物理光學(xué)131121課件

1、1光線在一般情況下入射晶體， o光和e光是不同面的。當(dāng)入射光在主截面內(nèi)時(shí)，o光，e光主平面均為主截面。 o光，e光的光矢量互相垂直。2一、偏振器件1. 尼科耳棱鏡（W.Nicol） 材料：方解石(一)偏振起偏棱鏡自然光入射，其中一束線偏振光發(fā)生全反射，只出射另一束偏振光145 晶體偏振器件作用：產(chǎn)生偏振光或檢測(cè)偏振光。加拿大樹膠O光全反射，透出的偏振光的光矢量與入射面平行e光368。71。90。77。尼科耳棱鏡（W.Nicol）光軸孔徑角：缺點(diǎn)：1.不適用于高度會(huì)聚2. 價(jià)格十分昂貴優(yōu)點(diǎn)：1.對(duì)可見光的透明度高2.能產(chǎn)生完善的線偏振光綜合評(píng)定：比較優(yōu)良或發(fā)散的光束加拿大樹膠S1S242. 格蘭

2、湯姆遜（Glan-Thompson）棱鏡光垂直于棱鏡端面入射時(shí)方解石直角棱鏡膠合劑5當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射時(shí)加拿大樹膠長(zhǎng)寬比：孔徑角：長(zhǎng)寬比：孔徑角：孔徑角：甘油長(zhǎng)寬比：781. 渥拉斯頓棱鏡（Wollaston）： 利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石，石英（二）偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡ff改變振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，獲得兩束分開的線偏振光ABCD雙向，有輕微有色散102.洛匈棱鏡材料：石英只允許光從左方射入棱鏡可得到無色散的白色偏振光11二、波片（位相延遲器）它的作用是：o光和e光通過波片時(shí)的光程差與位相差：d是波片厚度。使兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的光產(chǎn)生位

3、相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。自然光起偏器檢偏器PAxy 波片 光軸12快軸和慢軸：快軸：稱晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜14O光和e光產(chǎn)生的光程差稱該晶片為二分之一波片。2、/2波片性質(zhì)：1）橢圓偏振光入射時(shí)，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；2）線偏振光入射時(shí)，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為，出射光的振動(dòng)方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動(dòng)了2。15圓偏振光：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動(dòng)，且矢量末端軌跡為圓。17線偏振光通過半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)入

4、射時(shí)快（慢）軸出射時(shí)偏振分光鏡193、全波片稱該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。20三、補(bǔ)償器 產(chǎn)生連續(xù)改變的位相差巴比涅（Babinet）補(bǔ)償器d1d2入射光微量移動(dòng)索里補(bǔ)償器兩光楔相接觸的全部區(qū)域內(nèi)相位差穩(wěn)定不變用于寬光束中223 偏振器（Polarizer）雙折射晶體（偏振分束器）單軸晶體如方解石、金紅石釩酸釔、鈮酸鋰等偏振器（Polarizer）楔形雙折射晶體偏振分束器24偏振器-線柵起偏器第五節(jié) 旋光現(xiàn)象（optical activity ）線偏振光通過某些物質(zhì)而發(fā)生振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。1.旋光現(xiàn)象:旋光物質(zhì): 能使偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。天然存在的

5、或人造的許多晶體具有旋光性質(zhì)。例如石英晶體、各種糖溶液等，它們有左旋體和右旋體。葡萄糖甘油醛3.左旋與右旋：右旋（D-）左旋（L-）Levorotatory and Dextrorotatory Optical Isomerism 光學(xué)異構(gòu)體手性分子：手性表示物體無法憑旋轉(zhuǎn)或平移與其鏡像重合，人手是手性的最好例子。一些化學(xué)分子的立體結(jié)構(gòu)也具有這樣的特征，故稱手征分子；不同手征而相同化學(xué)式的分子稱為同分異構(gòu)。按照空間結(jié)構(gòu)，手征分子可分為D-和L-。 旋光和旋光效應(yīng)b. 薄膜起偏分束器(SWP)c. 線柵起偏器d. 玻璃起偏器2.4.2 光隔離器的結(jié)構(gòu)和工作原理1. 偏振相關(guān)型光隔離器光環(huán)形器工作

6、原理起偏器、檢偏器、旋光器2. 偏振無關(guān)型光隔離器Wedge型偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)二偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)三352、圓偏振光(包括橢圓偏振光)146 偏振的矩陣表示一、偏振光的表示1、線偏振光的分解36或者表示為:右旋橢圓光。左旋橢圓光。圓偏振光37所以任意一個(gè)偏振光都可表示為: a.光矢量互相垂直 b.沿同一方向傳播且位相差恒定的兩個(gè)線偏振光的合成。因此偏振光可表示如下：既省去公共因子，用復(fù)振幅表示為38二、偏振光的矩陣表示為瓊斯矢量39稱為歸一化的瓊斯矢量通常將上式歸一化，有+=a =+=daaaadiiaeaaaEaaeaaaaaE1,-設(shè)1222111212)-

7、(122221112401、線偏振光的歸一化瓊斯矢量： 若光矢量沿x軸， ，則：若光矢量與x軸成 角，振幅為 的線偏振光有則412、求長(zhǎng)軸沿x軸，長(zhǎng)短軸之比是2：1的右旋橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。 根據(jù)已知條件有：歸一化瓊斯矢量為偏振光的疊加三、正交偏振設(shè)有兩列偏振光，其偏振態(tài)由復(fù)振幅E1和E2表示43如果它們滿足條件：*表示復(fù)數(shù)共軛。則這兩個(gè)偏振光是正交的，它們是一對(duì)正交偏振態(tài)光矢量的振動(dòng)方向互相垂直的兩列線偏振光是正交的。左旋圓偏振光和右旋圓偏振光是正交的。任何一種偏振態(tài)均可分解為兩個(gè)正交的偏振態(tài)。4445四、偏振器件的矩陣表示3.求透光軸與x軸成角的線偏振器的瓊斯矩陣。P1xy+設(shè)入射

8、光的瓊斯矩陣為表示在x,y軸上兩個(gè)分量分別為則沿線偏振器透光軸方向的分量分別為將這兩個(gè)分量的和在x,y軸上再做一次投影，得到分量47由此得線偏振器的瓊斯矩陣為：0度，45度，90度？48解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，其瓊斯矢量為：l/4波片,l/2 ， l/8波片的瓊斯矩陣分別為自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片Y軸，試用瓊斯矩陣計(jì)算透射光的偏振態(tài)。49出射光為：50有一快軸與x軸成角，產(chǎn)生位相差為的波片，試求其瓊斯矩陣51設(shè)入射偏振光為A1和B1在波片的快、慢軸上的分量為：寫成矩陣形式：52偏振光透過波片后，在快軸 和慢軸上的復(fù)振幅為

9、：因而透過波片后有：53將A1”和B1”再次分解到x,y軸上，有快軸與x軸成角，產(chǎn)生的相位差為的波片的瓊斯矩陣（三） 利用瓊斯矢量和瓊斯矩陣的計(jì)算56一、偏振光的變換147 偏振光的變換和測(cè)定1、橢圓偏振光的獲得 方法：采用起偏器和/4波片從自然光中獲得自然光線偏光橢圓偏振光 波片xy快軸起偏器偏振光的變換與檢驗(yàn)系統(tǒng)起偏器：從自然光獲得線偏光波片：對(duì)入射偏光的偏振態(tài)進(jìn)行調(diào)制，以獲得圓偏光或橢偏光（/4波片）檢偏器：判定出射光的偏振態(tài)1）出射光為線偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器P2，光強(qiáng)發(fā)生變化，并在某一個(gè)位置上出現(xiàn)消光現(xiàn)象（此時(shí)，線偏光的振動(dòng)方向與P2的光軸垂直）2）出射光為圓偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器P2，光強(qiáng)無變

10、化3）出射光為橢偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器P2，有光強(qiáng)變化，無消光現(xiàn)象。/4波片對(duì)各種偏振光的調(diào)制輸入/4波片的位置輸出線偏光e軸或o軸與偏振方向一致線偏光e軸或o軸與偏振方向成45度角圓偏光其他位置橢偏光圓偏光任何位置線偏光橢偏光e軸或o軸與橢圓主軸一致線偏光其他位置橢偏光59二、偏振光的測(cè)定1、線偏振光的測(cè)定 含義：確定是否是線偏振光；測(cè)定線偏振光的振動(dòng)方向。 出發(fā)點(diǎn)：馬呂斯定律半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。60PHAy半影式檢偏器工作原理xOAP1P2H1H2612、橢圓偏振光的測(cè)定 含義：用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表示偏振狀態(tài)的參量（指定坐標(biāo)系中的方位角、橢圓度tg和旋向；或直角坐標(biāo)系下兩偏振光振幅比tg和位相差。）yxxyC2OA1A262方法：采用1/4波片和檢偏器的方法。步驟：1）首先用檢偏器測(cè)定橢圓長(zhǎng)軸的方位角和橢圓度tg 2）用1/4波片和檢偏器測(cè)定橢圓偏光的旋向。1）設(shè)xoy坐標(biāo)系中橢圓的瓊斯矩陣為xxyC2OA1A2 檢偏器透光軸與x軸夾角是，其瓊斯矩陣為：63出射