橢圓偏振光克爾光電效應(yīng)旋光現(xiàn)象

1、1圓偏振光圓偏振光 波片波片 克爾克爾電光效應(yīng)和旋光現(xiàn)象電光效應(yīng)和旋光現(xiàn)象 2 當(dāng)兩個同頻率、有固定位相差、相互垂直的振動當(dāng)兩個同頻率、有固定位相差、相互垂直的振動同時作用于一點時，則該點的合成軌跡呈橢圓狀。同時作用于一點時，則該點的合成軌跡呈橢圓狀。 在光學(xué)中，各向異性晶體內(nèi)所產(chǎn)生的在光學(xué)中，各向異性晶體內(nèi)所產(chǎn)生的O O光和光和e光光是同頻率且振動方向相互垂直的兩偏振光，假如能是同頻率且振動方向相互垂直的兩偏振光，假如能使它們之間存在一個固定的位相差，則這樣的使它們之間存在一個固定的位相差，則這樣的O O光和光和e 光在其相遇點的合成光矢量的末端的軌跡，一般來光在其相遇點的合成光矢量的末端的

2、軌跡，一般來說，呈橢圓形，這種合成光稱為說，呈橢圓形，這種合成光稱為橢圓偏振光橢圓偏振光。 橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光橢圓偏振光和圓偏振光都是完全偏振光，均可均可等效為兩個具有恒定相位差、相同振動頻率、振動等效為兩個具有恒定相位差、相同振動頻率、振動方向相互垂直的線偏振光方向相互垂直的線偏振光。 當(dāng)合成光矢量的末端的軌跡呈圓形時，該合成當(dāng)合成光矢量的末端的軌跡呈圓形時，該合成光稱為光稱為圓偏振光圓偏振光。3 自然光在晶體內(nèi)所生成的自然光在晶體內(nèi)所生成的O O光和光和e光，光，雖然是同頻雖然是同頻率的和振動方向互相垂直，但是它們之間無固定的率的和振動方向互相垂直，但是它們之間無固定的位相

3、差，因而在光線進行方向上的任一點的位相差，因而在光線進行方向上的任一點的O O光和光和e光的位相差均隨時間作無規(guī)則的改變，這樣的光不光的位相差均隨時間作無規(guī)則的改變，這樣的光不是橢圓偏振光或圓偏振光是橢圓偏振光或圓偏振光。 對同一晶體，當(dāng)入射光是一平面偏振光時，晶體對同一晶體，當(dāng)入射光是一平面偏振光時，晶體內(nèi)的內(nèi)的O O光和光和e光是由同一光矢量分解出來的，因而在光是由同一光矢量分解出來的，因而在光線進行方向的任一點上，光線進行方向的任一點上， O O光和光和e 光有固定的位相光有固定的位相差，這樣的光就是橢圓偏振光差，這樣的光就是橢圓偏振光。 將平面偏振光垂直地射在將平面偏振光垂直地射在光軸

4、平行于折射表面（即晶光軸平行于折射表面（即晶體表面）的各向異性的晶體體表面）的各向異性的晶體板上，即可獲得橢圓偏振光板上，即可獲得橢圓偏振光或圓偏振光?；驁A偏振光。eO光軸光軸d420IOAeAMdM是起偏器，經(jīng)它可從自是起偏器，經(jīng)它可從自然光中獲得垂直射向波片然光中獲得垂直射向波片C的線偏光。的線偏光。Cco波片波片C光軸光軸平行于晶體平行于晶體表面，透振表面，透振方向與光軸方向與光軸方向之間的方向之間的夾角夾角 垂直射入波片的線偏光，分解成的垂直射入波片的線偏光，分解成的O光其振動方向垂光其振動方向垂直于入射面，垂直光軸；分解成的直于入射面，垂直光軸；分解成的 e光振動方向平行光振動方向平

5、行于入射面，平行于光軸。于入射面，平行于光軸。2/0IA入射波片的線偏光的振幅入射波片的線偏光的振幅0I cosAAesinAAO52)(dnneo經(jīng)過波片后，經(jīng)過波片后，O光和光和e光的相位差：光的相位差： 波片厚度波片厚度d 決定決定O 光、光、 e光恒定相位差的大小。因光恒定相位差的大小。因此，可用波片來產(chǎn)生橢圓偏振光、圓偏振光或改變?nèi)氪?，可用波片來產(chǎn)生橢圓偏振光、圓偏振光或改變?nèi)肷涞钠駪B(tài)。射的偏振態(tài)。討論：討論：自板出來的兩光所合成的光為平面偏振光，并且自板出來的兩光所合成的光為平面偏振光，并且振動方向與原入射光相同。振動方向與原入射光相同。1）當(dāng)）當(dāng)時時)3 , 2 , 1(22)

6、(kkdnneo 這相當(dāng)于無相位延遲，這相當(dāng)于無相位延遲，即波長片不改變?nèi)肷渚€偏即波長片不改變?nèi)肷渚€偏振光的狀態(tài)。振光的狀態(tài)。OC入AOAeA 6自板出來的兩光所合成的光仍為平面偏振光，不過振自板出來的兩光所合成的光仍為平面偏振光，不過振動方向相對于原入射光的振動方向轉(zhuǎn)了動方向相對于原入射光的振動方向轉(zhuǎn)了2 。（。（ 角為角為入射光的振動面與光在晶體內(nèi)的主截面的夾角）入射光的振動面與光在晶體內(nèi)的主截面的夾角）當(dāng)當(dāng)時時)3 , 2 , 1() 1( 22)(kkdnneo出射光出射光的振動面與原入射光的振動面成的振動面與原入射光的振動面成 /2角。角。當(dāng)當(dāng)時時45 我們把能使我們把能使O 光和光

7、和 e光產(chǎn)生位相差為光產(chǎn)生位相差為 或其奇數(shù)倍或其奇數(shù)倍的晶體薄板，叫做二分之一波片。簡寫成的晶體薄板，叫做二分之一波片。簡寫成 /2片。片。2)當(dāng)當(dāng)時時)3 , 2 , 1 , 0(2) 1( 22)(kkdnneo 自板出來的兩光所合成的光仍為橢圓偏振光。所合自板出來的兩光所合成的光仍為橢圓偏振光。所合成的橢圓偏振光，它的長軸和短軸分別同成的橢圓偏振光，它的長軸和短軸分別同O 光和光和 e 光光的振動方向重合，橢圓偏振光的長軸和短軸的取向決的振動方向重合，橢圓偏振光的長軸和短軸的取向決定于入射光的振動面與光軸的夾角定于入射光的振動面與光軸的夾角。7 我們把能使我們把能使O 光和光和 e光產(chǎn)

8、生位相差為光產(chǎn)生位相差為 /2或其奇數(shù)倍或其奇數(shù)倍的晶體薄板，叫做四分之一波片。簡寫成的晶體薄板，叫做四分之一波片。簡寫成 /4片。片。長軸和短軸相等，得到圓偏振光長軸和短軸相等，得到圓偏振光。當(dāng)當(dāng)時時，453)當(dāng)當(dāng) 為為2k ， 2（k+1） ，（，（2k+1） /2以外的其它以外的其它任意值時，則由任意值時，則由O 光和光和 e光所合成的光均為橢圓偏振光所合成的光均為橢圓偏振光，不過橢圓的長、短軸不在平行于或垂直于光軸光，不過橢圓的長、短軸不在平行于或垂直于光軸的方向上。的方向上。8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)波長片波長片 任意任

9、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 出射線偏光振動方向與入射光出射線偏光振動方向與入射光 振動方向?qū)τ诠廨S對稱，兩者間夾角振動方向?qū)τ诠廨S對稱，兩者間夾角2 1/4波片波片450 圓偏振光圓偏振光 00或或900 線偏光線偏光 900 450 長短軸之比為長短軸之比為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9 偏振態(tài)的檢驗偏振態(tài)的檢驗自然光通過自然光通過1/4波片

10、后，波片后，仍然是自然光。仍然是自然光。電振動方向和電振動方向和 1/4 波片波片光軸垂直的線偏光，出射光軸垂直的線偏光，出射的偏振態(tài)不變。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。射線偏光。OC入出AA OC10七種偏振態(tài)的檢驗七種偏振態(tài)的檢驗把檢偏器對著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到把檢偏器對著被檢光旋轉(zhuǎn)一周，若得到兩明兩零兩明兩零 光強不變光強不變 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

11、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光強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波片時波片時相同則為相同則為11 用人工的方法使某些非晶體物質(zhì)呈現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。用人工的方法使某些非晶體物質(zhì)呈現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。1. .光彈效應(yīng)光彈效應(yīng)機械應(yīng)力使非晶體產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。機械應(yīng)力使非晶體產(chǎn)生

12、雙折射現(xiàn)象。2. .電光效應(yīng)電光效應(yīng)-克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)在電場作用下非晶體顯現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。在電場作用下非晶體顯現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。3. .磁光效應(yīng)磁光效應(yīng)-法拉第效應(yīng)法拉第效應(yīng)在磁場作用下非晶體顯現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。在磁場作用下非晶體顯現(xiàn)雙折射現(xiàn)象。12 光彈現(xiàn)象光彈現(xiàn)象20IM M0INEo oFF透明的各向同性介質(zhì)在機械應(yīng)力作用下，顯示出光透明的各向同性介質(zhì)在機械應(yīng)力作用下，顯示出光學(xué)上的各向異性，與學(xué)上的各向異性，與OO為光軸的雙折射類似，這種為光軸的雙折射類似，這種現(xiàn)象叫做光彈效應(yīng)?，F(xiàn)象叫做光彈效應(yīng)。實驗表明，在一定脅強強范圍內(nèi)：實驗表明，在一定脅強強范圍內(nèi)：SFknnoe)(S為材料為材料 E受力

13、的面積。受力的面積。 為脅強光學(xué)系數(shù)為脅強光學(xué)系數(shù)k現(xiàn)已成為光測彈性學(xué)基礎(chǔ)?，F(xiàn)已成為光測彈性學(xué)基礎(chǔ)。13 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），在外電某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為克爾效應(yīng)。場的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為克爾效應(yīng)。當(dāng)外電場撤消時，這種性質(zhì)立即消失，因此，也稱當(dāng)外電場撤消時，這種性質(zhì)立即消失，因此，也稱為電致雙折射現(xiàn)象。為電致雙折射現(xiàn)象。光軸沿電場強度的方向光軸沿電場強度的方向M M0I20IN+ -cc2)(klEnnloe兩光通過厚度為兩光通過厚度為 的液體時，光程差為：的液體時，光程差為：l14,

14、2, 1, 0212)(2kkklEnnloe若入射光的線偏振方向與外電場方向成若入射光的線偏振方向與外電場方向成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)生相長干涉，有：偏振方向相互垂直，調(diào)節(jié)電壓使其發(fā)生相長干涉，有： 若去掉盒內(nèi)電場，則沒有光從若去掉盒內(nèi)電場，則沒有光從N透出。整個系統(tǒng)透出。整個系統(tǒng)起起“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)輸出的光脈沖的長短通過控制外加電壓，可調(diào)節(jié)輸出的光脈沖的長短和頻率，把電訊號轉(zhuǎn)變成光訊號。由于光電效應(yīng)幾乎和頻率，把電訊號轉(zhuǎn)變成光訊號。由于光電效應(yīng)幾乎沒有慣性，電訊號的控制速度可達沒有慣性，電訊號的控制速度可達10-

15、9 m/s。“光開光開關(guān)關(guān)”,“光調(diào)制器光調(diào)制器”“”“光斷續(xù)器光斷續(xù)器”有極快的速度啟閉光有極快的速度啟閉光路或調(diào)制光強，目前廣泛應(yīng)用于高速攝影、電影、電路或調(diào)制光強，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。視和激光通訊等許多領(lǐng)域。 在電場、磁場中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在實在電場、磁場中，材料光學(xué)性質(zhì)的研究，在實際應(yīng)用中有著廣闊的前景。際應(yīng)用中有著廣闊的前景。15 線偏光通過某些透明介質(zhì)后，它的電振動方向?qū)⒗@線偏光通過某些透明介質(zhì)后，它的電振動方向?qū)⒗@著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)過某一角度著光的傳播方向旋轉(zhuǎn)過某一角度 ，稱為旋光現(xiàn)象。，稱為旋光現(xiàn)象。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒

16、石酸鉀鈉等。這種介質(zhì)稱為旋光物質(zhì)。如石英、糖、酒石酸鉀鈉等。MNFF 為濾色片；為濾色片；M為起偏器；旋光物體放在兩個正交的偏振片為起偏器；旋光物體放在兩個正交的偏振片M與與N之間，之間，將會看到視場由原來的零變亮，把檢偏器將會看到視場由原來的零變亮，把檢偏器 N 旋旋轉(zhuǎn)一個角度，又可得到零視野。轉(zhuǎn)一個角度，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，電矢量振動方向逆時針方向旋轉(zhuǎn)在迎光矢量圖上，電矢量振動方向逆時針方向旋轉(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。16實驗證明：振動面

17、旋轉(zhuǎn)的角度實驗證明：振動面旋轉(zhuǎn)的角度 與材料的厚度與材料的厚度d、濃度濃度C 以及入射光的波長以及入射光的波長 有關(guān)。有關(guān)。d對于固體：對于固體：定義定義 為旋光系數(shù)，它是入射光波長的函數(shù)為旋光系數(shù)，它是入射光波長的函數(shù)dC對于液體：對于液體：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，放在兩個正交的偏振片之間，沿把磁性物質(zhì)的樣品，放在兩個正交的偏振片之間，沿光傳播方向加磁場光傳播方向加磁場 B，則發(fā)現(xiàn)線偏光通過樣品后，振，則發(fā)現(xiàn)線偏光通過樣品后，振動面旋轉(zhuǎn)過一個角度動面旋轉(zhuǎn)過一個角度 ，實驗表明：，實驗表明：VlBV叫做費爾德叫做費爾德(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