物理光學-第十四章光的偏振和晶體光學基礎課件

1、1 124 光學成像系統(tǒng)的衍射和分辨本領 (Diffraction and resolving power of an optical system) 一、理想光學系統(tǒng)的衍射現(xiàn)象 1、定性解釋：S D L S D L1 L2 2 二、光學系統(tǒng)的分辨本領 （Resolving power of an optical system）光學系統(tǒng)的分辨本領是指光學系統(tǒng)分辨細微結構的能力。 LS1 S2 S1 S2 d3 LS1 S2 S1 S2 LS1 S2 S1 S2 4 1、瑞利判據(jù)（Rayleighs criterion） 10.81當一個象點的衍射光斑主極大和另一個像點的衍射的第一極小值重合時，

2、兩個像點剛好被分開。5 2、幾種常見的光學系統(tǒng)的分辨本領（1）望遠鏡的分辨本領望遠鏡的作用(角度的放大)2 S1 S2 7 （3）顯微物鏡的分辨本領S1 S2 S1 S2 D 2u l 顯微物鏡12.5 衍射光柵一、衍射光柵種類和光柵方程二、光柵的色散和自由光譜區(qū)11 第十三章 光的偏振光的偏振性:縱波：振動方向 / 傳播方向橫波：振動方向 傳播方向光的橫波偏振性在垂直傳播方向的平面內， 有各種不同的振動狀態(tài)。光的偏振態(tài)(polarization state)EvoH131 偏振光概述 偏振面：傳播方向與振動方向( 矢量) 組成的平面。偏振光表示：偏振面C偏振面C部分偏振光 (partial

3、polarezation)： 在垂直傳播方向的平面內，光矢量 在某一方向振動較強，而垂直該方向的振動較弱。 在垂直于傳播方向的平面內，光矢量按一定的頻率旋轉，若光矢量振幅不變，矢端掃出軌跡是圓圓偏振光若光矢量振幅不斷改變，矢端掃出軌跡是橢圓橢圓偏振光順時針轉動右旋光逆時針轉動左旋光 y yx z傳播方向 /2x某時刻右旋圓偏振光E隨z的變化E 017 橢圓形狀的分析： 任意取向的橢圓偏振光橢圓偏振光線偏振光線偏振光18 右旋光與左旋光 1、右旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量順時針方向旋轉。2、左旋光：迎著光的傳播方向觀察，合矢量逆時針方向旋轉。任意一個偏振光都可表示為: a.光矢量互相垂直

4、b.沿同一方向傳播且位相差恒定 的兩個線偏振光的合成。 可分解為任意兩個方向互相垂直、振幅相等，沒有任何相位關系的光矢量分量（偏振光）。自然光？三如何檢驗光的橫波性1）機械波的橫波性的檢驗2）光波的橫波性的檢驗（偏振片）1）自然光通過偏振片后的光強度若入射的自然光強為： 自然光旋轉偏振片P一周，出射光強均為： 四、不同偏振狀態(tài)的光通過偏振片若入射的部分偏振光強為 旋轉偏振片P一周，出射光強的變化為： 與 的振動方向互相垂直，沒有消光現(xiàn)象出現(xiàn)部分偏振光2）部分偏振光通過偏振片后的光強度3）圓偏振光通過偏振片后的光強度若入射光強為： 旋轉偏振片P一周， 出射光強不變化 圓偏振光4）線偏振光通過偏振

5、片后的光強度若入射的線偏振光強為： 旋轉偏振片P一周，出射光強的變化為： 線偏振光存在一個消光方向, 在垂直 P 的透振方向上27 驗證馬呂思定律的實驗裝置： 自然光(Natural light)起偏器(Polarizer)檢偏器(Analyser)P1P2Ecos 光電接收器(Photoelectric receiver)28 .起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強變化情況.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強變化情況.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強變化情況.起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強變化情況.起

6、偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強變化情況消光比：最小透射光強和最大透射光強之比。例1 自然光 通過偏振化方向互相垂直的偏振片 。如果在 間平行插入另一偏振片 ， 與 偏振化方向夾角 ，求：（1）透過 后的光強？（2）定性畫出光強隨 的函數(shù)曲線，轉動一周，通過光強出現(xiàn)幾次極大和極小值？解（1）（2）偏振片旋轉一周，通過 光強出現(xiàn)4次極大， 4次極小。36 五、 偏振光的產(chǎn)生（Production of polarized light） 1. Polarization by reflection 2. Polarization by transmission 3. Polar

7、ization by selective absorption 4. Polarization by scattering 5. Polarization by double refraction主要方法：反射和折射、二向色性、散射、雙折射132 光在晶體中的傳播 光束在某些晶體中傳播時，由于晶體對兩個相互垂直振動矢量的光的折射率不同而產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射 (Double Refraction)。一、晶體(Crystal)的雙折射(Birefringence)現(xiàn)象1. 雙折射現(xiàn)象38 39 2. 尋常光（Ordinary light, o光）和非尋常光 （ Extraordina

8、ry light ,e光）說明：1o光和e光與晶體密不可分 2折射定律的含義 A. 折射角的關系，B. 入射光線和折射光線與法線同在一個平面。兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱為尋常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，稱為非尋常光（e光）。折射定律有兩個含義：40 二、晶體特性 方解石晶體（Calcite-CaCO3）頓隅41 1、光軸(Optical axis)： 在雙折射晶體中存在一個特殊的 方向，當光束在這個方向傳播時不發(fā)生雙折射，此方向稱為晶體的光軸。一般記為zz即沿著z軸方向。在光軸方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。42 2、主平面(Principal plane)和主

9、截面(Principal section)：主平面：光線和光軸所組成的平面。 o光主平面：o光和晶體光軸組成的面為o光主平面。o光振動方向垂直于o光主平面。 e光主平面：e光和晶體光軸組成的面為e光主平面。e光振動方向平行于e光主平面。43 主截面(Principal section)： 包含光軸并與晶體表面垂直的平面。 光線在一般情況下入射晶體， o光和e光是不同面的。nn當入射光在主截面內時，o光e光主平面與主截面重合。44 3晶體的分類（Types of crystal）： 各向同性晶體（Isotropic crystal）：不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。如：NaCl 雙折射晶體（Anisotrop

10、ic crystal）： 單軸晶體（Uniaxial）：只有一個光軸方向的晶體。如：方解石(Calcite)、石英(Quartz)。 雙軸晶體（Biaxial）：有兩個光軸方向的晶體。 如：云母(Mica)等。45 4單軸晶體中波的傳播：xyz (光軸) 晶體中的波面(a) O光(b) e光47 5正負晶體： Vo Ve時為正晶體(Positive crystal)； Vo Ve時為負晶體(Negative crystal)。正晶體：no ne，e光波面（橢球面）在o光波面（球面）之內。 負晶體：no ne，o光波面（球面）在e光波面（橢球面）之內。 Optical axise光 光軸 o光

11、e光 o光 光軸 48 圖1-a） 光線在晶體主截面內傾斜入射時的雙折射現(xiàn)象 （光軸在入射面內）三、用惠更斯原理解釋雙折射現(xiàn)象(以方解石為例）49 圖2 光軸 optical axise e A o A A o A 入射光(Incident ray) E O E O 光線垂直入射時的雙折射現(xiàn)象50 圖2-a)e e A o A A o A O E O E 入射光(Incident ray) 光軸 optical axis光線垂直入射時的雙折射現(xiàn)象(晶體表面垂直于光軸)51 圖2-b-1)e e A o A A o A O E O E 入射光(Incident ray) 光軸 optical a

12、xis光線垂直入射時的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)52 圖2-b-2）e e A o A A o A O E O 入射光(Incident ray) 光軸 optical axis光線垂直入射時的雙折射現(xiàn)象(晶體表面平行于光軸)53 圖1-b）、光線傾斜入射時的雙折射現(xiàn)象 （光軸垂直于入射面）例1、一束平行的鈉黃光以50的入射角從空氣射到方解石制成的厚度為4.20cm的平行平板的上表面上。設光軸與平板表面平行，并垂直入射面，試求o光和e光射到平板下表面時兩光束的分離量。已知對鈉黃光方解石的no=1.65836,ne=1.48641。133 晶體偏振器件 偏振器件 ：波片和偏振棱鏡e e A o A A o A O E O E 入射光(Incident ray) 光軸 optical axis1、1/4波片2、1/2波片3、全波片一、波片偏振光經(jīng)/4片后偏振態(tài)的變化（1）（2）A=0 B=0+/2（3）A=-/2 B=-/2+/2=0（4）A