第六光的偏振演示文稿

第六光的偏振演示文稿當(dāng)前1頁，總共63頁。（優(yōu)選）第六光的偏振當(dāng)前2頁，總共63頁。eoo光（尋常光）——遵守折射定律e光（非常光）——不遵守折射定律所謂o光和e光，只在雙折射晶體的內(nèi)部才有意義，射出晶體以后，就無所謂o光和e光了。用檢偏器來考察從晶體射出的兩光束時，就會發(fā)現(xiàn)它們都是線偏振光。雙折射光的偏振特點當(dāng)前3頁，總共63頁。光軸：光線在晶體中沿某一方向傳播時不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這一方向稱為晶體的光軸.78o102o光軸天然方解石晶體是一六面棱體,每一面都是菱形,大角約為102o,小角約為78o.六面體中有兩個相對的分別由三個鈍角圍成的頂角,連接這兩個頂角,與連線平行的方向既是方解石光軸的方向.單軸晶體：只有一個光軸(如方解石、石英)的晶體雙軸晶體：有兩個光軸(如云母、硫磺)的晶體當(dāng)前4頁，總共63頁。主截面：光軸和晶體表面光入射點的法線組成的平面。法線o光e光光軸主平面：晶體中光（o光或e光）的傳播方向與晶體光軸構(gòu)成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····o光的振動方向垂直于o光的主平面；e光的振動方向平行于e光的主平面。當(dāng)o光和e光的主平面相互平行時,兩光的振動互相垂直.說明：當(dāng)入射面和主截面重合一致時，e光的偏折依然在入射面內(nèi)；當(dāng)入射面和主截面不一致時，則e光射線就可能不在入射面內(nèi)。o光的偏折總在入射面內(nèi)。當(dāng)前5頁，總共63頁。尋常光（o光）：(1)是振動面垂直與自己的主平面的線偏振光;(2)符合折射定律和反射定律;(3)沿各個方向折射率相同(no),傳播速度相同.非常光(e光):是振動面平行于自己的主平面的線偏振光;一般不符合折射定律,在垂直于光軸的方向傳播時符合折射定律.沿不同的方向折射率不同,傳播速度不同.沿光軸的方向折射率和速度為no與o光相同.沿垂直于光軸的方向的折射率稱為ne.

no和ne成為晶體的主折射率。當(dāng)前6頁，總共63頁。晶體可分為正晶和負晶.neno的晶體,叫做正晶體.如石英.ne

no的晶體,叫做負晶體.如方解石.當(dāng)前7頁，總共63頁。光在晶中體波面光軸eoeo⊙光軸O-xyz是方解石晶體內(nèi)的三維坐標,t=0時刻自原點發(fā)出的光振動,在t=t時刻,o光振動傳到以v0t為半徑的球面上.因此,o光的波面圖是球面.e光波面圖是長軸為vet,短軸為vot,在光軸方向上外切球面的橢球面.負晶體當(dāng)前8頁，總共63頁。正晶體e光軸eo⊙光軸當(dāng)前9頁，總共63頁。(1)作圖法確定光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射光方向.用惠更斯原理確定反射光和折射光傳播方向n1n2用惠更斯原理確定反射光的傳播方向.n1n2用惠更斯原理確定折射光的傳播方向.當(dāng)前10頁，總共63頁?？諝饩w用惠更斯作圖法確定光在晶體中的傳播方向例題1：負晶體方解石光軸以入射點為中心，以1/no為半徑作圓。以1/no為短軸,1/ne為長軸作橢圓當(dāng)前11頁，總共63頁?？諝饩w例題2：方解石光軸以AC/no為半徑作圓

以AC/no為短軸,

AC/ne長軸,作橢圓當(dāng)前12頁，總共63頁。例題3：石英(正晶體)光軸垂直于入射面空氣晶體光軸ooee以AC/no為半徑作圓以AC/ne為半徑作圓光軸eeo⊙光軸當(dāng)前13頁，總共63頁。空氣方解石光軸ooee晶體例題4空氣石英石英光軸ooee例題5當(dāng)前14頁，總共63頁。加拿大樹膠尼科爾棱鏡o68方解石晶體偏光棱鏡o68當(dāng)前15頁，總共63頁。o68光軸加拿大樹膠,對鈉黃光的折射率為1.55,介于方解石的ne=1.486和no=1.658之間.涂黑進入晶體發(fā)生雙折射當(dāng)前16頁，總共63頁。格蘭—湯普森格蘭—湯普森棱鏡線偏振光單色自然光光軸方解石涂黑

加拿大樹膠當(dāng)前17頁，總共63頁。方解石制成的羅匈棱鏡鈉光自然光e???o玻璃和方解石制成的偏振器鈉光自然光e??o當(dāng)前18頁，總共63頁。波片將單軸晶體切成的有一定厚度的晶體片，使其光軸平行于表面，叫做波片．當(dāng)光垂直通過波片時，在波片內(nèi)分解為o光e光，因在晶體內(nèi)垂直于光軸傳播，所以o光e光的傳播速度不同，這樣，傳播到波片的后表面o光e光就有了附加的相位差．波片產(chǎn)生的相位差與波片的d,no和ne有關(guān)．光程差方解石光軸ooee當(dāng)前19頁，總共63頁。o光e光的相位差為：若＞０表示o光落后.若＞０表示o光超前.光軸E0E0eE0o經(jīng)過波片光在波片內(nèi)被分解為o光和e光,經(jīng)過波片后可以認為強度沒有變化,但相位差發(fā)生變化,因此光過波片后可能要引起偏振態(tài)的變化.

當(dāng)前20頁，總共63頁。(1)波長片(或片)當(dāng)即時,稱為波長片.入射偏振光通過波長片后不改變其偏振態(tài)。經(jīng)過波片當(dāng)前21頁，總共63頁。當(dāng)(2)二分之一波片(或/2片)即時,稱為二分之一波片.oAeA經(jīng)過波片當(dāng)前22頁，總共63頁。(3)四分之一波片(或/4片)時,稱為四分之一波長片.當(dāng)線偏振光入射到/4片時，出射光為橢圓偏振或圓偏振光。相應(yīng)地，當(dāng)橢圓偏振或圓片真光入射到適當(dāng)?shù)?4片后，出射光可以轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光。經(jīng)過波片當(dāng)前23頁，總共63頁。線偏振光通過l/4波片后將變?yōu)闄E圓(圓)偏振光圓或主軸與波片光軸平行的正橢圓偏振光通過l/4波片后可變?yōu)榫€偏振光當(dāng)前24頁，總共63頁。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或部分偏振光和橢圓偏振光.

自然光在晶體（波片）內(nèi)產(chǎn)生的o光和e光雖然同頻率且振動方向相互垂直，但它們之間無固定的位相差，這樣的光不能合成橢圓偏振光。檢偏器當(dāng)前25頁，總共63頁。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）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向為軸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）線偏振光I變,有消光部分偏振光光軸平行最大光強或最小光強方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光當(dāng)前26頁，總共63頁?！裠2d1補償器：o光e光o光e光從1到2經(jīng)過補償器后兩偏振光之間的相位差：當(dāng)前27頁，總共63頁。偏振光的干涉光軸晶體波片偏振片1偏振片2P1P2A1P1P21、P1P2它們之間的相位差：晶體雙折射投影當(dāng)前28頁，總共63頁。P1AAoAeA2oA2eP2光軸2、P1P2它們之間的相位差：晶體雙折射當(dāng)前29頁，總共63頁。當(dāng)P1P2滿足亮條紋條件時，

P1P2為暗條紋當(dāng)P1P2滿足暗條紋條件時，

P1P2為亮條紋兩種情況互補，旋轉(zhuǎn)第二個偏振片，從P1P2到P1P2觀察的明暗互補當(dāng)前30頁，總共63頁。當(dāng)偏振光的干涉裝置中的晶片厚度不均勻時，具有相同厚度的地方，將產(chǎn)生同樣的干涉光強，形成等厚干涉花樣．劈尖晶片的等厚干涉花樣晶片P1偏振片P2偏振片I0(鈉)自然光例題1：

等厚干涉當(dāng)前31頁，總共63頁。等厚條紋，條紋間距：當(dāng)前32頁，總共63頁。光彈測量：構(gòu)件做成模型，置于光場中，測定模型應(yīng)力值。在構(gòu)件上施加一定拉力和壓力，介質(zhì)內(nèi)部形成一定的應(yīng)力分布，介質(zhì)變成各向異性，產(chǎn)生雙折射。在一定的應(yīng)力范圍里，雙折射率n和應(yīng)力成正比，n的空間分布反映在偏振光的干涉條紋花樣，由相似原理換算出實際應(yīng)力。當(dāng)前33頁，總共63頁。平行光平行光平面偏振光平面偏振光光源準光鏡檢偏鏡?波片起偏鏡?波片模型成像透鏡反光鏡屏幕當(dāng)前34頁，總共63頁。當(dāng)前35頁，總共63頁。當(dāng)前36頁，總共63頁。+-?克爾效應(yīng):某些各向同性的透明介質(zhì)（如非晶體和液體），在外電場的作用下，顯示出雙折射現(xiàn)象，稱為克爾效應(yīng)。外加電場破壞溶液的各向同性，產(chǎn)生各向異性，產(chǎn)生雙折射，光軸方向平行于電場方向；P1P2Eeo經(jīng)過長度為l的電場區(qū)，克爾效應(yīng)產(chǎn)生的附加相位差為：當(dāng)前37頁，總共63頁。透過P2的光強：當(dāng)電壓在此值與零值間變換時，克爾盒可使光路通、斷，故可用作電光開關(guān)。若克爾盒的電極與調(diào)制信號電壓相接，則通過P2的光強將隨信號電壓的變化而改變，這時的克爾盒就是一個光調(diào)制器。由于克爾效應(yīng)幾乎沒有延遲時間，隨外電場變化的響應(yīng)時間極短,可達10-9s，因此可制成高速光閘和光調(diào)制器等，用于高速攝影、電影電視以及激光通訊等領(lǐng)域。當(dāng)前38頁，總共63頁。

圖為泡克耳斯效應(yīng)裝置(光傳播方向與電場平行)，P1⊥P2；透明電極；晶體是單軸晶體，光軸沿光傳播方向(不加電場時，無雙折射)。加電場→晶體變雙軸晶體→原光軸方向附加了雙折射效應(yīng)。泡克耳斯效應(yīng)產(chǎn)生的n正比于外加電場；*泡克耳斯效應(yīng)：+-光軸P1P2no─o光在晶體中的折射率，V─電壓，

─電光常數(shù)。當(dāng)前39頁，總共63頁。經(jīng)過長度為l的電場區(qū)，克爾效應(yīng)產(chǎn)生的附加相位差為：=時，P2透光最強。磷酸二氫鉀（KH2PO4，簡稱KDP）、磷酸二氫胺（NH4H2PO4，ADP）等單晶都具有線性電光效應(yīng)。例如KDP晶體對于λ=546nm的綠光，no=1.51，=10.610-12m/V，=時，半波電壓V=7600V，這比克爾盒要求的電壓低得多。泡克爾斯效應(yīng)的開關(guān)響應(yīng)時間也極短，一般小于10-9s，可用作超高速開關(guān)，激光調(diào)Q，顯示技術(shù)，數(shù)據(jù)處理…當(dāng)前40頁，總共63頁。

旋光物質(zhì)

d*旋光現(xiàn)象物質(zhì)的旋光性某些物質(zhì)（如石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油等）具有能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱為旋光性

(opticalactivity)。振動面旋轉(zhuǎn)的角度：

a─

旋光率(specificrotation)，它取決于入射光的波長和旋光物質(zhì)的性質(zhì)。當(dāng)前41頁，總共63頁。OyxEyExEELERORL任何一個圓偏振光和橢圓偏振光可以分解成兩個同頻，振動方向相互垂直，并且有穩(wěn)定的相位關(guān)系的線偏振光。任何線偏振光可以分解成兩個同頻的左右旋、振幅相等、并且有穩(wěn)定的相位關(guān)系的圓偏振光。旋光現(xiàn)象的說明當(dāng)前42頁，總共63頁。在旋光晶體中左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的傳播速度不同，即兩種偏振態(tài)的折射率不同；左旋偏振光和右旋偏振光經(jīng)過厚度為d的晶體，兩者經(jīng)歷的光程不同，相應(yīng)地產(chǎn)生不同的相位落后：對于圓偏振光，相位落后意味著光矢量轉(zhuǎn)角的倒退，即：相位落后轉(zhuǎn)角倒退當(dāng)前43頁，總共63頁。相位落后<=>轉(zhuǎn)角倒退ERELEA晶體前表面ERELEB晶體后表面LR同一時刻晶體后表面合成的線偏振光矢量為L、R夾角的平分線，相對于前表面的線偏振光矢量旋轉(zhuǎn)了當(dāng)前44頁，總共63頁。*菲涅耳復(fù)合棱鏡：RRRRLLL光R光當(dāng)前45頁，總共63頁。菲涅耳復(fù)合棱鏡的意義：1、證實了菲涅耳提出的關(guān)于晶體旋光性機理的假設(shè)解釋。2、提供了一種產(chǎn)生圓偏振光的一個典型器件。當(dāng)前46頁，總共63頁。磁致旋光效應(yīng)

法拉第

（MichaelFaraday，1791—1867）

偉大的英國物理學(xué)家、化學(xué)家。法拉第出身貧寒，自學(xué)成才，工作勤奮，熱心科普工作，是實驗大師。他發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象、法拉第電解定律和磁致旋光效應(yīng)，提出了力線和場的概念，主張自然界的各種力相互有關(guān)，反對超距作用的觀點。J.C.麥克斯韋電磁場理論是在法拉第工作的基礎(chǔ)上建立的。法拉第的主要著作有《電學(xué)實驗研究》、《化學(xué)和物理學(xué)實驗研究》、《日記》。

1845年8月,法拉第研究電和磁對偏振光的影響,9月用過去研制的重玻璃做實驗，發(fā)現(xiàn)原來沒有旋光性的重玻璃在強磁場的作用下產(chǎn)生旋光性，使偏振光的偏振面發(fā)生偏轉(zhuǎn)。這是人類第一次認識到電磁現(xiàn)象和光現(xiàn)象之間的關(guān)系。磁致旋光效應(yīng)后來稱為法拉第效應(yīng)。當(dāng)前47頁，總共63頁。在兩個透振方向正交的偏振片之間沿光的傳播方向放置一個螺線管，將待測的透明介質(zhì)樣品插入螺線管內(nèi)。單色平行自然光通過起偏器M后變?yōu)榫€偏振光，如果螺線管未接通電源，透明介質(zhì)樣品無旋光性，透射光將完全被檢偏器N所阻隔。螺線管接通電源后，介質(zhì)樣品在強磁場的作用下而產(chǎn)生旋光性，因而將有光從偏振片N射出。這時若將N旋轉(zhuǎn)某個角度q，則會重新產(chǎn)生消光,這說明從介質(zhì)樣品出射的光仍是線偏振光，只是其振動面相對于入射線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過了角度q。實驗表明，磁致旋光效應(yīng)中振動面的旋轉(zhuǎn)角q正比于光在介質(zhì)中通過的距離l，正比于介質(zhì)內(nèi)的磁感應(yīng)強度B，即q=vlB

式中v是比例系數(shù)，稱為維爾德常量，決定于介質(zhì)的性質(zhì)，也與入射光的波長有關(guān)。當(dāng)前48頁，總共63頁。實驗還表明，磁致旋光性與天然旋光性是有差別的。天然旋光性的右旋和左旋取決于物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，與光的傳播方向無關(guān)；磁致旋光性的右旋和左旋與光相對于磁場的傳播方向有關(guān)，若光沿磁場方向傳播是左旋的，則逆著磁場方向傳播變?yōu)橛倚Ｋ?，線偏振光往返兩次通過天然旋光物質(zhì)，振動面將恢復(fù)到原先的方位。而線偏振光往返兩次通過磁致旋光物質(zhì)情況就不同了，如果光沿磁場方向通過，振動面左旋了q角，那么當(dāng)它沿原路徑逆著磁場返回時，物質(zhì)變?yōu)橛倚?，振動面又旋轉(zhuǎn)了q角，這樣往返兩次通過同一物質(zhì)振動面共旋轉(zhuǎn)了2q角。利用磁致旋光的這種性質(zhì)，可以制成光隔離器、光調(diào)制器等器件。當(dāng)前49頁，總共63頁。旋光性與物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系

什么樣結(jié)構(gòu)的物質(zhì)才能使偏光的振動方向發(fā)生旋轉(zhuǎn)呢？在了解這個問題之前，我們首先討論手性（Chirality）的概念。1848年，法國科學(xué)家巴斯德（Louispasteur）為了獲得酒石酸鹽結(jié)晶方面的數(shù)據(jù)，在重復(fù)前人的實驗時，發(fā)現(xiàn)了一種有趣的現(xiàn)象：沒有旋光性的酒石酸是由兩種結(jié)構(gòu)極為相似的兩種晶型混合而成，它們的結(jié)構(gòu)非常相似，但不相同，也不能完全重疊，就好像人的左右手一樣，外表非常相似，但不能完全重疊。他用放大鏡和鑷子細心地將這兩種晶體分離，分別溶于水后測其旋光度，發(fā)現(xiàn)它們均具有旋光度，如果將它們混合后，則旋光度為零。當(dāng)前50頁，總共63頁。經(jīng)過對這兩種晶體分析，他發(fā)現(xiàn)它們之間的關(guān)系就好像人的左右手一樣，一種結(jié)構(gòu)是另一種結(jié)構(gòu)的鏡像。即它們互為實物與鏡像關(guān)系。實物與其鏡像不能重疊的特性，稱為物質(zhì)的手性，具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。沒有手性的分子沒有旋光性，因此，物質(zhì)的手性是判斷其是否具有旋光性的必要條件。當(dāng)前51頁，總共63頁。旋光性物質(zhì)的旋光度的大小決定于該物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，并與測定時溶液的濃度、盛液的長度、測定溫度、所用光源波長等因素有關(guān)。為了比較各種不同旋光性物質(zhì)的旋光度的大小，一般用比旋光度來表示。比旋光度與從旋光儀中讀到的旋光度關(guān)系如下。

——旋光度C——旋光性物質(zhì)的濃度（g/ml），若為純液體，則為其密度

l——盛液管的長度（dm）

T——測定時溶液的溫度

——

光源的波長，因通常用鈉光為光源，故也可用D表示在表示測定的結(jié)果時，還需要注明所使用的溶劑。我們可通過測定物質(zhì)的旋光度來計算溶液的濃度；也可用己知濃度的化合物溶液通過測定其旋光度，計算其比旋光度，作為物質(zhì)定性鑒定的依據(jù)。當(dāng)前52頁，總共63頁。旋光儀廣泛用于醫(yī)藥、食品、有機化工等各個領(lǐng)域，如：農(nóng)業(yè)：農(nóng)用抗菌素、家用激素、微生物農(nóng)藥及農(nóng)產(chǎn)品淀粉含量等成份分析。醫(yī)藥：抗菌素、維生素、葡萄糖等藥物分析，中草藥藥理研究。食品：食糖、味精、醬油等生產(chǎn)過程的控制及成品檢查，食品含糖量的測定。石油：礦物油分析、石油發(fā)酵工藝的監(jiān)視。香料：香精油分析。醫(yī)衛(wèi)：醫(yī)院臨床糖尿病分析。當(dāng)前53頁，總共63頁。*旋光和生命起源

核酸是遺傳信息的攜帶者和傳遞者，分為核糖核酸(RNA)和脫氧核酸(DNA)兩種。右下圖是DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，通常是右旋的。這正是生物大分子的手性特征。生物體內(nèi)化合物的這種左右不對稱性正是生命力的體現(xiàn)。維持這種左右不平衡狀態(tài)的是生物體內(nèi)的酶，生物一旦死亡，酶便失去活力，造成左右不平衡的生物化學(xué)反應(yīng)也就停止了。由此可見，生命與分子的不對稱性息息相關(guān)。問題是地球上生命發(fā)源之初，左右對稱性的破缺是怎樣開始的？即分子手性的起源是什么？生物的起源是什么？這些都是有待人們?nèi)パ芯康闹i。

生命的基本物質(zhì)是生物大分子，它包括蛋白質(zhì)、核酸、多糖和脂類。其中蛋白質(zhì)是生命功能的執(zhí)行者，其分子是右氨基酸組成的長鏈。每種氨基酸都應(yīng)有L、D(L(livo)和D(dextro)分別表示左、右型旋光異構(gòu)體)兩種旋光異構(gòu)體。但實驗證明組成生物蛋白質(zhì)的20種氨基酸都是L型的，D型氨基酸只存在于細菌細胞壁和其它細菌產(chǎn)物中。當(dāng)前54頁，總共63頁。年青人的眼球是黑色的、明亮的，隨著年齡增大，眼球變灰色，混濁。馬斯特（Masters）報道，在人的眼球晶體核內(nèi)的D-天冬氨酸以每年0.14％積累，也就是說天冬氨酸由L變D的外消旋作用也是生命老化過程的一部分。因此，探索減低氨基酸外消旋速度的因素，抑制蛋白質(zhì)的老化，對于延長人和哺乳動物壽命是有意義的。旋光和生命老化當(dāng)前55頁，總共63頁。氨基酸地質(zhì)年代學(xué)氨基酸地質(zhì)年代學(xué)是一門利用化石