大物光的偏振2

1、4 光在晶體中的傳播,雙折射 方解石eo一.雙折射的概念1.雙折射介質(zhì)1介質(zhì)2irore(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光2.尋常光和非尋常光o光:遵從折射定律e光:一般不遵從折射定律e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。尋常光非尋常光繞入射光線旋轉(zhuǎn)晶體3. 晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí),o光和e光傳播速度相同，不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。例如，方解石晶體(冰洲石)AB光軸102 光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體方解石，石英，紅寶石雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體云母，黃玉，藍(lán)寶石4. 主平面和主截面主平面：晶體中光的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平

2、面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面主截面：晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。二. 晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體 e光傳播方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。o光和e光有各自的主平面當(dāng)入射光在主截面內(nèi)時(shí)，o光和e光主平面與主截面重合， o光和e光光矢量相互垂直。vot光軸光軸vetvoto光:e光: no ，ne稱為晶體的主折射率. 正晶體 : ne no負(fù)晶體 : ne no 負(fù)晶體 (vo ve)石英，冰子波源votvet光軸(eo)晶體中的子波波振面vot三.單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(eo)1. 光軸平行晶體表面，自然光垂直入射 e oe o光軸晶體 o, e

3、在方向上雖然沒分開，但速度上是分開的。有雙折射發(fā)生。2. 光軸在入射面內(nèi)，平行于晶體表面,自然光斜入射o e晶體光軸 e方解石光軸o eo此時(shí)e光的波面不再與其波射線垂直了。4. 光軸在入射面內(nèi)且與晶體表面有一傾角，自然光垂直入射3. 光軸平行晶體表面，且垂直入射面， 自然光斜入射四、晶體光學(xué)器件 1. 晶體偏振器某些晶體對(duì)o光和e光的吸收有很大差異，這叫晶體的二向色性.電氣石吸收尋常光能力強(qiáng)電氣石光軸由電氣石晶體可獲得線偏振光。光軸e光注意：o光、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！ e oe o光軸晶體線偏振光2. 偏振棱鏡偏光鏡: 格蘭湯姆孫棱鏡偏光分束鏡 : 洛匈棱鏡光軸的取向使o光、e光對(duì)應(yīng)的

4、恰是no、 ne 。12方解石方解石oe光軸光軸方解石 none7310o-10o12方解石方解石oe光軸光軸沃拉斯頓棱鏡no (1.6584)n (1.655)ne(1.4864)5圓偏振光和橢圓偏振光一.晶片相位延遲片晶片是光軸平行于表面的晶體薄片。 通過厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：AAoAe光軸P 振幅關(guān)系 e oe o光軸晶體從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動(dòng)方向相互垂直、頻率相等、相位差為的線偏振光，一般它們合成為橢圓偏振光。時(shí)為正橢圓偏振光 二. 波片1. 四分之一波片也獲得線偏振光從線偏振光可獲得正橢圓偏振光或圓偏振光AAoAe光軸P-線偏振光 圓偏振光 波片o光和e光光程

5、差/4圓偏振光合成線偏振光(振動(dòng)面轉(zhuǎn)動(dòng)2)相互垂直的兩個(gè)振動(dòng)的合成線偏振光 正橢圓偏振光2. 二分之一波片二分之一波片使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過 2 角度。A0入A0出A入A出Ae入= Ae出光軸3. 全波片三. 橢圓與圓偏振光的檢偏用四分之一波片和偏振片P 可區(qū)分出自然光和圓偏振光、部分偏振光和橢圓偏振光。注：波片是對(duì)特定波長(zhǎng)而言的! 波片 四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光 偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）線偏振光 I不變線偏振光I變, 有消光以入射光方向?yàn)檩S轉(zhuǎn)動(dòng) 四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光 偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）線偏振光I變, 有消光 部分偏振光光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光

6、的長(zhǎng)軸或短軸放置線偏振光I變, 無消光光程差相位差巴比涅補(bǔ)償器在不同的位置入射可獲得不同的相位差，但光束要細(xì)。索列爾補(bǔ)償器對(duì)光束的粗細(xì)沒能要求四. 補(bǔ)償器/變相差器如圖，P1的偏振化方向與1/4波片的光軸夾角45o,單色自然光垂直入射，轉(zhuǎn)動(dòng)P2，求透過P2的光強(qiáng)。Ao=Ae=A1cos45oA2o=Aosin，A2e=Aecos通過1/4波片，相位差=/2A2=A2e2 +A2o2 +2A2eA2ocos =A12 /2A12=I0/2=I0/46 偏振光的干涉一. 偏振光干涉裝置d晶片C偏振片P2偏振化方向 單色自然光偏振片P1偏振化方向光軸方向二. 偏振光干涉的分析1. 振幅關(guān)系P2P1C

7、A1AeAoA2oA2e在P2 后，兩束光振動(dòng)方向平行，振幅分別為：通過晶體C后(此兩束光合成為一束橢圓偏振光)通過P2 后(有無附加相差，與P1、P2、C間相對(duì)位置有關(guān))2. 相位關(guān)系相長(zhǎng)干涉P2P1CA1AeAoA2oA2eP2P1CA1AeAo？相消干涉若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。白光入射，晶片d均勻屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色，這種現(xiàn)象叫做色偏振。若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如 紅色相消綠色；藍(lán)色相消黃色，7 旋光效應(yīng)與人工雙折射一. 旋光現(xiàn)象使線偏振光的振動(dòng)面在傳播過程中旋轉(zhuǎn)天然旋光物質(zhì)：石英、糖溶液1811年阿喇果發(fā)現(xiàn)左旋旋光物右旋旋光物迎著

8、光看應(yīng)用：測(cè)溶液濃度量糖計(jì) 為旋光率旋光物質(zhì)P1P2c為溶液濃度旋光率隨入射光波長(zhǎng)而改變的現(xiàn)象稱為旋光色散。人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。1. 光彈效應(yīng)(應(yīng)力雙折射效應(yīng))P1P2dFSF干涉有機(jī)玻璃C應(yīng)力各向異性各向不同n各向不同在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：二.人工雙折射各處 不同各處 不同出現(xiàn)干涉條紋, 變, 變干涉條紋變化。2. 電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)(1) 克爾效應(yīng) (1875年)l4545P1P2克爾盒d硝基苯溶液 不加電場(chǎng)液體各向同性P2不透光 加電場(chǎng)液體呈單軸晶體性質(zhì)，二次電光效應(yīng) (E:電場(chǎng)強(qiáng)度，k:克爾常數(shù))克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾盒相當(dāng)于半波片， P2透光最強(qiáng) 。時(shí)

9、，光軸平行 P2透光硝基苯 ，若l=3cm, d=0.8cm, =600nm的黃光，則產(chǎn)生k= 時(shí)的電壓為瞬時(shí)效應(yīng)光開關(guān)l4545P1P2克爾盒d(2) 泡克爾斯效應(yīng)(1893年)電光晶體+。-P1P2KK泡克爾斯盒 不加電場(chǎng) P2 不透光（P1垂直P2） 加電場(chǎng)晶體變雙軸晶體原光軸方泡克爾斯效應(yīng)引起的相位差 線性電光效應(yīng)(no:o光在晶體中的折射率；V :電壓；r:電光常數(shù))向附加了雙折射效應(yīng) P2 透光。三、法拉第效應(yīng)磁光效應(yīng)B無旋光性的物質(zhì)，加磁場(chǎng)后變成旋光物質(zhì)旋光方向與磁場(chǎng)的方向有關(guān)旋轉(zhuǎn)的角度 V費(fèi)德爾常量迎著光看沿磁場(chǎng)方向傳播右旋逆磁場(chǎng)方向傳播左旋B向右旋向左旋BP1P2楊氏雙縫干涉

10、雙縫間距d，屏與縫間距D，P點(diǎn)的角位置(很小),x=D tanS1、 S2到P點(diǎn)的光程差 dsin d tan明紋dsin=k，k=0,1,2,.暗紋dsin=(2k-1)/2，k=1,2,3.光學(xué)小結(jié)等厚干涉劈膜折射率n，膜上n1，膜下n2，劈尖角n1n2上下表面反射的光程差=2ne (+/2)加不加該項(xiàng)與n,n1,n2相對(duì)大小有關(guān)明紋 =k ，k=1,2,3暗紋 =(2k+1) /2，k=0,1,2,3L=h/sinh=/2nL fPo r環(huán)B ennn ni rA CD21Siii 聚焦透鏡焦平面等傾干涉膜厚均勻，折射率n，膜上下表面反射光的光程差=2necosr +/2膜與 基底、覆蓋層的折射率相對(duì)大小決定有否此項(xiàng)增透膜 增反膜單縫夫朗和費(fèi)衍射*S f f a透鏡L透鏡LpAB縫平面觀察屏0暗紋：縫寬分為偶數(shù)個(gè)半波帶，asin=k，k=1,2,3明紋：縫寬分為奇數(shù)個(gè)半波帶，asin=(2k+1)/2，k=1,2,3中央明紋： =0強(qiáng)度關(guān)系；狹縫寬度對(duì)圖樣的影響光柵衍射 oP焦距 f光柵G觀察屏透鏡L dsindIN2I0單048-4-8sin(/d)單縫衍射 輪廓線光柵衍射光強(qiáng)曲線各單縫衍射包絡(luò)線重合：暗紋asin =k 多縫干涉主極大： dsin =kd 、a 對(duì)衍射主極大的影響；缺極現(xiàn)象分辨本領(lǐng)/=kN完全偏振光P E0E=