大物課件光的偏振

1、1第第19章章 光的偏振光的偏振19.1 自然光和偏振光自然光和偏振光1 線偏振光線偏振光（完全）線偏振光（完全）線偏振光 光波的橫波性光波的橫波性偏振態(tài)偏振態(tài)平面偏振平面偏振振動(dòng)平面振動(dòng)平面 光是電磁波，電磁波是橫波光是電磁波，電磁波是橫波 ，光矢量的振動(dòng)方向總是和，光矢量的振動(dòng)方向總是和光的傳播方向光的傳播方向垂直垂直，光矢量的振動(dòng)方向?qū)鞑シ较蚨跃哂胁?，光矢量的振?dòng)方向?qū)鞑シ较蚨跃哂胁粚?duì)稱性，稱為光的偏振。對(duì)稱性，稱為光的偏振。23 部分偏振光部分偏振光 2 自然光自然光在垂直光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量大小在所在垂直光傳播方向的平面內(nèi)，光矢量大小在所有可能方向上都相等，各光矢量之間

2、有可能方向上都相等，各光矢量之間沒(méi)有固定沒(méi)有固定的位相關(guān)系的位相關(guān)系，這種光稱為，這種光稱為自然光自然光。021IIIyx 22ixxxAAI 22iyyyAAI 自然光自然光等效于等效于任意兩個(gè)互相垂直的、任意兩個(gè)互相垂直的、彼此獨(dú)立的彼此獨(dú)立的（無(wú)確定位相關(guān)系）、振幅相等的光振動(dòng)之和。（無(wú)確定位相關(guān)系）、振幅相等的光振動(dòng)之和。 互相垂直的兩方向上的光振動(dòng)光強(qiáng)各占自然互相垂直的兩方向上的光振動(dòng)光強(qiáng)各占自然光總光強(qiáng)的一半，即光總光強(qiáng)的一半，即自然光的圖示：自然光的圖示： 部分偏振光是介于偏振光和自然部分偏振光是介于偏振光和自然光之間的情形，一般地，部分偏振光光之間的情形，一般地，部分偏振光都可

3、看成自然光和線偏振光的混合。都可看成自然光和線偏振光的混合。3橢圓偏振光橢圓偏振光:時(shí)，當(dāng)kAAyx、，、時(shí)212和或當(dāng))k(kAAyx合成橢圓偏振光合成橢圓偏振光.圓偏振光圓偏振光:時(shí)，2)12(當(dāng)kAAyx、合成光振動(dòng)矢量末端軌跡是圓。合成光振動(dòng)矢量末端軌跡是圓。4 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光可以看成頻率相同，振動(dòng)方向互相垂直，且有固定位可以看成頻率相同，振動(dòng)方向互相垂直，且有固定位相差的兩列線偏振光的合振動(dòng)相差的兩列線偏振光的合振動(dòng)滿足橢圓方程：滿足橢圓方程：22222sincos2yxyxAAxyAyAx時(shí)時(shí)，為為線線偏偏振振光光）（K 光的光矢量在沿著光的傳播方向前進(jìn)的

4、同時(shí)，還繞著傳光的光矢量在沿著光的傳播方向前進(jìn)的同時(shí)，還繞著傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)。4起偏器和檢偏器起偏器和檢偏器 自然光入射到偏振片，自然光入射到偏振片，透射光為線偏振光透射光為線偏振光。透射線偏振光光。透射線偏振光光矢量的振動(dòng)方向?yàn)槭噶康恼駝?dòng)方向?yàn)橥ü夥较蛲ü夥较?，或，或透光軸透光軸，也叫，也叫偏振化方向偏振化方向。 1. 1. 起偏器和檢偏器起偏器和檢偏器起偏器：能起偏器：能產(chǎn)生產(chǎn)生線偏振光的裝置。線偏振光的裝置。檢偏檢偏器：能器：能檢驗(yàn)檢驗(yàn)線偏振光的裝置線偏振光的裝置 起偏器也可作為起偏器也可作為檢偏檢偏器器檢偏檢偏 ：旋轉(zhuǎn)檢偏器，：旋轉(zhuǎn)檢偏器，每轉(zhuǎn)過(guò)每轉(zhuǎn)過(guò) 90o 交替出現(xiàn)

5、極大和消光交替出現(xiàn)極大和消光，則，則入射光為線偏振光。入射光為線偏振光。19.2 起偏和檢偏起偏和檢偏 馬呂斯定律馬呂斯定律52. 二向色性二向色性 產(chǎn)生線偏振光方法之一產(chǎn)生線偏振光方法之一 對(duì)互相垂直的兩個(gè)光振動(dòng)有選擇對(duì)互相垂直的兩個(gè)光振動(dòng)有選擇吸收的這種性能。稱為二向色性吸收的這種性能。稱為二向色性3. 3. 馬呂斯定律馬呂斯定律透過(guò)光振幅透過(guò)光振幅 A 是入射振幅是入射振幅 Ao 在透光軸上的在透光軸上的投影投影，即，即cos0AA 起偏器和檢偏器起偏器和檢偏器cos0A二向色性二向色性6 則透過(guò)的線偏振光的光強(qiáng)則透過(guò)的線偏振光的光強(qiáng) I 與與 入射線偏振光光強(qiáng)入射線偏振光光強(qiáng) Io 的

6、的關(guān)系為關(guān)系為20cosII . . 馬呂斯定律馬呂斯定律 式中式中為入射光振動(dòng)方向與透光軸的為入射光振動(dòng)方向與透光軸的夾角夾角。1. 布儒斯特定律布儒斯特定律產(chǎn)生線偏振光的方法之二產(chǎn)生線偏振光的方法之二 自然光在兩種各向同性介自然光在兩種各向同性介質(zhì)質(zhì)分界面分界面反射和折射時(shí)，一反射和折射時(shí)，一般情況反射光和折射光都將般情況反射光和折射光都將成為成為部分偏振光部分偏振光。i2n1n 入射 反射 玻璃 折射i19.3 反射和折射起偏反射和折射起偏 布儒斯特定律布儒斯特定律 應(yīng)用：立體電影應(yīng)用：立體電影=7120tgnni 在以特殊的入射角在以特殊的入射角 i0 入射時(shí)，入射時(shí)，反射光成為完全偏

7、振光反射光成為完全偏振光，其光振動(dòng)方向其光振動(dòng)方向垂直入射面垂直入射面。當(dāng)以當(dāng)以起偏角起偏角 i0 入射時(shí)，入射時(shí)，反射線與折射線互相垂直反射線與折射線互相垂直，即，即入射角入射角 i0 為為起偏角起偏角，或，或布儒斯特角布儒斯特角20i. 布儒斯特定律布儒斯特定律推論：推論：120sinsinnni由布儒斯特定律由布儒斯特定律120tgnni 由折射定律由折射定律sincos0i比較上面兩式，得比較上面兩式，得20i0i2n1n 入射 反射 玻璃 折射0i81 1）. . 玻璃片堆玻璃片堆 自然光以起偏角自然光以起偏角 i0 入射時(shí)，反射光皆入射時(shí)，反射光皆為振動(dòng)方向垂直入射面的線偏振光，總

8、為振動(dòng)方向垂直入射面的線偏振光，總的反射光強(qiáng)增大，而的反射光強(qiáng)增大，而折射光也折射光也近似近似成為成為完全完全線偏振光線偏振光。 玻片堆玻片堆關(guān)于反射光的光強(qiáng)：關(guān)于反射光的光強(qiáng)： 當(dāng)自然光以起偏角當(dāng)自然光以起偏角 i0 入射時(shí)，入射時(shí)，反射光反射光雖然是完全偏振的，雖然是完全偏振的，但但光強(qiáng)較弱光強(qiáng)較弱。 例如，自然光以例如，自然光以 i0 由空氣射入玻璃，平行入射面的光振由空氣射入玻璃，平行入射面的光振動(dòng)全部被折射；垂直入射面的光振動(dòng)約動(dòng)全部被折射；垂直入射面的光振動(dòng)約 85% 也被折射，反也被折射，反射的只占約射的只占約 15% , 僅占入射光總能量的僅占入射光總能量的7% 。 2. 布儒

9、斯特定律應(yīng)用布儒斯特定律應(yīng)用3 3）. . 測(cè)量測(cè)量不透明不透明介質(zhì)的折射率，如琺瑯，釉質(zhì)等介質(zhì)的折射率，如琺瑯，釉質(zhì)等 在水邊照相時(shí)，水面的反射光很強(qiáng)，因是偏振光，用偏振鏡在水邊照相時(shí)，水面的反射光很強(qiáng)，因是偏振光，用偏振鏡減少入射光減少入射光。2 2）. . 偏振濾光鏡偏振濾光鏡9 拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，用偏振片拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時(shí)，用偏振片 去掉反射光去掉反射光的的干擾干擾 10例例1：有一束：有一束自然光和線偏振光自然光和線偏振光組成的組成的混合光混合光，當(dāng)它通過(guò)偏振片，當(dāng)它通過(guò)偏振片 時(shí)改變偏振片的取向，發(fā)現(xiàn)時(shí)改變偏振片的取向，發(fā)現(xiàn)透射光強(qiáng)可以變化透射光強(qiáng)可以變化7倍倍。試求入射。試

10、求入射光中兩種光的光強(qiáng)度各占總?cè)肷涔鈴?qiáng)的光中兩種光的光強(qiáng)度各占總?cè)肷涔鈴?qiáng)的比例比例。解：設(shè)入射光的光強(qiáng)為解：設(shè)入射光的光強(qiáng)為I0,其中線偏振光的光強(qiáng)為其中線偏振光的光強(qiáng)為I01,自然光的光自然光的光 強(qiáng)為強(qiáng)為I02.在該光束透過(guò)偏振片后，其光強(qiáng)由馬呂斯定律可知：在該光束透過(guò)偏振片后，其光強(qiáng)由馬呂斯定律可知：0220121cosIII當(dāng)當(dāng) =0時(shí)，透射光的光強(qiáng)最大，時(shí)，透射光的光強(qiáng)最大，0201max21III02min21II當(dāng)當(dāng) = /2時(shí)，透射光的光強(qiáng)最小，時(shí)，透射光的光強(qiáng)最小，0201020201minmax327217IIIIIII入射總光強(qiáng)為：入射總光強(qiáng)為： I0 =I01+I024

11、1,43002001IIII11例例2:2:讓入射的讓入射的線偏振光線偏振光依次通過(guò)偏振片依次通過(guò)偏振片1 1和和2 21 1和和2 2的偏振的偏振化方向與原入射光光矢量振動(dòng)方向的化方向與原入射光光矢量振動(dòng)方向的夾角分別是夾角分別是和和欲使最欲使最后透射光振動(dòng)方向與原入射光振動(dòng)方向互相后透射光振動(dòng)方向與原入射光振動(dòng)方向互相垂直垂直，并且透射光有，并且透射光有最大的光強(qiáng)最大的光強(qiáng)，問(wèn)，問(wèn)和和各應(yīng)滿足什么條件？各應(yīng)滿足什么條件？解解: (1)(1)見(jiàn)圖，只有讓見(jiàn)圖，只有讓9090，才能使通過(guò)，才能使通過(guò)1 1和和2 2的的透射光的振動(dòng)方向（透射光的振動(dòng)方向（A A2 2）與原入射光振動(dòng)方向（）與原

12、入射光振動(dòng)方向（A A0 0）互）互相垂直，即相垂直，即90。 A0P1P2(2) (2) 據(jù)馬呂斯定律，透射光強(qiáng)據(jù)馬呂斯定律，透射光強(qiáng) （0 02 2）2 2（9090） 0 02 22 2 02（） 欲使為最大，則需使欲使為最大，則需使90，即，即45 12例例3：有三個(gè)偏振片堆疊在一起，：有三個(gè)偏振片堆疊在一起，第一塊與第三塊第一塊與第三塊的偏振化方向的偏振化方向 相互相互垂直垂直，第二塊和第一塊第二塊和第一塊的偏振化方向相互的偏振化方向相互平行平行，然后，然后 第二塊第二塊偏偏 振片以恒定角速度振片以恒定角速度繞繞光傳播的方向光傳播的方向旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)，如圖，如圖 所示。設(shè)所示。設(shè)入射自然光

13、入射自然光的光強(qiáng)為的光強(qiáng)為I0。試證明：此自然光通過(guò)。試證明：此自然光通過(guò) 這一系統(tǒng)后，出射光的光強(qiáng)為這一系統(tǒng)后，出射光的光強(qiáng)為I=I0(1-cos4t)/16.p1p2p3I0I 解解:經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)P1,光強(qiáng)由光強(qiáng)由I0變?yōu)樽優(yōu)镮0/2P2以以轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),P1,P2的偏振化的偏振化方向的夾角方向的夾角=ttII202cos2P2以以 轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng),P2,P3的偏振化方向的夾角的偏振化方向的夾角=/2-t)4cos1 (162sin8)cossin2(8sincos2cos02020220223tItIttIttIII13例例4：一塊玻璃的：一塊玻璃的折射率為折射率為n=1.55 一束自然光以一束自然光

14、以 角入射到玻璃角入射到玻璃表面，求表面，求 角為多少時(shí)角為多少時(shí)反射光為完全偏振光反射光為完全偏振光？證明在下表面反射？證明在下表面反射并經(jīng)上表面透射的光也是完全偏振光。并經(jīng)上表面透射的光也是完全偏振光。 解：根據(jù)布儒斯特定律解：根據(jù)布儒斯特定律120tgnni 710157tg121 nn由折射定律：由折射定律：sinsin21nn2/cos)2sin(sin可得：可得：21tgnnn1n2n1角滿足布儒斯特定律角滿足布儒斯特定律14一一. .晶體的雙折射現(xiàn)象晶體的雙折射現(xiàn)象 一束光射入一束光射入各向異性各向異性的晶體，折射光的晶體，折射光分成兩束分成兩束的現(xiàn)象，叫的現(xiàn)象，叫雙折射雙折射現(xiàn)

15、象現(xiàn)象1. 晶體的光軸晶體的光軸產(chǎn)生線偏振光的方法之三產(chǎn)生線偏振光的方法之三 雙折射的雙折射的兩束光都是完全線偏振光兩束光都是完全線偏振光。其中一束其中一束遵守折射定律遵守折射定律，叫，叫尋常光（尋常光（o光）光）；另一束一般另一束一般不遵守折射定律不遵守折射定律，叫，叫非常光（非常光（e光）光）。二二. .晶體光學(xué)性質(zhì)簡(jiǎn)介晶體光學(xué)性質(zhì)簡(jiǎn)介 晶體內(nèi)部的一個(gè)特殊方向，晶體內(nèi)部的一個(gè)特殊方向，稱為晶體的稱為晶體的光軸光軸。19.4 晶體雙折射晶體雙折射 偏振棱鏡偏振棱鏡圖圖 方解石晶體光軸方解石晶體光軸圖圖 o光和光和e光光 o光 e光 偏振片15 光振動(dòng)方向和光軸的光振動(dòng)方向和光軸的夾角夾角決定

16、光束在晶體中的決定光束在晶體中的傳播速度傳播速度。 晶體界面的晶體界面的法線法線與晶體與晶體光光軸軸所構(gòu)成的平面稱為晶體的所構(gòu)成的平面稱為晶體的主截面主截面。 o光：光振動(dòng)光：光振動(dòng)方向始終與光軸垂直方向始終與光軸垂直， o光在晶體中的傳播速光在晶體中的傳播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。度和折射率恒定，因而遵守折射定律。 只有一個(gè)光軸的晶體稱為只有一個(gè)光軸的晶體稱為單軸單軸晶體，有兩個(gè)光軸的晶體稱晶體，有兩個(gè)光軸的晶體稱為為雙軸雙軸晶體，下面僅討論單軸晶體。晶體，下面僅討論單軸晶體。 晶體中某晶體中某光線光線的傳播方的傳播方向和晶體向和晶體光軸光軸方向構(gòu)成的方向構(gòu)成的平面，叫做該光線的平

17、面，叫做該光線的主平主平面面。 e光：光振動(dòng)方向和光軸夾角在晶體中發(fā)生變化，傳播速度光：光振動(dòng)方向和光軸夾角在晶體中發(fā)生變化，傳播速度和折射率也隨之改變，因而不遵守折射定律。和折射率也隨之改變，因而不遵守折射定律。2. 晶體的主截面晶體的主截面3. 主平面主平面16 o光的振動(dòng)方向光的振動(dòng)方向垂直主平面垂直主平面，所以所以始終與光軸垂直始終與光軸垂直。 當(dāng)入射光在主截面內(nèi)，即當(dāng)入射光在主截面內(nèi)，即入射面與主截面重合時(shí)，入射面與主截面重合時(shí)，o光和光和 e光的主平面重合，都在主截面內(nèi)。光的主平面重合，都在主截面內(nèi)。 e光的振動(dòng)方向光的振動(dòng)方向在主平面內(nèi)在主平面內(nèi)，因而傳播方向改變，其振動(dòng)方向因而

18、傳播方向改變，其振動(dòng)方向和光軸夾角也隨之變化。和光軸夾角也隨之變化。4. 晶體的主折射率晶體的主折射率 正晶體與負(fù)晶體正晶體與負(fù)晶體 o 光的速度為光的速度為 vo ，o光的折射率為光的折射率為 ocn0 e 光在垂直光軸方向的速度，即光在垂直光軸方向的速度，即 e 光的振動(dòng)光的振動(dòng)方向與光軸方向與光軸平行平行時(shí)的速度用時(shí)的速度用 ve 表示表示 ，此時(shí)，此時(shí)e 光光的折射率為的折射率為 eecn稱稱 no 和和 ne 為晶體的主折射率為晶體的主折射率。光軸方向光軸方向負(fù)晶體負(fù)晶體O光光e光光17 正晶體正晶體： eoVV eonn 即即 的晶體的晶體 ，如石英、碳、冰等。如石英、碳、冰等。

19、負(fù)晶體負(fù)晶體： eoVV 即即 eonn 的晶體的晶體 ，如方解石、紅寶石、白云石等。如方解石、紅寶石、白云石等。18 三三. 用用惠更斯作圖法惠更斯作圖法說(shuō)明雙折射現(xiàn)象說(shuō)明雙折射現(xiàn)象19圖圖 (b) : 光沿光軸傳播時(shí)光沿光軸傳播時(shí), 不發(fā)不發(fā)生雙折射生雙折射. e 光光, o 光傳播方向與傳播速光傳播方向與傳播速度相同度相同.20圖圖(c) 光軸平行于晶體表面時(shí)光軸平行于晶體表面時(shí): e光光, o 光傳播方向相同光傳播方向相同,但速度不同但速度不同; e 光振動(dòng)方向平行于光軸光振動(dòng)方向平行于光軸, o 光振動(dòng)方向垂直于光軸光振動(dòng)方向垂直于光軸.21四四. 1/4. 1/4波片和波片和1/2

20、1/2波片波片 光軸和其表面光軸和其表面平行平行的晶體薄片，稱為的晶體薄片，稱為晶片晶片。dnneo)(dnneo)(2 線偏振光垂直入射到晶片上，晶體中的線偏振光垂直入射到晶片上，晶體中的 o光和光和 e光雖然光雖然傳傳播方向相同播方向相同，但經(jīng)過(guò)波片后，但經(jīng)過(guò)波片后，o光和光和e光光產(chǎn)生光程差產(chǎn)生光程差: 式中式中 d 為晶片厚度為晶片厚度 位相差位相差:1. 1/4 波片波片kdnneo4)( 晶片厚度滿足晶片厚度滿足關(guān)系式的晶片稱為關(guān)系式的晶片稱為 1/4 波片。波片。2. 1/2 波片波片kdnneo2)( 晶片厚度滿足晶片厚度滿足的晶片稱為的晶片稱為1/2 波片。波片。合成后的偏振

21、態(tài)？合成后的偏振態(tài)？22五五. 偏振棱鏡偏振棱鏡加拿大樹(shù)膠加拿大樹(shù)膠 n = 1.55 方解石主折射率方解石主折射率 no= 1.6584, ne = 1.48642324一一. .橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生橢圓偏振光和圓偏振光的產(chǎn)生1. 橢圓偏振光的產(chǎn)生橢圓偏振光的產(chǎn)生自然光自然光 起偏器起偏器 1/4波片波片 橢圓偏振光橢圓偏振光oeEoEe起偏器起偏器 波片波片自然光自然光入oe出d 2. 圓偏振光的產(chǎn)生：圓偏振光的產(chǎn)生： 自然光自然光 起偏器起偏器 1/4波片波片 圓偏振光圓偏振光 （1/4波片光軸與入射線偏振光的振動(dòng)波片光軸與入射線偏振光的振動(dòng) 面成面成45o角）角） 2/ 19.5

22、 圓偏振光和橢圓偏振光圓偏振光和橢圓偏振光25二二 . 偏振光的獲得和檢驗(yàn)偏振光的獲得和檢驗(yàn)1. 偏振光的獲得偏振光的獲得1) 線偏振光：線偏振光：2) 橢圓偏振光：橢圓偏振光： 從自然光獲得線偏振光，用起偏器、波片、從自然光獲得線偏振光，用起偏器、波片、玻片堆、偏振片、尼科耳棱鏡等。玻片堆、偏振片、尼科耳棱鏡等。自然光通過(guò)起偏器和一個(gè)波片即可。自然光通過(guò)起偏器和一個(gè)波片即可。2. 檢驗(yàn)偏振光檢驗(yàn)偏振光設(shè)入射光有以下五種：設(shè)入射光有以下五種：自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光。自然光、部分偏振光、線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光。26第一步第一步第二步第二步令入射光通過(guò)偏振片令入

23、射光通過(guò)偏振片I ，改變改變 I 的透振方向，觀的透振方向，觀察透射光強(qiáng)變化。察透射光強(qiáng)變化。觀察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象觀察現(xiàn)象結(jié)論結(jié)論結(jié)論結(jié)論有消失有消失線偏振光線偏振光有消失有消失圓偏振光圓偏振光無(wú)消失無(wú)消失自然光自然光強(qiáng)度無(wú)變化強(qiáng)度無(wú)變化自然光或圓偏振光自然光或圓偏振光a. 令入射光依次通過(guò)令入射光依次通過(guò)四分之一四分之一 波片和偏振波片和偏振片片II，改變，改變 II的透振方的透振方向向P2，觀察透光強(qiáng)度變，觀察透光強(qiáng)度變化化。有消失有消失無(wú)消失無(wú)消失橢圓偏振光橢圓偏振光 部分偏振光部分偏振光強(qiáng)度有變化，但無(wú)消光強(qiáng)度有變化，但無(wú)消光部分偏振光或橢圓偏振光部分偏振光或橢圓偏振光b. 四分之

24、一波片的光軸方向四分之一波片的光軸方向必須與橢圓主軸重合。必須與橢圓主軸重合。I1PI42PII4II27 偏振光的干涉為偏振光的干涉為分振動(dòng)面分振動(dòng)面干涉，它把某一點(diǎn)的光矢量沿互干涉，它把某一點(diǎn)的光矢量沿互相垂直的兩方向相垂直的兩方向分解分解，兩分振動(dòng)經(jīng)過(guò)不同的光程相遇后，再，兩分振動(dòng)經(jīng)過(guò)不同的光程相遇后，再設(shè)法把光振動(dòng)設(shè)法把光振動(dòng)引入同一方向上來(lái)引入同一方向上來(lái)，而產(chǎn)生干涉。，而產(chǎn)生干涉。一一. .偏振光干涉裝置偏振光干涉裝置兩偏振片中間再放一波片就構(gòu)成偏振光干涉裝置。兩偏振片中間再放一波片就構(gòu)成偏振光干涉裝置。1. 偏振片偏振片 p1 ： 產(chǎn)生線偏振光。產(chǎn)生線偏振光。2. 波片波片: 分

25、振動(dòng)面分振動(dòng)面:把入射的線偏振光分解為把入射的線偏振光分解為 o光光e光；光； 位相延遲位相延遲: o光和光和 e光射出光射出 波片時(shí)，產(chǎn)生位相差波片時(shí)，產(chǎn)生位相差dnneo)(2 3. 偏振片偏振片 p2 ：把波片中射出的：把波片中射出的o光光 和和 e光再引到同一方向上來(lái)。光再引到同一方向上來(lái)。19.6 偏振光的干涉偏振光的干涉28二二 . 偏振光的干涉原理偏振光的干涉原理sin1AAoA1AeAoA2eA2op1p2C 如圖所示，如圖所示，p1 、 p2 表示兩正交偏振表示兩正交偏振片的偏振化方向，片的偏振化方向， C 表示晶片光軸方向。表示晶片光軸方向。cos1AAecossincos

26、12AAAoocossinsin12AAAee 在在 p1 、 p2 正交時(shí)正交時(shí)eoAA22 兩相干光總的位相差兩相干光總的位相差)(2dnneo 上式等號(hào)右邊第一項(xiàng)是通過(guò)晶片產(chǎn)生的，第二項(xiàng)為由上式等號(hào)右邊第一項(xiàng)是通過(guò)晶片產(chǎn)生的，第二項(xiàng)為由幾何投影產(chǎn)生的附加位相差，有無(wú)這一項(xiàng)由幾何投影產(chǎn)生的附加位相差，有無(wú)這一項(xiàng)由 p1 和和 p2 的的夾角具體而定。夾角具體而定。29當(dāng)當(dāng) 加強(qiáng)加強(qiáng))(2dnneo2k)12(k 減弱減弱k=1,2,.或或dnneo)(2) 12(k 加強(qiáng)加強(qiáng)k 減弱減弱k = 1, 2, . 干涉結(jié)果與光的干涉結(jié)果與光的波長(zhǎng)波長(zhǎng)、晶片、晶片厚度厚度及晶片及晶片主折射率主折

27、射率差三者差三者都有關(guān)系。都有關(guān)系。 用單色光入射時(shí)，當(dāng)晶片用單色光入射時(shí)，當(dāng)晶片厚度不均勻厚度不均勻，視場(chǎng)出現(xiàn)，視場(chǎng)出現(xiàn)干干涉條紋涉條紋，當(dāng)晶片厚度均勻，則無(wú)干涉條紋。，當(dāng)晶片厚度均勻，則無(wú)干涉條紋。 當(dāng)當(dāng)白光入射白光入射，晶片厚度一定，視場(chǎng)將出現(xiàn)一定的，晶片厚度一定，視場(chǎng)將出現(xiàn)一定的彩彩色色，這種現(xiàn)象稱為，這種現(xiàn)象稱為色偏振色偏振。30 一些各向同性的非晶體或液體，在人為條件下，變成各向一些各向同性的非晶體或液體，在人為條件下，變成各向異性，因而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象稱為人工雙折射。異性，因而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象稱為人工雙折射。 一一. 應(yīng)力雙折射（光彈效應(yīng)）應(yīng)力雙折射（光彈效應(yīng)） 在內(nèi)在內(nèi) 應(yīng)力或外機(jī)

28、械應(yīng)力作用應(yīng)力或外機(jī)械應(yīng)力作用下，非晶體物質(zhì)產(chǎn)生各向異性下，非晶體物質(zhì)產(chǎn)生各向異性而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。而產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。 二二. 電光效應(yīng)電光效應(yīng) 非晶體或液體在強(qiáng)外電場(chǎng)作非晶體或液體在強(qiáng)外電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。用下產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象。19.7 光彈效應(yīng)和電光效應(yīng)光彈效應(yīng)和電光效應(yīng)a）克爾效應(yīng)）克爾效應(yīng)：31折射律差值和電場(chǎng)強(qiáng)度折射律差值和電場(chǎng)強(qiáng)度平方平方正比：正比： 222)(dUklklElnneo 電壓電壓 U 變化，光程差變化，光程差 隨之變化隨之變化 ，從而使透過(guò)，從而使透過(guò) p2 的的光強(qiáng)也隨之變化。光強(qiáng)也隨之變化。 克爾效應(yīng)的產(chǎn)生和消失克爾效應(yīng)的產(chǎn)生和消失所需時(shí)間極短所需時(shí)

29、間極短，約為，約為 10-9 s ，因，因此可做成幾乎沒(méi)有慣性的光斷續(xù)器，此可做成幾乎沒(méi)有慣性的光斷續(xù)器，廣泛應(yīng)用廣泛應(yīng)用于高速攝影、于高速攝影、激光通信和電視等裝置中。激光通信和電視等裝置中。19.8 19.8 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象 線偏振光沿一些晶體光軸方向通過(guò)，或線偏振光通過(guò)一些液體線偏振光沿一些晶體光軸方向通過(guò)，或線偏振光通過(guò)一些液體時(shí)，其時(shí)，其偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏振面會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象。，這種現(xiàn)象叫旋光現(xiàn)象。一一. 晶體和液體的旋光性晶體和液體的旋光性b）泡克耳斯效應(yīng)）泡克耳斯效應(yīng)：線性線性電光效應(yīng)。電光效應(yīng)。 材料：磷酸二氫鉀（材料：磷酸二氫鉀（KDP晶體晶體)、鈮酸鋰、鈮酸

30、鋰（LiNbO3)、砷化鎵（、砷化鎵（GaAs)321. 1. 對(duì)晶體：對(duì)晶體： 線偏振光線偏振光偏振面偏振面轉(zhuǎn)過(guò)的轉(zhuǎn)過(guò)的角度角度 與光線在晶體中通過(guò)的路程與光線在晶體中通過(guò)的路程 l 成正比，即成正比，即 例如，例如， 石英石英 對(duì)對(duì) = 589nm 黃光黃光 ， = 21.75o / mm, 對(duì)對(duì) = 408nm 紫光紫光 = 48.9o / mm。l 不同晶體旋光率不同，同種晶體不同晶體旋光率不同，同種晶體旋光率還與波長(zhǎng)有關(guān)旋光率還與波長(zhǎng)有關(guān)，稱為，稱為旋光色散旋光色散。式中式中為為旋光率旋光率。33cd2. 對(duì)溶液對(duì)溶液 : 蔗糖水溶液在蔗糖水溶液在 20o C 時(shí)，對(duì)時(shí)，對(duì)= 589

31、nm 的黃光，其旋光的黃光，其旋光率為率為 偏振面轉(zhuǎn)過(guò)的偏振面轉(zhuǎn)過(guò)的角度角度 與光線在液體中通過(guò)的路程與光線在液體中通過(guò)的路程 l 成正成正比，也和溶液的比，也和溶液的濃度濃度 C 成正比，即成正比，即式中式中 為液體或溶液的為液體或溶液的旋光率旋光率。)/(46.6630mmgdm二二. . 磁致旋光磁致旋光左旋左旋右旋右旋34BlV:l:B:V樣品長(zhǎng)度樣品長(zhǎng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度 費(fèi)爾德常數(shù)費(fèi)爾德常數(shù) 利用磁致旋光的這一特點(diǎn)，可制成光隔離器，即只利用磁致旋光的這一特點(diǎn)，可制成光隔離器，即只允許光從一個(gè)方向通過(guò)，而不能反向通過(guò)的光閥門(mén)。允許光從一個(gè)方向通過(guò)，而不能反向通過(guò)的光閥門(mén)。光的偏振光

32、的偏振 視頻視頻35 例例 6: 用自然光源以及起偏器和檢偏器各一件，如何用自然光源以及起偏器和檢偏器各一件，如何鑒別下列三種透明片：偏振片，半波片和鑒別下列三種透明片：偏振片，半波片和 1/4 波片。波片。Nx（1） （1） 先鑒別出偏振片：如圖（先鑒別出偏振片：如圖（1）放置。）放置。 繞軸旋轉(zhuǎn)繞軸旋轉(zhuǎn)N，若轉(zhuǎn)到某一角度無(wú)光透出，若轉(zhuǎn)到某一角度無(wú)光透出， 則則 X 為偏振片。為偏振片。 （2） 在余下兩片中鑒別出在余下兩片中鑒別出1 / 2 波片波片如圖放置。自然光經(jīng)起偏器如圖放置。自然光經(jīng)起偏器 M后后成為線偏振光。設(shè)該線偏振光的成為線偏振光。設(shè)該線偏振光的振動(dòng)方向與波片振動(dòng)方向與波片

33、X的光軸夾角為的光軸夾角為，半波片使入射線偏振光變?yōu)檎駝?dòng)方半波片使入射線偏振光變?yōu)檎駝?dòng)方向轉(zhuǎn)過(guò)向轉(zhuǎn)過(guò)2的出射線偏振光。的出射線偏振光。 因此，當(dāng)因此，當(dāng) X繞軸轉(zhuǎn)到不同位置時(shí)，皆在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位繞軸轉(zhuǎn)到不同位置時(shí)，皆在繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)到某一位置時(shí)，無(wú)光從置時(shí)，無(wú)光從N透出，則透出，則 X為半波片。為半波片。 解：解： M, N 為已知的起偏器和檢偏器，為已知的起偏器和檢偏器，x為待檢片。為待檢片。 另一個(gè)為另一個(gè)為 1/4 波片。波片。MXNp1eo36例例7：一：一方解石方解石晶體的表面與其光軸平行，放在偏振化方向晶體的表面與其光軸平行，放在偏振化方向相互相互 正交的正交的偏振片之間，晶體的光軸與偏振片的偏振化方向成偏振片之間，晶體的光軸與偏振片的偏振化方向成 450角角。試求：（。試求：（1）要使）要使 = 500nm的光不能透過(guò)，的光不能透過(guò)， 則晶片的厚度至少多大？（則晶片的厚度至少多大？（2）若兩偏振片的偏振化方向）若兩偏振片的偏振化方向 平行平行，要使，要使 =500nm的光不能透過(guò)的光不能透過(guò) ，晶片的厚度，晶片的厚度 又為多少？已知晶片的又為多少？已知晶片的no=1.658, ne=1.486.解：（解：（1）如圖（）如圖（a)所示，要使光不透過(guò)檢偏器，則通過(guò)檢偏所示，要使光不透過(guò)檢偏器，則通過(guò)檢偏 器的兩束光須因干涉而相消，通過(guò)器的兩束光須因干涉而相消，通過(guò)p2時(shí)