或频率的调制,构成电光调制器。电光效应分为两种类型:

(1) 一级电光 (泡克尔斯一—Pockels) 效应,介质折射率变化正比于电场强度。

(2) 二级电光 (克尔一Kerr) 效应,介质折射率变化与电场强度的平方成正比。

本实验使用铌酸理(LiNbO 3 )晶体作电光介质,组成横向调制(外加电场与光传播方向垂直)的一级电光效应。

图3 横向电光效应示意图

如图3所示,入射光方向平行于晶体光轴 (Z 轴方向),在平行于X 轴的外加电场(E)作用下,晶体的主轴X 轴和Y 轴绕Z 轴旋转45?,形成新的主轴X ’轴 —Y ’轴(Z 轴不变),它们的感生折射率差为?n ,它正比于所施加的电场强度E :

rE n n 30=?

式中r 为与晶体结构及温度有关的参量,称为电光系数。

n 0为晶体对寻常光的折射率。

当一束线偏振光从长度为l 、厚度为d 的晶体中出射时,由于晶体折射率的差异而使光波经晶体后出射光的两振动分量会产生附加的相位差δ,它是外加电场E 的函数:

)1(2223030U d l r n rE n nl ??? ??==?=λπλπ

λπ

δ

式中λ为入射光波的波长;同时为测量方便起见,电场强度用晶体两面极间的电压来表示,即U=Ed 。

当相位差 δ=π 时,所加电压

)(223

0l d

r n U U λπ==

U π 称为半波电压,它是一个用以表征电光调制电压对相位差影响的重要物理量。由(2)式可见,半波电压U π 决定于入射光的波长λ、晶体材料和它的几何尺寸。由(1)、(2)式可得:

)(3)(0δπδπ

+=U U U 式中δ0为U =0时的相位差值,它与晶体材料和切割的方式有关,对加工良

好的纯净晶体而言δ0=0 。

图4为电光调制器的工作原理图。 由激光器发出的激光经起偏器P 后只透射光波中平行其透振方向的振动分量,当该偏振光I P 垂直于电光晶体的通光表面入射时,如将光束分解成两个线偏振光,经过晶体后其X 分量与Y 分量的相差为δ (U),然后光束再经检偏器A ,产生光强为I A 的出射光。当起偏器与检偏器的光轴正交(A ⊥P)时,根据偏振原理可求得输出光强为:

图4 电光调制器工作原理

())4(2)(s i n 2s i n 22??????=U I I P A δα

式中x P θθα-=,为P 与X 两光轴间的夹角。

若取α=土45?。,这时U 对I A 的调制作用最大,并且

)5(2)(s i n 2??????=U I I P A δ

再由(3)式可得

?????????? ????? ??=ππU U I I P A 2s i n 2

于是可画出输出光强I A 与相位差δ (或外加电压U )的关系曲线,即I A ~ δ(U )或I A ~ U 如下:

图5 光强与相位差(或电压)间的关系 由此可见:当δ (U)=2k π ( 或U =2kU π ) (k=0,±1, ±2,?)时,I A =0 当δ (U)=2k π +1或U =(2k+1) U π 时,I A = I P

当δ (U)为其它值时, I A 在0~ I P 之间变化。

由于晶体受材料的缺陷和加工工艺的限制,光束通过晶体时还会受晶体的吸收和散射,使两振动分量传播方向不完全重合,出射光截面也就不能重叠起来。

于是,即使在两偏振片处于正交状态,且在 45±=-=x P θθα的条件下, 当外加电压U =0时,透射光强却不为0,即I A = I min ≠0

U =U π 时,透射光强却不为I P ,即 I A = I max ≠I P

由此需要引入另外两个特征参量:

消光比 min max

I I M = 透射率 0

m ax I I T = 式中,I o 为移去电光晶体后转动检偏器A 得到的输出光强最大值。 M 愈大,T 愈接近于1,表示晶体的电光性能愈佳。半波电压U π 、消光比M ,

透光率T 是表征电光介质品质的三个特征参量。

从图5可见,相位差在δ=π/2或(U =U π /2 )附近时,光强I A 与相位差δ (或电压U) 呈线性关系,故从调制的实际意义上来说,电光调制器的工作点通常就选在该处附近。图6为外加偏置直流电压与交变电信号时光强调制的输出波形图。

由图6可见,选择工作点② (U =U π /2 )时,输出波形最大且不失真。 选择工作点① (U =0 ) 或③ (U =U π )时,输出波形小且严重失真,同时输出信号的频率为调制频率的两倍。

图 6 选择不同工作点时的输出波形

工作点的偏置可通过在光路中插入一个λ/4波片其透光轴平行于电光晶体X 轴 (相当于附加一个固定相差 δ=π/2 )作为“光偏置”。但也可以加直流电压来实现。

实验数据及结论:

I 0=3.80V

正向偏压:

反相偏压:

Matlab仿真图:

消光比:M=1.83/0.09=20.3

透射率:T=1.83/3.80=0.482

半波电压:U

=528V。

实验小结:实验的关键在于光路的准直,如果光路不准直,实验将无法完成。实验6. 液晶的电光效应

实验原理

液晶态是一种介于液体和晶体之间的中间态,既有液体的流动性、粘度、形变等机械性质,又有晶体的热、光、电、磁等物理性质。液晶与液体、晶体之间的区别是:液体是各向同性的,分子取向无序;液晶分子有取向序,但无位置序;晶体则既有取向序又有位置序。就形成液晶方式而言,液晶可分为热致液晶和溶致液晶。热致液晶又可分为近晶相、向列相和胆甾相。其中向列相液晶是液晶显示器件的主要材料[13]。

接着液晶对于晶电的光效应有如下认识:

液晶分子是在形状、介电常数、折射率及电导率上具有各向异性特性的物质,如果对这样的物质施加电场(电流),随着液晶分子取向结构发生变化,它的光学特性也随之变化,这就是通常说的液晶的电光效应。

液晶的电光效应种类繁多,主要有动态散射型(DS)、扭曲向列相型(TN)、超扭曲向列相型(STN)、有源矩阵液晶显示(TFT)、电控双折射(ECB)

等。其中应用较广的有:TFT型───主要用于液晶电视、笔记本电脑等高档产品;STN型 2 ───主要用于手机屏幕等中档产品;TN型───主要用于电子表、计算器、仪器仪表、家用电器等中低档产品,是目前应用最普遍的液晶显示器件。TN型液晶显示器件显示原理较简单,是STN、TFT等显示方式的基础。本仪器所使用的液晶样品即为TN型。无外电场作用时,由于可见光波长远小于向列相液晶的扭曲螺距,当线偏振光垂直入射时,若偏振方向与液晶盒上表面分子取向相同,则线偏振光将随液晶分子轴方向逐渐旋转90o,平行于液晶盒下表面分子轴方向射出;若入射线偏振光偏振方向垂直于上表面分子轴方向,出射时,线偏振光方向亦垂直于下表面液晶分子轴;当以其他线偏振光方向入射时,则根据平行分量和垂直分量的相位差,以椭圆、圆或直线等某种偏振光形式射出。

对液晶盒施加电压,当达到某一数值时,液晶分子长轴开始沿电场方向倾斜,电压继续增加到另一数值时,除附着在液晶盒上下表面的液晶分子外,所有液晶分子长轴都按电场方向进行重排列,TN型液晶盒90o旋光性随之消失。

图6-1 a.TN型器件分子排布与透过光示意

图[13]

图6-1 b.TN型电光效应示意

若将液晶盒放在两片平行偏振片之间,其偏振方向与上表面液晶分子取向相同。不加电压时,入射光通过起偏器形成的线偏振光,经过液晶盒后偏振方向随液晶分子轴旋转900,不能通过检偏器;施加电压后,透过检偏器的光强与施加在液晶盒上电压大小的关系见图6-1;其中纵坐标为透光

强度,横坐标为外加电压。最大透光强度的10%所对应的外加电压值称为阈值电压(U th),标志了液晶电光效应有可观察反应的开始(或称起辉),阈值电压小,是电光效应好的一个重要指标。最大透光强度的90%对应的外加电压值称为饱和电压(U r),标志了获得最大对比度所需的外加电压数值,U r 小则易获得良好的显示效果,且降低显示功耗,对显示寿命有利。对比度D r=I max/I min,其中I max为最大观察(接收)亮度(照度),I min为最小亮度。陡度β=U r/ U th即饱和电压与阈值电压之比。

图6-2 液晶电光效应参考图[13]

TN型液晶显示器件结构参考图6-2,液晶盒上下玻璃片的外侧均贴有偏光片,其中上表面所附偏振片的偏振方向总是与上表面分子取向相同。自然光入射后,经过偏振片形成与上表面分子取向相同的线偏振先,入射液晶盒后,偏振方向随液晶分子长轴旋转900,以平行于下表面分子取向的线偏振光射出液晶盒。若下表面所附偏振片偏振方向与下表面分子取向垂直(即与上表面平行),则为黑底白字的常黑型,不通电时,光不能透过显示器(为黑态),通电时,900旋光性消失,光可通过显示器(为白态);若偏振片与下表面分子取向相同,则为白底黑字的常白型,如图6-2所示结构。TN-LCD可用于显示数字、简单字符及图案等,有选择的在各段电极上施加电压,就可以显示出不同的图案。

实验仪器

液晶盒(附带控制电箱)、偏振片、偏振光试验平台(天津市港东科技发展有限公司)、中心波长为632.8nm的氦氖激光器(天津市港东科技发展有限公司)以及配套的光电接收器(最小光强为0.001μW)。

实验步骤

在做实验之前需要将实验仪器放置在光学导轨上,光学导轨上依次为:氦氖激光器-偏振片-液晶盒-偏振片-光电探测器(带可调光阑)。打开氦氖激光器,调节各元件高度,尽量使激光依次穿过个光学元件中心,最后打在

光功率测试仪的探头上。

调整光路,打开光功率测试仪,旋转两片偏振片,可观察到光功率计数值大小变化,若最大透射光强小于200μW,可旋转氦氖激光器机身,使最大透射光强大于200μW最后调节偏振片正交至透射光强值达到最小。打开液晶盒的控制电箱,此时液晶是最黑状态。按一下“调节”按钮,此时液晶为透光状态,此时加在液晶上的电压为 5.1V。此时开始记录光功率测试仪读数,然后逐次按“调节”按钮,每次增加的电压为0.2伏,液晶状态完成一个透光——最黑状态,共有16个档位。最后全黑时的电压为8.4伏。

作电光曲线图,纵坐标为透射光强值,横坐标为外加电压值。根据作好的电光曲线,求出样品的阈值电压U th(最大透光强度的10%所对应的外加电压值)、饱和电压Ur(最大透光强度的90%对应的外加电压值)、对比度D r(D r=I max/I min)及陡度β(β=U r/ U th)。

演示黑底白字的常黑型TN-LCD。拔掉液晶盒上的插头,光功率计显示为最小,即黑态;将电压调至8.4V左右,连通液晶盒,光功率计显示最大数值,即白态。

数据记录及处理

下图为计算机模拟出实验数据得出的图形,图形基本符合要求,验证了液晶电光效应。由于在液晶面板的两端加入了两个偏振方向相互垂直的偏振板。故而实验在电压较低的时候光强大,电压较高的时候光强小。

20151060042-贾炜光-混频器仿真实验报告

混频器仿真实验 姓名:贾炜光 学号:20151060042 学院:信息学院 专业:通信工程 指导教师:谢汝生

一、实验目的 (1)加深对混频理论方面的理解,提高用程序实现相关信号处理的能力; (2)掌握multisim实现混频器混频的方法和步骤; (3)掌握用muitisim实现混频的设计方法和过程,为以后的设计打下良好的基础。 二.实验原理 混频器将天线上接收到的射频信号与本振产生的信号相乘,cosαcosβ=[cos(α+ β)+cos(α-β)]/2 可以这样理解,α为射频信号频率量,β为本振频率量,产生和差频。当混频的频率等于中频时,这个信号可以通过中频放大器,被放大后,进行峰值检波。检波后的信号被视频放大器进行放大,然后显示出来。由于本振电路的振荡频率随着时间变化,因此频谱分析仪在不同的时间接收的频率是不同的。 混频是指将信号从一个频率变换到另外一个频率的过程 ,其实质是频谱线性搬移的过程。在超外差接收机中 ,混频的目的是保证接收机获得较高的灵敏度 ,足够的放大量和适当的通频带 ,同时又能稳定地工作。混频电路包括三个组成部分 : 本机振荡器、非线性器件、带通滤波器。[1] 由于非线性元件( 如二极管、三极管、场效应管等) 的作用,混频过程中会产生很多的组合频率分量 : p f L ±qf S 。一般来讲 ,其中满足需要的仅仅是 f I =f L -f S 或者是f I =f S -f L 。前者产生中频的方式称为高差式混频 , 后者称为低差式混频。在这里 ,混频过程中产生的一系列组合频率分量经过带通滤波器即可以选择输出相应的中频 ,而其他的频率分量会得到抑制。

大学物理实验报告系列之偏振光的分析

大学物理实验报告【实验名称】偏振光的分析 【实验目的】 1.观察光的偏振现象,巩固理论知识,加深对光的偏振现象的认识。 2.学习直线偏振光的产生与检验方法,了解圆偏振光和正椭圆偏振光的产生和定性检验方法。 【实验仪器】 He-Ne 激光器、光具座、偏振片(两块)、632.8nm 的1/4 波片(两块)、玻璃平板及刻度盘、白屏等。 【实验原理】 1.光的偏振状态 偏振是指振动方向相对于波的传播方向的一种空间取向作用。它是横波的重要特性。光在传播过程中,若电矢量的振动只局限在某一确定平面内,这种光称为直线偏振光,又叫平面偏振光(因其电矢量的振动在同一平面内);若光波电矢量的振动随时间作有规律的改变,即电矢量的末端在垂直于光传播方向的平面上的轨迹是圆或椭圆,这样的光称为圆偏振光和椭圆偏振光;若光波电矢量的振动只在某一确定的方向上占优势,而在和它正交的方向上最弱,各方向的振动无固定的位相关系,这种光称为部分偏振光。直线偏振光垂直通过波片的偏振状态 入射线偏振光的振动方向 与波片光轴间的夹角 光 ≠ 0°,≠ 45°,≠ 90° 转过2的直线偏振光 正椭圆偏振光,长短轴之 比为tg,ctg 内切于边长比为tg的矩 形的椭圆偏振光

【实验内容】 1.测定玻璃对激光波长的折射率 2.产生并检验圆偏振光 3.产生并检验椭圆偏振光 【数据表格与数据记录】 pιl p2I i p3 =^l-^I = ∣250o-307o∣ = 57o i pi =?φ1-φ↑=∣250o - 306o∣ = 56°i p5 =^l-^I= ∣250o - 308o∣ = 58o. =?φ1~φ↑=∣250o-307o∣ = 57o ^=^l-^I = I250o-306o∣ = 56° -_ G+?…+S? _ s7o I P _ γ_ D 7 tan- n- tan57o =1.5399 现象:两次最亮,两次消光。结论:圆偏振光

偏振光的观测与研究~~实验报告

偏振光的观测与研究 光的干涉与衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光就是横波而不就是纵波,即其E与H的振动方向就是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光就是横波,人们通过对光的偏振性质的研究,更深刻地认识了光的传播规律与光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术的检验等,提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的产生与检验方法。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光与圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1.偏振光的基本概念 按照光的电磁理论,光波就就是电磁波,它的电矢量E与磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉与感光材料的特性上瞧,引起视觉与化学反应的就是光的电矢量,通常用电矢量E代表光的振动方向,并将电矢量E与光的传播方向所构成的平面称为光振动面。 在传播过程中,光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2(a)。光源发射的光就是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动与辐射的随机性,大量原子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率就是相同的。一般说,在10-6s内各个方向电矢量的时间平均值相等,故出现如图2(b)所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其她方向,即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就就是如图2(c)所示的所谓部分偏振光。还有一些光,其振动面的取向与电矢量的大小随时间作有规则的变化,其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样的光称为椭圆偏振光(或圆偏振光),如图2(c)所示。 图2 光波按偏振的分类 2.获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射与折射时,反射光与折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时,镜面反射光成为完全偏振光,其振动面垂直于入射面,如图3所示,这时入射角称为布儒斯特角,也称为起偏角。

高频电子线路实验报告

高频实验报告 班级班级 学号学号 姓名姓名 预习成绩预习成绩 实验成绩实验成绩 实验报告成绩实验报告成绩 总成绩总成绩 2013年 12月

实验一、调幅发射系统实验 一、实验目的与内容: 通过实验了解与掌握调幅发射系统,了解与掌握LC三点式振荡器电路、三极管幅度调制电路、高频谐振功率放大电路。 二、实验原理: 1、LC三点式振荡器电路: 原理:LC三点式振荡器电路是采用LC谐振回路作为相移网络的LC正弦波振荡器,用来产生稳定的正弦振荡。图中5R5,5R6,5W2和5R8为分压式偏置电阻,电容5C7或5C8或5C9或5C10或5C11进行反馈的控制。5R3、5W1、5L2以及5C4构成的回路调节该电路的振荡频率,在V5-1处输出频率为30MHZ 正弦振荡信号。 2、三极管幅度调制电路: 原理:三极管幅度调制电路是通过输入调制信号和载波信号,在它们的共同

作用下产生所需的振幅调制信号。图中7R1,7R4,7W1和7R3为分压式偏置电阻,电容7C10、7C2以及电感7L1构成的谐振滤波网络,7W2控制输出幅度,在信号输出处输出所需的振幅调制信号。 3、高频谐振功率放大电路: 原理:高频谐振功率放大电路是工作频率在几十MHZ 到几百MHZ 的谐振功率放大电路。图中前级高频功放电路中,6R2和6R3分压式偏置电阻,供给三极管6BG1偏置电压,输出采用6C5、6C6、6L1构成的T 型滤波匹配网络,末级高频功放电路中,基极采用由6R4产生偏置电压供给电路,输出采用6C13、6C13、6L3和6L4构成的T 型滤波匹配网络。 4、调幅发射系统: 图1 调幅发射系统结构图 原理:首先LC 振荡电路产生一个频率为30MHZ ,幅度为100mV 的信号源,然后加入频率为1KHZ ,幅度为100mV 的本振信号,通过三极管幅度调制,再经过高频谐振功率放大器输出稳定的最大不失真的正弦波。 本振 功率 放大 调幅 信源

偏振光实验报告

实 验 报 告 学生姓名: 学 号: 指导教师: 实验地点: 实验时间: 一、实验室名称:偏振光实验室 二、实验项目名称:偏振光实验 三、实验学时: 四、实验原理: 光波的振动方向与光波的传播方向垂直。自然光的振动在垂直与其传播方向的平面内,取所有可能的方向;某一方向振动占优势的光叫部分偏振光;只在某一个固定方向振动的光线叫线偏振光或平面偏振光。将非偏振光(如自然光)变成线偏振光的方法称为起偏,用以起偏的装置或元件叫起偏器。 (一)线偏振光的产生 1.非金属表面的反射和折射 光线斜射向非金属的光滑平面(如水、木头、玻璃等)时,反射光和折射光都会产生偏振现象,偏振的程度取决于光的入射角及反射物质的性质。当入射角是某一数值而反射光为线偏振光时,该入射角叫起偏角。起偏角的数值α与反射物质的折射率n 的关系是: n =αtan (1) 称为布如斯特定律,如图1所示。根据此式,可以简单地利用玻璃起偏,也可以用于测定物质的折射率。从空气入射到介质,一般起偏角在53度到58度之间。 非金属表面发射的线偏振光的振动方向总是垂直于入射面的;透射光是部分偏振光;使用多层玻璃组合成的玻璃堆,能得到很好的透射线偏振光,振动方向平行于入射面的。 图 1 图 2 2.偏振片 分子型号的偏振片是利用聚乙烯醇塑胶膜制成,它具有梳状长链形结构的分子,这些分子平行地排列在同一方向上。这种胶膜只允许垂直于分子排列方向的光振动通过,因而产生

线偏振光,如图2所示。分子型偏振片的有效起偏范围几乎可达到180度,用它可得到较宽的偏振光束,是常用的起偏元件。 图 3 鉴别光的偏振状态叫检偏,用作检偏的仪器叫或元件叫检偏器。偏振片也可作检偏器使用。自然光、部分偏振光和线偏振光通过偏振片时,在垂直光线传播方向的平面内旋转偏振片时,可观察到不同的现象,如图3所示,图中(α)表示旋转P ,光强不变,为自然光;(b )表示旋转P ,无全暗位置,但光强变化,为部分偏振光;(c )表示旋转P ,可找到全暗位置,为线偏振光。 (二)圆偏振光和椭圆偏振光的产生 线偏振光垂直入射晶片,如果光轴平行于晶片的表面,会产生比较特殊的双折射现象。这时,非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的,但速度不同,因而从晶片出射时会产生相位差 d n n e )(200 -= λπ δ (2) 式中0λ表示单色光在真空中的波长,o n 和e n 分别为晶体中o 光和e 光的折射率,d 为晶片厚度。 1.如果晶片的厚度使产生的相位差1 (21)2 k δπ=+,k =0,1,2,…,这样的晶片称为1/4波片,其最小厚度为0 min 4() o e d n n λ= -。线偏振光通过1/4波片后,透射光一般是椭 圆偏振光;当α=π/4时,则为圆偏振光;当0=α或π/2时,椭圆偏振光退化为线偏振光。由此可知,1/4波片可将线偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光;反之,它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成线偏振光。 2.如果晶片的厚度使产生的相差πδ)12(+=k ,k =0,1,2,…,这样的晶片称为半波片,其最小厚度为0 min 2() o e d n n λ= -。如果入射线偏振光的振动面与半波片光轴的交角为 α,则通过半波片后的光仍为线偏振光,但其振动面相对于入射光的振动面转过α2角。 3. 如果晶片的厚度使产生的相差2k δπ=,k =1,2,3,…,这样的晶片称为全波片, 其最小厚度为0 min o e d n n λ= -。从该波片透射的光为线偏振光。

实验报告_偏振光的产生和检验 (2)

【实验题目】 偏振光的产生和检验 【实验记录与数据处理】 1.线偏振光的获得与检验 1)器件光路示意图(2分): 2)测量记录(1分) 光电流强度 光电流强度夹角光电流强度 3)贴图(3分): ~I 曲线(直角坐标)

2.椭圆偏振光的获得与检验 1)器件光路示意图(2分): ? ? ? ? ? ? 3)贴图(5分):15°和45°的θ~I 曲线图(极坐标) 光强与检偏器角度的关系(Φ=15?)

光强与检偏器角度的关系(Φ=45?) 3. 1/2波片的研究 1)器件光路示意图(2分): 3)结论(2分):θ??Φ~关系; 根据数据可得,在误差允许的范围内,△θ=2△Φ。

【结论与讨论】 实验结论: 1.在实验一中,由θ~I 曲线可得,在振动方向与透视轴夹角从0°至90°过程中,透视光强度逐渐由零增至最大值,在90°至180°逐渐减小至最小值;经过两个周期,图像大致与马吕斯定律I=I o cos θ相符合。 2.在实验二中,当入射光与玻片夹角β= 0°,透过检偏器的光强最小,可知透过1/4玻片得到的是沿玻片慢轴的线偏振光;当β=15°,旋转检偏器一周后,得到的光强呈周期性变化,且最小值与最大值差值较大,光强最大值小于实验一中线偏振光的光强,再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是椭圆偏振光;当β=45°,旋转检偏器一周后,发现得到的光强变化不大,且光强大小界于β=15°时椭圆偏振光的光强最大值和最小值之间,再根据θ~I 曲线图即可知透过1/4玻片得到的是圆偏振光。 3.在实验三中,可以得出△θ随着ΔΦ的变化呈线性关系,满足△θ=2△Φ。 实验讨论: 【课后问题】(5分) 讨论:如何利用波片与偏振光片判别圆偏振光与自然光? 答:1.已知圆偏振光经过1/4玻片后形成线偏振光,而自然光经过1/4玻片后仍为自然光,故可以用1/4玻片进行区分。 2.让光束透过1/4玻片+偏振片,旋转偏振片,透射光发生变化的为圆偏振光,透射光不发生变化的为自然光。故可用玻片+偏振片进行区分。 报告成绩(满分30分):??????????? 指导教师签名:???????????????? 日期:?????????????????

电磁波实验报告

电磁场与微波技术 实验报告 院系: 班级: 姓名: 学号: 指导老师:

实验一线驻波比波长频率的测量 一、实验目的 1、熟练认识和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。 2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。 3、掌握用交叉读数法测波导波长的过程。 二、实验用微波元件及设备简介 1.波导管:本实验所使用的波导管型号为BJ—100,其内腔尺寸为α=22.86mm,b=10.16mm。其主模频率范围为8.20~12.50GHz,截止频率为6.557GHz。2.隔离器:位于磁场中的某些铁氧体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同的吸收,经过适当调节,可使其对微波具有单方向传播的特性(见图1)。隔离器常用于振荡器与负载之间,起隔离和单向传输作用。 3.衰减器:把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边,纵向插入波导管即成(见图2),用以部分衰减传输功率,沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率以及去耦合的作用。 图 1 隔离器结构示意图图2 衰减其结构示意图 4.谐振式频率计(波长表): 图3 a 谐振式频率计结构原理图一图3 b 谐振式频率计结构原理图二 1. 谐振腔腔体 1. 螺旋测微机构 2. 耦合孔 2. 可调短路活塞 3. 矩形波导 3. 圆柱谐振腔 4. 可调短路活塞 4. 耦合孔 5. 计数器 5. 矩形波导 6. 刻度 7. 刻度套筒 电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中,当频率计的腔体失谐时,腔里的电磁场极为微弱,此时,它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率

满足空腔的谐振条件时,发生谐振,反映到波导中的阻抗发生剧烈变化,相应地,通过波导中的电磁波信号强度将减弱,输出幅度将出现明显的跌落,从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度,通过查表可得知输入微波谐振频率。(图3a) 或从刻度套筒直接读出输入微波的频率(图3b)。两种结构方式都是以活塞在腔体中位移距离来确定电磁波的频率的,不同的是,图3a读取刻度的方法测试精度较高,通常可做到5×10-4,价格较低。而见图3b直读频率刻度,由于在频率刻度套筒加工受到限制,频率读取精度较低,一般只能做到3×10-3左右且价格较高。 5.驻波测量线:驻波测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。在波导的宽边中央开有一个狭槽,金属探针经狭槽伸入波导中。由于探针与电场平行,电场的变化在探针上感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。 6.匹配负载:波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料,它几乎能全部吸收入射功率。 7.微波源:提供所需微波信号,频率范围在8.6~9.6GHz内可调,工作方式有等幅、方波、外调制等,实验时根据需要加以选择。 8.选频放大器:用于测量微弱低频信号,信号经升压、放大,选出1kHz附近的信号,经整流平滑后由输出级输出直流电平,由对数放大器展宽供给指示电路检测。 三、实验内容及过程 1.微波信号源的调整: 频率表在点频工作下,显示等幅波工作频率,在扫频工作下显示扫频工作频率,在教学下,此表黑屏。电压表显示体效应管的工作电压,常态时为12.0 0.5V,教学工作下可通过“电压调节钮”来调节。电流表显示体效应管的工作电流,正常情况小于500毫安。 2.测量线探针的调谐: 我们使用的是不调谐的探头,所以在使用中不必调谐,只是通过探头座锁紧螺钉可以将不调谐探头活动2mm。 3.用波长计测频率: (1)在测量线终端接上全匹配负载。 (2)仔细微旋波长计的千分尺,边旋边观测指示器读数。由于波长计的q值非常 高,谐振曲线非常尖锐,千分尺上0.01mm的变化都可能导致失谐与谐振两种状态之间切换,因此,一定慢慢地仔细微旋千分尺。记下指示器读数为最小时(注意:如果检流指示器出现反向指示,按下其底部的按钮,读数即可)的千分尺读数并使波长计失谐。 (3)由读得的千分尺刻度可在该波长计的波长表频率刻度对照表上读得信号源的工作频率。 4.交叉读数法测量波导波长: (1)检查系统连接的平稳,工作方式选择为方波调制,使信号源工作于最佳状态。 (2)用直读式频率计测量信号频率,并配合信号源上的频率调谐旋钮调整信号源的工作频率,使信号源的工作频率为9370MHz。

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 做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。 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: 图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器,设经过1P 后线偏振光 振幅为0A (图2所示),光强为I 0。2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后 的线偏振光振幅为θcos 0A A =,光强为θθ20220cos cos I A I ==, 此式为马吕斯定律。 实验数据及图形: P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2 A 0 A 0cos θ θ 图2

从图形中可以看出符合余弦定理,数据正确。 实验2.半波片,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。 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:)cos 1)(2(sin 420δθ-= ⊥I I ;当M ∥N 时,即两个偏振片的透振方向平行时,出射光强为:M N 图3 分振动面干涉装置 I 0 波片 偏振片 偏振片 单色自然光

偏振光的观察与研究

实验报告 PB09214023葛志浩 PB09214047卢焘 2011-11-22 得分: 实验题目:偏振光的观察与研究 实验目的:1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的分类以及产生和检验方法,掌握马吕斯定律。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光和圆偏振光。 实验仪器:激光器,起偏器,检偏器,硅光电池,1/4波片,光电流放大器,分束板。 实验原理: 一,偏振光的基本概念和分类 光的偏振是指光的振动方向不变,或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈椭圆或圆的现象。光有五种偏振态:自然光(非偏振光),线偏振光,部分偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光 二,产生偏振光的方法: 1,利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。 反射光中的垂直于入射面的光振动(称s 分量)多于平行于入射面的光振动(称p 分量);而透射光则正好相反。在改变入射角的时候,出现了一个特殊的现象,即入射角为一特定值(称为布雷斯特角)时,反射光成为完全线偏振光(s 分量)。折射光为部分偏振光,而且此时的反射光线和折射光线垂直,这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法之一。通过测量介质的布雷斯特角可以得到介质的折射率。 1 2 n n tg = α )1( 2,利用光学棱镜,如尼科尔棱镜,格兰棱镜等。 3,利用偏振片。 三,改变光的偏振态的元件——波晶片。

平面偏振光垂直入射晶片,如果光轴平行于晶片表面,会产生比较特殊的双折射现象,这时非常光e 和寻常光o 的传播方向是一致的,但速度不同,因而从晶片出射时会产生相位差。 线偏振光垂直入射1/4波片,其振动方向与波片光轴成角θ,则出射光的偏振态与θ的关系如下: 1,2 0π θ或=时,出射光为线偏振光; 2,4 π θ= 时,出射光为圆偏振光; 3,θ为其它值时,出射光为椭圆偏振光。 利用偏振片可以由自然光得到线偏振光,利用1/4波片可以由线偏振光得到圆偏振光和椭圆偏振光。 四,马吕斯定律:θ20cos I I = (2) 实验内容及步骤: 一,调节仪器和观察消光现象。 如图(一)所示放置好实验仪器,旋转P2,观察出射光强的变化。 二,验证马吕斯定律。 如图(二)所示放置好实验仪器,将P1度盘读数调为0,旋转P2,记录P2度盘读数θ和D1,D2光电流读数21I I ,。

微波偏振实验报告

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sin2 φ的关系,这就是光学中的马吕斯定律:i=i0cos2 φ,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

偏振光实验报告

实验报告 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,则透过检偏器的线偏振光的振幅为A,A=ɑ,强度I=,I=ɑ= Iɑ=ɑ式中为进入检偏器前(检偏器无吸收时)线偏振光的强度。 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。

偏振光的研究实验报告doc

偏振光的研究实验报告 篇一:偏振光的观测与研究~~实验报告 偏振光的观测与研究 光的干涉和衍射实验证明了光的波动性质。本实验将进一步说明光是横波而不是纵波,即其E和H 的振动方向是垂直于光的传播方向的。光的偏振性证明了光是横波,人们通过对光的偏振性质的研究,更深刻地认识了光的传播规律和光与物质的相互作用规律。目前偏振光的应用已遍及于工农业、医学、国防等部门。利用偏振光装置的各种精密仪器,已为科研、工程设计、生产技术的检验等,提供了极有价值的方法。 【实验目的】 1.观察光的偏振现象,加深偏振的基本概念。 2.了解偏振光的产生和检验方法。 3.观测布儒斯特角及测定玻璃折射率。 4.观测椭圆偏振光和圆偏振光。 【实验仪器】 光具座、激光器、偏振片、1/4波片、1/2波片、光电转换装置、光点检流计、观测布儒斯特角装置 图1 实验仪器实物图 【实验原理】 1.偏振光的基本概念 按照光的电磁理论,光波就是电磁波,它的电矢量E和

磁矢量H相互垂直。两者均垂直于光的传播方向。从视觉和感光材料的特性上看,引起视觉和化学反应的是光的电矢量,通常用电矢量E代表光的振动方向,并将电矢量E和光的传播方向所构成的平面称为光振动面。在传播过程中,光的振动方向始终在某一确定方位的光称为平面偏振光或线偏振光,如图2(a)。光源发射的光是由大量原子或分子辐射构成的。由于热运动和辐射的随机性,大量原 - 子或分子发射的光的振动面出现在各个方向的几率是相同的。一般说,在106s内各个方向电矢量的时间平均值相等,故出现如图2(b)所示的所谓自然光。有些光的振动面在某个特定方向出现的几率大于其他方向,即在较长时间内电矢量在某一方向较强,这就是如图2(c)所示的所谓部分偏振光。还有一些光,其振动面的取向和电矢量的大小随时间作有规则的变化,其电矢量末端在垂直于传播方向的平面上的移动轨迹呈椭圆(或圆形),这样的光称为椭圆偏振光(或圆偏振光),如图2(c)所示。 图2 光波按偏振的分类 2.获得偏振光的常用方法 (1)非金属镜面的反射。 通常自然光在两种媒质的界面上反射和折射时,反射光和折射光都将成为部分偏振光。并且当入射角增大到某一特定值时,镜面反射光成为完全偏振光,其振动面垂直于入

电子仿真实验报告之晶体管混频

大连理工大学 本科实验报告 课程名称:电子系统仿真实验 学院(系):信息与通信工程学院 专业:电子与信息工程 班级: 学号: 学生姓名: 2014年月日

一、 实验目的和要求 使用电路分析软件,运用所学知识,设计一个晶体管混频器。要求输入频率为10MHz ,本振频率为16.485MHz 左右,输出频率为6.485MHz 。本振电路为LC 振荡电路。 二、实验原理和内容 混频电路是一种频率变换电路,是时变参量线性电路的一种典型应用。如一个振幅较大的振荡电压(使器件跨导随此频率的电压作周期变化)与幅度较小的差频或和频,完成变频作用。它是一个线性频率谱搬电路。图2.1是其组成模型框图。 中频 图2.1 本地振荡器产生稳定的振荡信号(设其频率为L f )通过晶体管混频电路和输入的高频调幅波信号(设其频率为s f ),由于晶体管的非线性特性,两个信号混合后会产生L f +s f L f -s f 频率的信号,然后通过中频滤波网络,取出L f -s f 频率的信号,调节好L f -s f 的大 小使其差为中频频率,即所需要的中频输出信号。图 2.2调幅前后的频谱图。 图2.2 本次试验本振电路采用LC 振荡电路。其等效原理图为西勒振荡电路,如图2.3所示。 本振电路 非线性器件 输入 中频滤波 输出

图2.3 混频器采用晶体混频电路,其等效电路图如图2.4。 图2.4 三、主要仪器设备 名称型号主要性能参数 电子计算机宏碁V-531,Windows 7 AMD A10-4600M 2.3GHz,2GB 内存 电路分析软件 Multisim.12 多种电路元件,多种虚拟仪 器多种分析方法 表3.1

偏振光实验报告

实验题目:偏振光的研究 实验者:PB08210426 李亚韬 实验目的:掌握分光计的工作原理,熟悉偏振光的原理和性质。验证马吕斯定律,并根据 布儒斯特定律测定介质的折射率。 实验原理: 为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作,需要各种偏振元件:产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等,下面分类介绍。 1 产生偏振光的元件 在激光器发明之前,一般的自然光源产生的光都是非偏振光,因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用,分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件,检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。 将自然光变成偏振光的方法有很多,一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究,但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动(称s 分量)多于平行于入射面的光振动(称p 分量);而透射光则正好相反。在改变入射角的时候,出现了一个特殊的现象,即入射角为一特定值时,反射光成为完全线偏振光(s 分量)。折射光为部分偏振光,而且此时的反射光线和折射光线垂直,这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是可以获得线偏振光的方法 之一。如图1所示。因为此时 20π γ= +i ,γsin sin 201n i n =, 12 0000sin cos sin n n sin i i i tgi === γ,若n 1=1(为空气的折射率),则 2tgi n = (1) 0i 叫做布儒斯特角,所以通过测量布儒斯特角的大小可以测量介质的折射率。 由以上介绍可以知道利用反射可以产生偏振光,同样利用透射(多次透射)也可以产 生偏振光(玻璃堆)。第二种是光学棱镜,如尼科耳棱镜、格兰棱镜等,它是利用晶体的双折射的原理制成的。在晶体中存在一个特殊的方向(光轴方向),当光束沿着这个方向传播时,光束不分裂,光束偏离这个方向传播时,光束将分裂为两束,其中一束光遵守折射定律叫做寻常光(o 光),另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光(e 光)。o 光和e 光都是线偏振光(也叫完全偏振光),两者的光矢量的振动方向(在一般使用状态下)互相垂直。改变射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向,沿着这个方向,o 光和e 光的传播速度相等,折射率相同。晶体可以有一个光轴,叫做单轴晶体,如方解石、石英,也可以有两个光轴,叫双轴晶体,如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的主平面,o 光电矢量的振动方向垂直于o 光主平面,e 光电矢量的振动方向平行于e 光主平面。 格兰棱镜由两块方解石直角棱镜构成,两棱镜间有空气间隙,方解石的光轴平行于棱镜的棱。自然光垂直于界面射入棱镜后分为o 光和e 光,o 光在空气隙上全反射,只有e 光透过棱镜射出。

混频器仿真实验报告

混频器实验(虚拟实验) 姓名:郭佩学号:04008307 (一)二极管环形混频电路 傅里叶分析 得到的频谱图为 分析:可以看出信号在900Hz和1100Hz有分量,与理论相符 (二)三极管单平衡混频电路 直流分析

傅里叶分析 一个节点的傅里叶分析的频谱图为 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的频谱图为:

分析:同样在1K的两侧有两个频率分量,900Hz和1100Hz 有源滤波器加入电路后 U IF的傅里叶分析的频谱图为: U out节点的傅里叶分析的频谱图为:

分析:加入滤波器后,会增加有2k和3k附近的频率分量 (三)吉尔伯特单元混频电路 直流分析 傅里叶分析 一个节点的输出电压的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图如下: 两个节点输出电压的差值的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为:

分析:1k和3k两侧都有频率分量,有IP3失真 将有源滤波器加入电路 U IF的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为: U out节点的傅里叶分析的参数结果与相应变量的频谱图为:

分析:有源滤波器Uout节点的傅里叶分析的频谱相对于Uif的傅里叶分析的频谱来说,其他频率分量的影响更小,而且Uout节点的输出下混频的频谱明显减小了。输出的电压幅度有一定程度的下降。 思考题: (1)比较在输入相同的本振信号与射频信号的情况下,三极管单平衡混频电路与吉尔伯特混频器两种混频器的仿真结果尤其是傅里叶分析结果的差异,分析其中的原因。若将本振信号都设为1MHz,射频频率设为200kHz,结果有何变化,分析原因。 答:没有改变信号频率时 三极管 吉尔伯特 吉尔伯特混频器没有1k、2k、3k处的频率分量,即没有本振信号的频率分量,只有混频后的频率分量。因为吉尔伯特混频器是双平衡对称电路结果,有差分平衡。 将本振信号频率和射频频率改变后:

偏振光实验报告范文

偏振光实验报告范文 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:xx-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

偏振光实验报告

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,叫做二向色性。具有二向色性的晶体叫做偏振片。 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: 图1中靠近光源的偏振片1P 为起偏器,设经过1P 后线偏振光振幅为0A (图 2所示),光强为I 0。 2P 与1P 夹角为θ,因此经2P 后的线偏振光振幅为θcos 0A A =,光强为θθ20220cos cos I A I ==,此式为马吕斯定律。 实验数据及图形: P 1 P 2 线偏光 单色自然光 线偏光 图1 P 1 P 2 A 0 A 0cos θ θ 图2

从图形中可以看出符合余弦定理,数据正确。 实验2.半波片,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。 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:)cos 1)(2(sin 420δθ-= ⊥I I ;当M ∥N 时,即两个偏振片的透振方向平行时,出射光强为:)cos cos sin 2cos sin 21(2 22220//δθθθθ+-=I I 。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,cos δ=-1,θ22sin 20I I =⊥,出射光强最大,2)21(sin 20//θ-=I I ,出射光强最小;当δ=[(2k+1)π]/2(1/4 波片)时,cos δ=0,)2(sin 420θI I =⊥,)2sin 2(4 20//θ-=I I 。 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: M N 图3 分振动面干涉装置 I 0 波片 偏振片 偏振片 单色自然光

9偏振光的观察与研究11

实验( 9 )偏振光的观察与研究 班级18020S01 学号1802004137 姓名沈豹组别 日期2020-6-5 指导教师 一.实验目的 1.了解光的五种偏振状态。 2.了解偏振光元件和偏振光的检验。 3.掌握马吕斯定律。 二.实验仪器 偏振光观察与研究的实验装置包括以下几个部分:光源(可发出多种类型激光)偏振片、波晶片(λ/2和λ/4波长)、光屏。 三.实验原理 为了研究光的偏振态和利用光的偏振特性进行各种分析和测量工作,需要各种偏振元件:产生偏振光的元件、改变光的偏振态的元件等,下面分类介绍。 1.产生偏振光的元件 在激光器发明之前,一般的自然光源产生的光都是非偏振光,因此要产生偏振光都要使用产生偏振光的元件。根据这些元件在实验中的作用,分为起偏器和检偏器。起偏器是将自然光变成线偏振光的元件,检偏器是用于鉴别光的偏振态的元件。在激光器谐振腔中可以利用布儒斯特角使输出的激光束是线偏振光。 将自然光变成偏振光的方法有很多,一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。我们的先人在很早就已经对水平面的反射光有所研究,但定量的研究最早在1815年由布儒斯特完成。反射光中的垂直于入射面的光振动(称s分量)多于平行于入射面的光振动(称p 分量);而透射光则正好相反。在改变入射角的时候,出现了一个特殊的现象,即入射角为一特定值时,反射光成为完全线偏振光(s分量)。折射光为部分偏振光,而且此时的反射光线和折射光线垂直,这种现象称之为布儒斯特定律。该方法是获得线 偏振光的方法之一。如图1所示。因为此时, , ,若=1(为空气的折射率),则 图1 布儒斯特定律原理图 叫做布儒斯特角,所以通过测量布儒斯特角的大小可以测量介质的折射率。 由以上介绍可以知道利用反射可以产生偏振光,同样利用透射(多次透射)也可以 产生偏振光(玻璃堆)。 图2 格兰棱镜起偏、检偏原理 第二种是光学棱镜,如尼科耳棱镜、格兰棱镜等,它是利用晶体的双折射的原理制 成的。在晶体中存在一个特殊的方向(光轴方向),当光束沿着这个方向传播时,光束不 分裂,光束偏离这个方向传播时,光束将分裂为两束,其中一束光遵守折射定律叫做寻 常光(o光),另一束光一般不遵守折射定律叫做非寻常光(e光)。o光和e光都是线偏振 光(也叫完全偏振光),两者的光矢量的振动方向(在一般使用状态下)互相垂直。改变 射向晶体的入射光线的方向可以找到光轴方向,沿着这个方向,o光和e光的传播速度相等,折射率相同。晶体可以有一个光轴,叫做单轴晶体,如方解石、石英,也可以有两 个光轴,叫双轴晶体,如云母、硫磺等。包含光轴和任一光线的平面叫对应于该光线的 总成绩: 预习操作处理

变频器实验报告

实验一变频器的面板操作与运行 一、实验目的和要求 1. 熟悉变频器的面板操作方法。 2. 熟练变频器的功能参数设置。 3. 熟练掌握变频器的正反转、点动、频率调节方法。 4.通过变频器操作面板对电动机的启动、正反转、点动、调速控制。 二、实验仪器和用具 西门子MM420变频器、小型三相异步电动机、电气控制柜、电工工具(1套)、连接导线若干等。 三、实验内容和步骤 1.按要求接线 系统接线如图2-1所示,检查电路正确无误后, 合上主电源开关Q S。 图2-1 变频调速系统电气图 2.参数设置 (1)设定P0010=30和P0970=1,按下P键,开始复位,复位过程大约3min,这样就可保证变频器的参数回复到工厂默认值。 (2)设置电动机参数,为了使电动机与变频器相匹配,需要设置电动机参数。电动机参数设置见表2-2。电动机参数设定完成后,设P0010=0,变频器当前处于准备状态,可正常运行。 表2-2 电动机参数设置

(3)设置面板操作控制参数,见表2-3。 3.变频器运行操作 (1)变频器启动:在变频器的前操作面板上按运行键,变频器将驱动电动机升速,并运行在由P1040所设定的20Hz频率对应的560r∕min的转速上。 (2)正反转及加减速运行:电动机的转速(运行频率)及旋转方向可直接通过按前操作面板上的键∕减少键(▲/▼)来改变。 (3)点动运行:按下变频器前操作面板上的点动键,则变频器驱动电动机升速,并运行在由P1058所设置的正向点动10Hz频率值上。当松开变频器前错做面板上的点动键,则变频器将驱动电动机降速至零。这时,如果按下一变频器前操作面板上的换向键,在重复上述的点动运行操作,电动机可在变频器的驱动下反向点动运行。 (4)电动机停车:在变频器的前操作面板上按停止键,则变频器将驱动电动机降速至零。 四、实验思考 1. 怎样利用变频器操作面板对电动机进行预定时间的启动和停止? 答:P0010=30,P0970=1,变频器恢复出厂设置; P701=0,屏蔽原来端子启动功能; P2800=1,使能内部功能自由块; P2802=1,使能内部定时器; P2849=1,连接定时器启动命令; P2850=1,设定延时时间(假设1s); P2851=1,定时器延时动作方式; P0840=2852.0,连接变频器启动命令。 2. 怎样设置变频器的最大和最小运行频率? 答:P0010=30;P0970=1,按下P键(约10秒),开始复位。 一般P1080=0;电动机运行的最低频率(HZ) P1082=50;电动机运行的最高频率(HZ)。

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