光電測試技術(shù)-光的偏振及檢測技術(shù)

1、 光的偏振及檢測技術(shù)8/15/20221線偏振光 自然光1、自然光特點（1）在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動的概率均等.XYZ自然光可以用下圖表示E 沒有優(yōu)勢方向這種大量振幅相同、各種振動方向都有、彼此沒有固定相位關(guān)系的光矢量的組合叫非偏振光或自然光。8/15/20222Ex 和 E y無固定關(guān)系:它們是彼此獨立的振動,總光強 非相干疊加E yEx（2）自然光可以分解為兩束等振幅的、振動方向互相垂直的、不相干的線偏振光。自然光的分解8/15/202232、線偏振光振動面u光矢量（ ）只在一個固定平面內(nèi)沿單一方向振動的光叫線偏振光（也稱平面偏振光）。光振動方向與傳播方向決定的平面稱為振動面

2、. 線偏振光表示法8/15/20224線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解:Ex , E y的大小依賴于x, y方向的選取。線偏振光可以看成兩個相互垂直的同頻率的簡諧振動的合成，它們的相位差是EEyEx yx光的偏振性說明了: 光是橫波。8/15/202253.部分線偏振光完全偏振光和自然光是兩種極端情形，介于二者之間的一般情形是部分偏振光。部分偏振光可以看成自然光和線偏振光的混合。xyz部分偏振光及其表示法垂直紙面的光振動較強在紙面內(nèi)的光振動較強8/15/20226橢圓偏振光,圓偏振光-同一方向傳播的兩列振動方向垂直頻率相同并具有相位差恒定的線偏振光的合成?；貞?/15/20227注意：圓偏振

3、光和自然光的區(qū)別；橢圓偏振光和部分偏振光的區(qū)別！橢圓偏振光,圓偏振光8/15/20228可以等效地由同一傳播方向的兩個振動方向垂直（在垂直傳播方向的平面上任意去取向）的線偏振光代替-對于自然光：這兩線偏振光振幅相同頻率相同，各光振動之間沒有確定的相位關(guān)系；對于完全偏振光：這兩線偏振光頻率相同，分別對于有確定的相位關(guān)系.五種偏振態(tài)：自然光部分偏振光橢圓偏振光圓偏振光線偏振光8/15/20229偏振片的起偏和檢偏一、起偏起偏的原理: 利用某種形式的不對稱性,如 （1）物質(zhì)的二向色性， （2）散射， （3）反射和折射， （4）雙折射.從自然光獲得偏振光叫“起偏”，相應(yīng)的光學(xué)器件叫“起偏器”。8/15

4、/202210偏振片是利用晶體的二向色性起偏。（對某一方向的光振動有強烈吸收）偏振片（Polaroid）1928年一位19歲的美國大學(xué)生 （E.H.Land）發(fā)明的。是由自然光獲得線偏振光的平面片狀器件，通常用P表示。例如，把硫酸碘奎寧的針狀粉末有序地 蒸鍍在透明的基片上。8/15/202211用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情況下出射光強x yzz線柵起偏器 入射電磁波起偏原理類似于導(dǎo)電線柵的作用。(如把富含自由電子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）8/15/202212二、檢偏用偏振器件分析、檢驗光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。偏振片既可“起偏”又可“檢偏”。設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光

5、，如何用偏振片來區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動P: I 不變？I 變，有消光？I 變，無消光？自然光線偏振光部分偏振光I?P待檢光8/15/202213起偏器檢偏器一般情況下 I =？8/15/202214.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化8/15/202215.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化8/15/202216.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化8/15/202217.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化8/15/202218.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏

6、器， 光強發(fā)生變化8/15/202219.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器， 光強發(fā)生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直 光強為零8/15/202220.檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變自然光8/15/202221.檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變8/15/202222.檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變8/15/202223.檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變8/15/202224.檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變8/15/202225.檢偏器自然光自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強不變8/15/202226PI0IP E0E=E0c

7、os馬呂斯定律（1809）消光三、 馬呂斯定律線偏振光經(jīng)過偏振片前后的光強關(guān)系8/15/202227 例題17-13 用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時，觀測一光源，又在成600角時，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強度相等。求兩光源照到起偏器上光強之比。解 : 令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強。透過起偏器后，光的強度分別為I1/2和I2 /2。按照馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強度為所以但按題意即 8/15/202228光強為 I0 的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強為I0 /8，已知P1 P3，問：P1、P2間夾角為何？解 分析P1P

8、2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題8/15/202229布儒斯特角反射光 垂直入射面振動的成分多。折射光？部分偏振光偏振光14.12 反射和折射光的偏振8/15/202230布儒斯特定律互余空氣玻璃玻璃空氣=- 423350.100.1 185600.150.1 1010tanitani8/15/202231平行玻璃板上表面反射光是偏振光.？注意：上表面的折射角等于下表面的入射角 通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射獲得較強的偏振光，你有什么好主意？下表面的反射光是否也是偏振光？！=8/15/202232玻璃片堆要提高反射線偏振光的強度，可利用玻璃片堆的多次反射?？諝獠Ａ?

9、0= 4233 i玻璃空氣 0= 1856ii0i0i0i0i0i0玻璃片堆8/15/202233 應(yīng)用： 制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與 地面成45角、且向同一方向傾斜的偏振片，可以避免汽車會車時燈光的晃眼。 測量不透明介質(zhì)的折射率？8/15/202234 在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時， 去掉反射光的干擾未裝偏振片裝偏振片8/15/202235 一、雙折射現(xiàn)象各向同性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿各個方向速度相同。各向異性媒質(zhì)：在其中傳播的光，沿不同方向速度不同。 石英、方解石、水晶、玉石e o雙折射現(xiàn)象遵守 尋常光（o） no不遵守非常光（e） n注意：尋常、非常指

10、光在折射時 是否遵守折射定律，o光、e光也只在晶體內(nèi)部才有意義。光的雙折射 8/15/202236尋常光（O光）和非常光（e光） 尋常光：對于晶體一切方向都具有相同的折射率（即波速相同），且在入射面內(nèi)傳播，簡稱它為O光。 非常光：它的折射率（即波速）隨方向而變化， 并且不一定在入射面內(nèi)傳播，簡稱為 e 光。 O光振動方向垂直于該光線（在晶體中） 與光軸組成的平面。 e 光振動方向平行于該光線（在晶體中） 與光軸組成的平面。8/15/202237O.A.oo 光的振動垂直 o光的主平面e光的振動在e光的主平面內(nèi)e三、o光 e 光的振動方向光o光e光軸皚71方解石8/15/202238二、光軸 主

11、平面 主截面主截面 由晶體的光軸與表面法線決定。主平面 由光軸與光線決定。o光振動 垂直于o光的主平面。e光振動 平行于 e光的主平面。光軸 晶體中的方向，沿此方向o、e光速度相同無雙折射。單光軸晶體：石英、方解石雙光軸晶體：云母、黃玉oe當(dāng)入射面和主截面重合時o光、 e光的主平面、主截面三者重合。8/15/202239v0三、主速度、主折射率沿光軸方向e、o光速度相同負晶體正晶體vo、ve 稱晶體的主速度，相應(yīng)的折射率no、ne 稱晶體的主折射率.vevevo8/15/202240尼科耳棱鏡光軸在ACNM平面內(nèi)方向與AC成480，入射面取ACNM面兩塊特殊要求加工的直角方解石，如圖：加拿大樹

12、膠的折射率n=1.55，O光入射角大于其臨界角arcsin(1.55/1.658)=69012，被全反射，在CN處為涂黑層所吸收。出射偏振方向在ACNM平面內(nèi)的偏振光。方解石的折射率n0=1.658, ACNMe760O2206808/15/202241沃拉斯頓棱鏡兩塊直角方解石光軸相互垂直方解石 e光從光密到光疏折射光要偏離法線ABDeOCOe8/15/202242光的雙折射在各向同性的介質(zhì)中S是點物S 的象天然方解石晶體是雙折射晶體方解石晶體的雙雙折射雙實驗一實驗二AB8/15/202243光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體三. 光在晶體中的傳播,

13、雙折射光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光

14、光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體光光 當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時，o光不動，e光圍繞o光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石 晶體ZZ請你練習(xí) 畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制） o光、e光的傳播方向，振動方向！o光e光o光e光8/15/202258對o 光和e 光的吸收有很大差異。電氣石Z1mm厚的電氣石可將 o 光吸收凈，e 光卻有剩余可制成偏振片。

15、3、二向色性晶體8/15/202259對嗎？例題 用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i 角入射，定性畫出o光、e光的振動方向，傳播方向。光軸 解：方解石負晶體垂直 光軸方向v evoo光e光ie光o光o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義8/15/202260光彈效應(yīng)(Photoelasticity) 各向同性或異性材料在外力作用下可產(chǎn)生各向異性的變化， 例如：玻璃或塑料 拉伸或壓縮各向異性 應(yīng)力分析 - 光彈力學(xué) 工程應(yīng)用干涉色的分布受力分布 通常情況下，拉伸 成為正單軸材料； 壓縮 成為負單軸材料； 8/15/202261a. Kerr 效應(yīng)（1875年） - 各向同性透明介質(zhì)在電場下成為單軸雙折射材料，光軸平行于電場，平行于電場的光振動的折射率為 n |，垂直于電場的光振動的折射率為 n Kerr盒 利用kerr效應(yīng)制成的調(diào)制器（內(nèi)裝電致雙折射材料 有電光效應(yīng)的液體有機化合物）液體中的Kerr效應(yīng)裝置8/15/202262光彈式光纖壓力傳感器圖9-17 光彈性式光纖壓力傳感器1、7 起偏器；2、8 1/4波長板；3、9 光彈性元件；4、10 檢偏器；5 光纖；6 自聚焦透鏡線偏振光光源1234P圓偏振光橢圓偏振光8/15/2022631/4波片：凡能使