橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn)

1、橢圓偏振光、圓偏振橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn)光、偏振光的檢驗(yàn)321321412振動(dòng)合成示意圖振動(dòng)合成示意圖212222dM是起偏器，經(jīng)它可從自然光中獲得垂直射向波片是起偏器，經(jīng)它可從自然光中獲得垂直射向波片C的線偏光。的線偏光。20IOAeAMCco波片波片C光軸平行于晶體表面，透振方向與光軸方向之間的夾角光軸平行于晶體表面，透振方向與光軸方向之間的夾角 垂直射入波片的線偏光，分解成垂直射入波片的線偏光，分解成O光其振動(dòng)方向垂直于入射面，光其振動(dòng)方向垂直于入射面，垂直光軸；分解成的垂直光軸；分解成的e光振動(dòng)方向平行于入射面，平行于光軸。光振動(dòng)方向平行于入射面，平行于光軸。2/0IA入射

2、波片的線偏光的振幅入射波片的線偏光的振幅17-5 橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn)橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn) 橢圓偏振光、圓偏振光的產(chǎn)生橢圓偏振光、圓偏振光的產(chǎn)生0I cosAAesinAAO若若C為為1/4波片，即波片，即 = /2，且若且若 =450，則從，則從C出射出射圓偏振光圓偏振光若若C為為1/4波片，且波片，且 450、 900或或00，則，則出射出射橢圓偏振光橢圓偏振光 若若C不不為波長(zhǎng)片也不是半波片，即為波長(zhǎng)片也不是半波片，即 k 時(shí)，時(shí)，且且 450、 900或、或、 00 時(shí)，則從時(shí)，則從C垂直出射橢圓偏振光。垂直出射橢圓偏振光。2)(dnneo經(jīng)過波片后，經(jīng)過波

3、片后，O光和光和e光光的相位差：的相位差：振動(dòng)合成示意振動(dòng)合成示意圖圖 線偏振光垂直通過波片后的偏振態(tài)線偏振光垂直通過波片后的偏振態(tài)當(dāng)垂直入射的線偏光振動(dòng)方向與當(dāng)垂直入射的線偏光振動(dòng)方向與波片光軸間夾角波片光軸間夾角 =00或或 =900時(shí)，時(shí)，則無論波片的厚度是多少，出射則無論波片的厚度是多少，出射的線偏光與入射光相同。的線偏光與入射光相同。當(dāng)使用當(dāng)使用 1/2 波片時(shí)，出射的波片時(shí)，出射的O光、光、e 光有光有 的相位延遲，的相位延遲，出射的線偏光與入射線偏光出射的線偏光與入射線偏光的振動(dòng)方向?qū)τ诠廨S的振動(dòng)方向?qū)τ诠廨S OC 方方向?qū)ΨQ。向?qū)ΨQ。出AOAOC入AOAeAOC入AeAOA入A

4、O 若若C為波長(zhǎng)片時(shí)，出射的為波長(zhǎng)片時(shí)，出射的O光、光、e 光光的相位差為的相位差為2 的整數(shù)倍，這相當(dāng)于無相的整數(shù)倍，這相當(dāng)于無相位延遲，即波長(zhǎng)片不改變位延遲，即波長(zhǎng)片不改變?nèi)肷渚€偏振光的狀態(tài)。入射線偏振光的狀態(tài)。OC入AOAeA 線偏光垂直通過波片后的偏振態(tài)線偏光垂直通過波片后的偏振態(tài)d 出射光的偏振態(tài)出射光的偏振態(tài)波長(zhǎng)片波長(zhǎng)片 任意任意 與入射光偏振態(tài)相同與入射光偏振態(tài)相同任意任意 00或或900 與入射光偏振態(tài)相同與入射光偏振態(tài)相同1/2波片波片 出射線偏光振動(dòng)方向與入射光出射線偏光振動(dòng)方向與入射光 振動(dòng)方向?qū)τ诠廨S對(duì)稱，兩者間夾角振動(dòng)方向?qū)τ诠廨S對(duì)稱，兩者間夾角2 1/4波片波片45

5、0 圓偏振光圓偏振光 00或或900 線偏光線偏光 900 450 長(zhǎng)短軸之比為長(zhǎng)短軸之比為tan 或或Ctan 的正橢圓偏光的正橢圓偏光非波片非波片 00 450非半波片非半波片 900 =450非波片非波片非半波片非半波片非非1/4波片波片橢圓偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光橢圓偏振光 偏振態(tài)的檢驗(yàn)偏振態(tài)的檢驗(yàn)自然光通過自然光通過1/4波片波片后，仍然是自然光。后，仍然是自然光。電振動(dòng)方向和電振動(dòng)方向和 1/4 波波片光軸垂直的線偏光，片光軸垂直的線偏光，出射的偏振態(tài)不變。出射的偏振態(tài)不變。橢圓偏光通過光橢圓偏光通過光軸與其短軸方位一軸與其短軸方位一致的致的1/4波片后，出波片后，出射線偏光。射

6、線偏光。OC入出AA OC七種偏振態(tài)的檢驗(yàn)七種偏振態(tài)的檢驗(yàn)把檢偏器對(duì)著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到把檢偏器對(duì)著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到兩明兩零兩明兩零 光強(qiáng)不變光強(qiáng)不變 兩明兩暗兩明兩暗線線偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋轉(zhuǎn)檢偏器，若得再旋轉(zhuǎn)檢偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光軸與檢并使光軸與檢得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋轉(zhuǎn)檢偏器再旋轉(zhuǎn)檢偏器,若若兩明兩明兩零兩零則為則為光強(qiáng)光強(qiáng)不變不變則為則為兩明兩明兩暗兩暗則為則為圓圓偏偏光光自自然然光光自加自加然圓然圓光偏光偏 光光橢橢圓圓偏偏光光自加自加然線然線光偏光偏 光光自橢自橢然圓然圓光偏光偏加光

7、加光兩明兩明兩零兩零則為則為兩明兩暗兩明兩暗但暗程度但暗程度與前不同與前不同則為則為兩明兩暗兩明兩暗但暗方位但暗方位與未插入與未插入1/4波片時(shí)波片時(shí)相同則為相同則為 偏振片偏振片M與與N的透振方向相互垂直（的透振方向相互垂直（M N)17-6 分振動(dòng)面的干涉分振動(dòng)面的干涉偏振光干涉偏振光干涉20ICco入射自然光入射自然光M M起偏器起偏器0I線偏光線偏光偏振光干涉偏振光干涉N橢圓橢圓偏光偏光檢偏器檢偏器cosAAesinAAOMNeAeNAONAocOA/2)(dnneodnneo)(/2cosAAesinAAOcossin AAONsincos AAeNMNeAeNAONAocOA因子因

8、子 來源于投影中，來源于投影中， 和和 反向反向ONAeNA輸出光強(qiáng)與其振幅的平方成正比。輸出光強(qiáng)與其振幅的平方成正比。)(/2cos(1 sincos2)cos1 (sincos2cos2222222222dnnAAAAAAAeoeNONONeN出2, 1, 0,2/ ) 12()(kkdnneo2, 1,)(kkdnneo相干相長(zhǎng)相干相長(zhǎng)相干相消相干相消 偏振片偏振片M與與N的透振方向相互平行的透振方向相互平行（M/N)MNONAocOAeAeNAsinsin AAONcoscos AAeN2)(/dnneo/22242422/cossincos2sincosAAAA出結(jié)論結(jié)論：除除 =4

9、50 以外，出射光強(qiáng)均不為零，以外，出射光強(qiáng)均不為零，即即 M / N時(shí)，時(shí)，不易得到相干相消為零的視不易得到相干相消為零的視場(chǎng)。視場(chǎng)相干結(jié)果仍然由波片的厚度場(chǎng)。視場(chǎng)相干結(jié)果仍然由波片的厚度 d 決定。決定。 互補(bǔ)原理互補(bǔ)原理 M N與與M/ N輸出的相干光強(qiáng)互補(bǔ)輸出的相干光強(qiáng)互補(bǔ)22222222242422222/2)sin(coscossincos2sincos)cos1 (sincos2AAAAAAAA出出結(jié)論結(jié)論：在分振動(dòng)面干涉的裝置中，在相互垂直的方位上在分振動(dòng)面干涉的裝置中，在相互垂直的方位上 輸出光強(qiáng)互補(bǔ)，輸出光強(qiáng)互補(bǔ)，即一個(gè)旋轉(zhuǎn)的檢偏器從任意兩個(gè)即一個(gè)旋轉(zhuǎn)的檢偏器從任意兩個(gè) 相

10、互垂直的方位，相互垂直的方位， 對(duì)任意偏振態(tài)的光所檢出的光對(duì)任意偏振態(tài)的光所檢出的光 強(qiáng)之和，必然等于被檢驗(yàn)的偏振態(tài)的光強(qiáng)。強(qiáng)之和，必然等于被檢驗(yàn)的偏振態(tài)的光強(qiáng)。 這稱為互補(bǔ)原理。這稱為互補(bǔ)原理。 互補(bǔ)原理互補(bǔ)原理例：在正交的偏振片例：在正交的偏振片M、 N之間放一個(gè)如圖所示的楔形之間放一個(gè)如圖所示的楔形波片。該波片的光軸平行于波片。該波片的光軸平行于楔面，且與偏振片楔面，且與偏振片M的透振的透振方向有一固定夾角。方向有一固定夾角。若當(dāng)若當(dāng)M/NM/N看到所示的等厚直線形條紋，則當(dāng)看到所示的等厚直線形條紋，則當(dāng)M M N N時(shí)，時(shí)，根據(jù)互補(bǔ)原理原來的暗條紋就變成了亮條紋，亮條紋根據(jù)互補(bǔ)原理原來

11、的暗條紋就變成了亮條紋，亮條紋則變成暗條紋，且條紋的對(duì)比度要比前者好。則變成暗條紋，且條紋的對(duì)比度要比前者好。M MM N0I 色偏振（互補(bǔ)原理的應(yīng)用）色偏振（互補(bǔ)原理的應(yīng)用）M / N取不同厚度的云取不同厚度的云母片將它們貼在母片將它們貼在玻璃板上，放在玻璃板上，放在兩個(gè)用白光照明兩個(gè)用白光照明的正交偏振片的正交偏振片M、N 之間，其厚度之間，其厚度使其呈現(xiàn)紅、綠、使其呈現(xiàn)紅、綠、藍(lán)三色。藍(lán)三色。這兩個(gè)偏振片在由正交向平行方位過渡時(shí)，這兩個(gè)偏振片在由正交向平行方位過渡時(shí)，出射光的顏色，亮度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱出射光的顏色，亮度發(fā)生變化的現(xiàn)象，稱為為色偏振色偏振。當(dāng)當(dāng)M、N平行時(shí)，則呈現(xiàn)青、品、

12、黃。平行時(shí)，則呈現(xiàn)青、品、黃。白光中去掉紅為青；白光中去掉綠為品；白中去藍(lán)為黃。白光中去掉紅為青；白光中去掉綠為品；白中去藍(lán)為黃。M N 光彈現(xiàn)象光彈現(xiàn)象17-7 人為雙折射現(xiàn)象人為雙折射現(xiàn)象20IM M0INEo oFF透明的各向同性介質(zhì)在機(jī)械應(yīng)力作用下，顯示出光學(xué)上的各向透明的各向同性介質(zhì)在機(jī)械應(yīng)力作用下，顯示出光學(xué)上的各向異性，與異性，與OO為光軸的雙折射類似，這種現(xiàn)象叫做為光軸的雙折射類似，這種現(xiàn)象叫做光彈效應(yīng)光彈效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，在一定脅強(qiáng)強(qiáng)范圍內(nèi)：實(shí)驗(yàn)表明，在一定脅強(qiáng)強(qiáng)范圍內(nèi)：SFknnoe)(S為材料為材料 E受力的面積。受力的面積。 為脅強(qiáng)光學(xué)系數(shù)為脅強(qiáng)光學(xué)系數(shù)k現(xiàn)已成為光測(cè)彈性

13、學(xué)基礎(chǔ)?，F(xiàn)已成為光測(cè)彈性學(xué)基礎(chǔ)。 克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場(chǎng)某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場(chǎng)的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)。當(dāng)外電場(chǎng)撤消時(shí)，這種性質(zhì)立即消失，當(dāng)外電場(chǎng)撤消時(shí)，這種性質(zhì)立即消失，因此，也稱為因此，也稱為電致雙折射現(xiàn)象電致雙折射現(xiàn)象。光軸沿電場(chǎng)強(qiáng)度的方向光軸沿電場(chǎng)強(qiáng)度的方向M M0I20IN+ -cc2)(klEnnloe兩光通過厚度為兩光通過厚度為 的液體時(shí)，的液體時(shí)，光程差為：光程差為：l, 2, 1, 0212)(2kkklEnnloe若入射光的線偏振方向與外電場(chǎng)方向成

14、若入射光的線偏振方向與外電場(chǎng)方向成450角，且角，且M與與N偏振方向相互垂直，調(diào)節(jié)電壓使其發(fā)生相長(zhǎng)干涉，則有：偏振方向相互垂直，調(diào)節(jié)電壓使其發(fā)生相長(zhǎng)干涉，則有：若去掉盒內(nèi)電場(chǎng)，則沒有光從若去掉盒內(nèi)電場(chǎng)，則沒有光從N透出。透出。整個(gè)系統(tǒng)起整個(gè)系統(tǒng)起“光開關(guān)光開關(guān)”的作用。的作用。通過控制外加電壓，可調(diào)節(jié)輸出的光脈沖的長(zhǎng)短和頻率，通過控制外加電壓，可調(diào)節(jié)輸出的光脈沖的長(zhǎng)短和頻率，把電訊號(hào)轉(zhuǎn)變成光訊號(hào)。把電訊號(hào)轉(zhuǎn)變成光訊號(hào)。由于光電效應(yīng)幾乎沒有慣性，由于光電效應(yīng)幾乎沒有慣性，電訊號(hào)的控制速度可達(dá)電訊號(hào)的控制速度可達(dá)10-9 m/s。“光開關(guān)光開關(guān)”,“光調(diào)制器光調(diào)制器” “光斷續(xù)器光斷續(xù)器”有極快的

15、速度啟閉光路或調(diào)制光強(qiáng)，目前有極快的速度啟閉光路或調(diào)制光強(qiáng)，目前廣泛應(yīng)用于高速攝影、電影、電視和激光通訊等許多領(lǐng)域。廣泛應(yīng)用于高速攝影、電影、電視和激光通訊等許多領(lǐng)域。在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在電場(chǎng)、磁場(chǎng)中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的前景在實(shí)際應(yīng)用中有著廣闊的前景17-8 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，線偏光通過某些透明介質(zhì)后，它的電振動(dòng)方實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，線偏光通過某些透明介質(zhì)后，它的電振動(dòng)方向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)過某一角度向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)過某一角度 ，稱為，稱為旋光現(xiàn)象。旋光現(xiàn)象。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒石酸鉀鈉等這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒石

16、酸鉀鈉等MNFF 為濾色片；為濾色片；M為起偏器；旋光物體放在兩個(gè)正交的偏振片為起偏器；旋光物體放在兩個(gè)正交的偏振片M與與N之間，之間，將會(huì)看到視場(chǎng)由原來的零變亮，把檢偏器將會(huì)看到視場(chǎng)由原來的零變亮，把檢偏器 N 旋旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，又可得到零視野。轉(zhuǎn)一個(gè)角度，又可得到零視野。CC是旋光物質(zhì)，例如是晶面與光軸垂直的石英片是旋光物質(zhì)，例如是晶面與光軸垂直的石英片在迎光矢量圖上，電矢量振動(dòng)方向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)在迎光矢量圖上，電矢量振動(dòng)方向逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)，稱為左旋偏振光；反之為右旋偏振光的物質(zhì)，稱為左旋偏振光；反之為右旋偏振光。實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度實(shí)驗(yàn)證明：振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度 與材料的厚度與材料

17、的厚度d、濃度濃度C 以及入射光的波長(zhǎng)以及入射光的波長(zhǎng) 有關(guān)。有關(guān)。d對(duì)于固體：對(duì)于固體：定義定義 為旋光系數(shù)，它是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)為旋光系數(shù)，它是入射光波長(zhǎng)的函數(shù)dC對(duì)于液體：對(duì)于液體：式中式中C為溶液的濃度。為溶液的濃度。把磁性物質(zhì)的樣品，放在兩個(gè)正交的偏振片之間，沿光傳播把磁性物質(zhì)的樣品，放在兩個(gè)正交的偏振片之間，沿光傳播方向加磁場(chǎng)方向加磁場(chǎng) B，則發(fā)現(xiàn)線偏光通過樣品后，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)過一則發(fā)現(xiàn)線偏光通過樣品后，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)過一個(gè)角度個(gè)角度 ，實(shí)驗(yàn)表明實(shí)驗(yàn)表明：VlBV叫做費(fèi)爾德叫做費(fèi)爾德(Verdet)系數(shù)。系數(shù)。 MN稱為磁致旋光現(xiàn)象稱為磁致旋光現(xiàn)象。B當(dāng)線偏光沿磁場(chǎng)方向通過磁光物質(zhì)時(shí)，在迎光矢量圖上當(dāng)線偏光沿磁場(chǎng)方向通過磁光物質(zhì)時(shí)，在迎光矢量圖上電振動(dòng)方向右旋，當(dāng)反射光逆磁場(chǎng)通過時(shí)，電振動(dòng)方向電振動(dòng)方向右旋，當(dāng)反射光逆磁場(chǎng)通過時(shí)，電振動(dòng)方向左旋。所以，如果線偏光往返兩次通過磁光物質(zhì)，振動(dòng)左旋。所以，如果線偏光往返兩次通過磁光物質(zhì)，振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)過面旋轉(zhuǎn)過2 2 ，利用這一特性在激光技術(shù)中，制成光隔離，利用這一特性在激光技術(shù)中，制成光隔離器。使得反射光的振動(dòng)方向改變，避免了對(duì)前級(jí)的影響。器。使得反射光的振動(dòng)方向改變，避免了對(duì)前級(jí)的影響。BBBB右旋右旋B左旋左旋反射面反射面17-5 橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn)橢圓偏振光、圓偏振光、偏振光的檢驗(yàn) 橢圓