用Origin8.0軟件處理偏振與雙折射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

李瑞霞 范雅靜 范淑媛

摘 要：本文介紹了偏振與雙折射實(shí)驗(yàn)的主要教學(xué)內(nèi)容及運(yùn)用Origin8.0軟件處理數(shù)據(jù)和制圖。

關(guān)鍵詞：馬呂斯定律 橢圓偏振光 Origin8.0 作圖

中圖分類(lèi)號(hào)：O436 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0012-02

大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)是高等學(xué)校理工科學(xué)生必修的一門(mén)基礎(chǔ)課程。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，往往需要對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和作圖，學(xué)生感覺(jué)很頭疼。現(xiàn)在計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展很快，出現(xiàn)了一批優(yōu)秀的數(shù)據(jù)處理以及作圖軟件。其中用Origin8.0處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)非常簡(jiǎn)單，只需要輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后再選擇相應(yīng)的菜單命令，點(diǎn)擊相應(yīng)的工具按鈕就可以繪制出相關(guān)的圖形。本文將簡(jiǎn)單地介紹一下運(yùn)用Origin8.0軟件處理偏振與雙折射實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1 偏振與雙折射實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)處理

本實(shí)驗(yàn)的主要教學(xué)內(nèi)容是驗(yàn)證馬呂斯定律和檢測(cè)橢圓偏振光通過(guò)檢偏器的光強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)得到大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，用Origin8.0軟件來(lái)處理數(shù)據(jù)作圖。

1.1 驗(yàn)證馬呂斯定律

按照馬呂斯定律，強(qiáng)度為的線偏振光通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為，式中為入射光的偏振方向與檢偏器透光軸之間的夾角。當(dāng)以光線傳播方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器時(shí)，透射光強(qiáng)度I將發(fā)生周期性變化。（見(jiàn)圖1）

如圖1所示，轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏器，使其與起偏器透光軸方向正交，此時(shí)光電流計(jì)示值最小。使兩偏振器透光軸夾角從0°～90°，每隔10°測(cè)量1個(gè)點(diǎn)，測(cè)量透射光強(qiáng)I。要求用直角坐標(biāo)繪制圖。得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表1）。

1.2 檢測(cè)橢圓偏振光通過(guò)檢偏器的光強(qiáng)

光路圖如圖2所示：激光通過(guò)起偏器后就成為線偏振光。波片C的光軸與之透光軸夾角只要不是0°，45°，90°，則通過(guò)波片C后就是橢圓偏振光。將檢偏器轉(zhuǎn)動(dòng)360°，光檢測(cè)器檢測(cè)后之光強(qiáng)，就可以得到橢圓偏振光在360°范圍內(nèi)的合成光強(qiáng)的變化。（見(jiàn)圖2）

首先推導(dǎo)橢圓偏振光經(jīng)過(guò)后的合成光強(qiáng)表示式。

設(shè)C與透光軸之夾角為，C與透光軸夾角為，光經(jīng)過(guò)后，變?yōu)榫€偏振光，其光矢量的振幅為A，在波片入射面上將被分解為e光和o光（均相對(duì)于C）：

通過(guò)波片C后將產(chǎn)生一位相差，對(duì)波片，通過(guò)C之后的只有與透光軸平行之分量才能通過(guò)：

與有一相位差，它包含了波片產(chǎn)生的位相差，還包含所帶來(lái)的附加的位相差。與合成后的光矢量振幅設(shè)為：

則干涉光強(qiáng)為I：

對(duì)于波片，，所以：

實(shí)驗(yàn)中使30°，轉(zhuǎn)動(dòng)一周，然后以極大值處為起始點(diǎn)（0°）。測(cè)量之關(guān)系。每10°測(cè)量1個(gè)點(diǎn)。要求用極坐標(biāo)繪制圖。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見(jiàn)表2）。

1.3 用Origin8.0作圖

打開(kāi)Origin8.0軟件，將表1中的數(shù)據(jù)粘貼到Book1中，然后選中數(shù)據(jù)，點(diǎn)散點(diǎn)圖，接著點(diǎn)菜單欄中的”Analysis”-“Fitting”-“Fit Linear”-“Open Dialog”，點(diǎn)擊”O(jiān)K”。就會(huì)出現(xiàn)如下線性擬合圖，相關(guān)參數(shù)也給出來(lái)了。（見(jiàn)圖3）

同理，打開(kāi)Origin8.0軟件，輸入表3中的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊”P(pán)olar”極坐標(biāo)圖，漂亮的極坐標(biāo)圖就出來(lái)了，如圖4所示。需要強(qiáng)調(diào)的是若要把Origin8.0頁(yè)面上的圖導(dǎo)出來(lái)，不能點(diǎn)”Copy“選項(xiàng)，而要點(diǎn)”Copy Page“選項(xiàng)。

2 結(jié)語(yǔ)

利用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，必將成為一種重要的教學(xué)手段。用好Origin8.0軟件，對(duì)物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和繪圖幫助很大，Origin8.0軟件的功能非常強(qiáng)大，希望與大家共同探討學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)

[1]熊永紅，張實(shí)昆，任忠明，等.大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)[M].科學(xué)出版社，2007.