工程光學(xué)光的偏振

工程光學(xué)光的偏振第1頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月橫波和縱波的區(qū)別——偏振縱波：振動(dòng)方向與傳播方向一致，不存在偏振問(wèn)題；橫波：振動(dòng)方向與傳播方向垂直，存在偏振問(wèn)題。最常見(jiàn)的偏振光有五種:自然光、線偏振光、部分偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。第2頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/122（1）自然光：普通光源發(fā)出的光、陽(yáng)光都是自然光。由于原子發(fā)光的間歇性和無(wú)規(guī)則性，使得普通光源發(fā)出的光的光矢量在垂直于傳播方向的平面內(nèi)以極快的速度取0～360°內(nèi)的一切可能的方向，且沒(méi)有哪一個(gè)方向占有優(yōu)勢(shì)。具有上述特性的光，稱為自然光。各個(gè)方向上光振動(dòng)振幅相同的光，稱為自然光。Y自然光的表示法：用兩個(gè)獨(dú)立的(無(wú)確定相位關(guān)系)、相互垂直的等幅振動(dòng)來(lái)表示。圖中，圓點(diǎn)表示垂直于紙面的振動(dòng)，短線表示平行于紙面的振動(dòng)。X第3頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/123特點(diǎn)：在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等；...xy自然光可分解為振動(dòng)方向相互垂直但取向任意的兩個(gè)線偏振光，它們振幅相等，沒(méi)有確定的相位關(guān)系，各占總光強(qiáng)的一半。自然光的表示方法：圓點(diǎn)與短線等距離地交錯(cuò)、均勻地畫出。第4頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/124沒(méi)有優(yōu)勢(shì)方向自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。Ex

和Ey無(wú)固定關(guān)系:它們是彼此獨(dú)立的振動(dòng)總光強(qiáng)——非相干疊加第5頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/125（2）線偏振光將自然光中兩個(gè)相互垂直的等幅振動(dòng)之一完全移去得到的光，稱為完全偏振光。EEyEx

yx·····光振動(dòng)垂直紙面光振動(dòng)平行紙面定義：在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，光矢量只沿某一個(gè)固定方向振動(dòng)，則稱為線偏振光，又稱為平面偏振光或完全偏振光。線偏振光也可以用傳播方向相同、相位相同或相差π、振動(dòng)相互垂直的兩列光波的疊加描述。第6頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/126第7頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/127（3）部分偏振光彼此無(wú)固定相位關(guān)系、振動(dòng)方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振動(dòng)的組合,稱部分偏振光，它介于自然光與線偏振光之間。部分偏振光兩垂直方向光振動(dòng)之間無(wú)固定的相位差。部分偏振光在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)沿各方向振動(dòng)的光矢量都有，但振幅不對(duì)稱，在某一方向振動(dòng)較強(qiáng)，而與它垂直的方向上振動(dòng)較弱。第8頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/128部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光平行于紙面的光振動(dòng)的平均值大于垂直于紙面的光振動(dòng)的平均值。垂直于紙面的光振動(dòng)的平均值大于平行于紙面的光振動(dòng)的平均值。第9頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/129（4）橢圓偏振光和圓偏振光

光矢量在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)，按一定頻率旋轉(zhuǎn)(左旋或右旋)。如果光矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)橢圓，這種光叫做橢圓偏振光。如果光矢量端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓，這種光叫做圓偏振光，如圖所示。這相當(dāng)于兩個(gè)相互垂直的有確定相位關(guān)系的振動(dòng)的合成。

xyxy第10頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1210右旋圓偏振光右旋橢圓偏振光規(guī)定：迎著光線看（對(duì)著光的傳播方向），光矢量順時(shí)針轉(zhuǎn)的稱右旋圓偏振光（或橢圓偏振光）；光矢量逆時(shí)針轉(zhuǎn)的稱左旋圓偏振光（或橢圓偏振光）。

0

y

yx

z傳播方向

/2x某時(shí)刻左旋圓偏振光E隨z的變化E第11頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1211

偏振度It

—部分偏振光的總強(qiáng)度In

—部分偏振光中包含的自然光的強(qiáng)度Ip—部分偏振光中包含的完全偏振光的強(qiáng)度完全偏振光(線、圓、橢圓)P=1自然光(非偏振光)P=0部分偏振光0<P<1偏振度的另一種表示：第12頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1212由反射與折射產(chǎn)生偏振光由二向色性產(chǎn)生偏振光由雙折射產(chǎn)生偏振光二、獲得偏振光的方法第13頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1213（1）由反射與折射產(chǎn)生偏振光自然光在兩種各向同性介質(zhì)的分界面上反射和折射時(shí)，不但光的傳播方向要改變，而且光的偏振狀態(tài)也要改變，所以反射光和折射光都是部分偏振光。在一般情況下，反射光是以垂直于入射面的光振動(dòng)為主的部分偏振光；折射光是以平行于入射面的光振動(dòng)為主的部分偏振光。第14頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1214n2n1a、反射光中垂直振動(dòng)強(qiáng)于平行的振動(dòng)；b、折射光中平行的振動(dòng)強(qiáng)于垂直振動(dòng)；c、反射光折射光偏振化的程度隨入射角的不同而不同。這里所說(shuō)的“垂直”和“平行”是對(duì)入射面而言的。第15頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1215反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)。1812年，布儒斯特由實(shí)驗(yàn)證明：若光從折射率為n1的介質(zhì)射向折射率為n2的介質(zhì)，當(dāng)入射角滿足這實(shí)驗(yàn)規(guī)律可用電磁場(chǎng)理論的菲涅耳公式解釋。時(shí)，反射光中就只有垂直于入射面的光振動(dòng)，而沒(méi)有平行于入射面的光振動(dòng)，這時(shí)反射光為線偏振光，而折射光仍為部分偏振光。這就是Brewster定律。其中i0叫做起偏角或布儒斯特角。布儒斯特定律第16頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1216

note：i0

—稱為布儒斯特角或起偏角折射光仍為部分偏振光

入射角為i0

，

反射光線垂直折射光線

證明：n2n1第17頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1217布儒斯特角不同于全反射的臨界角

當(dāng)且僅當(dāng)時(shí)，反射光才是線偏振光。且n1>n2或n1<n2都可以。

而全反射:入射角i

i臨都是全反射。由于故只有n1>n2才會(huì)發(fā)生全反射。n1n2rio第18頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1218有反射光干擾的櫥窗在照相機(jī)鏡頭前加偏振片消除了反射光的干擾第19頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1219例題：已知某材料在空氣中的布儒斯特角ip=580，求它的折射率？若將它放在水中（水的折射率為1.33），求布儒斯特角？該材料對(duì)水的相對(duì)折射率是多少？解：設(shè)該材料的折射率為n

，空氣的折射率為1放在水中，則對(duì)應(yīng)有所以：該材料對(duì)水的相對(duì)折射率為1.2。第20頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1220(1)平行光以60o的入射角由空氣射向一平板玻璃，此時(shí)發(fā)現(xiàn)反射光是完全偏振光,則折射光的折射角為

。玻璃的折射率為

。30o

因io+r=90o，所以折射角r=30o。又(2)某透明媒質(zhì)對(duì)空氣全反射的臨界角為45o,則光從空氣射向該媒質(zhì)時(shí)的布儒斯特角為

。54.7o所以io

=arctan第21頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1221理論實(shí)驗(yàn)表明：反射所獲得的線偏光僅占入射自然光總能量的7.4%，而約占85%的垂直分量和全部平行分量都折射到玻璃中?？梢岳貌Ａ瑏?lái)獲得線偏振光，只用一片玻璃的缺點(diǎn)：以布儒斯特角入射時(shí)，反射光雖為線偏振光，但強(qiáng)度太小透射光的強(qiáng)度雖大，但偏振度太小為解決這個(gè)矛盾，讓光通過(guò)由多片玻璃疊合而成的傾斜的片堆，并使入射角等于布儒斯特角，經(jīng)過(guò)多次的反射和折射，既能獲得較高的偏振度，光的強(qiáng)度也比較大。第22頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1222玻璃片堆的起偏和檢偏用玻璃片堆能增強(qiáng)反射偏振光的強(qiáng)度，提高折射光的偏振度················i0接近線偏振光··············玻璃片堆線偏振光自然光從空氣到玻璃第23頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1223（2）由二向色性產(chǎn)生偏振光二向色性是指有些各向異性的晶體對(duì)于光的吸收本領(lǐng)除了隨波長(zhǎng)改變外，還隨光矢量相對(duì)于晶體的方位而改變。·非偏振光線偏振光光軸電氣石晶片··例：當(dāng)振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振白光通過(guò)晶體后呈現(xiàn)出不同的顏色。天然晶體中，電氣石具有很強(qiáng)的二向色性。第24頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1224（3）雙折射晶體產(chǎn)生線偏振光在雙折射晶體中內(nèi)，自然光波被分解成光矢量互相正交的線偏振光傳播，把其中的一束光攔掉，便得到線偏振光。第25頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12251、基本概念普通光源發(fā)出的是自然光，用于從自然光中獲得偏振光的器件稱為起偏器人的眼睛不能區(qū)分自然光與偏振光，用于鑒別光的偏振狀態(tài)的器件稱為檢偏器2、偏振片是一種人工膜片，對(duì)不同方向的光振動(dòng)有選擇吸收的性能，從而使膜片中有一個(gè)特殊的方向，當(dāng)一束自然光射到膜片上時(shí)，與此方向垂直的光振動(dòng)分量完全被吸收，只讓平行于該方向的光振動(dòng)分量通過(guò)，即只允許沿某一特定方向的光通過(guò)的光學(xué)器件，叫做偏振片。這個(gè)特定的方向叫做偏振片的偏振化方向，用“

”表示。三、馬呂斯定律和消光比第26頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1226偏振片既可用作起偏器，又可用作檢偏器。偏振片自然光Io線偏振光從自然光獲得偏振光的過(guò)程——起偏偏振片（利用晶體的二向色性）是一種常用的起偏器第27頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1227???3、起偏器自然光通過(guò)偏振片后成為線偏振光，線偏振光的振動(dòng)方向與偏振片的偏振化方向一致。4、檢偏器用來(lái)檢驗(yàn)?zāi)骋皇馐欠衿窆?。方法：轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片，觀察透射光強(qiáng)度的變化。自然光：透射光強(qiáng)度不發(fā)生變化第28頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1228偏振光：透射光強(qiáng)度發(fā)生變化??????部分偏振光：偏振光通過(guò)偏振片后，在轉(zhuǎn)動(dòng)偏振片的過(guò)程中，透射光強(qiáng)度發(fā)生變化。第29頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1229光強(qiáng)無(wú)變化的是自然光若以光傳播方向?yàn)檩S，慢慢旋轉(zhuǎn)檢偏片，觀察透過(guò)偏振片的光

光強(qiáng)有變化，但最小值不為零的是部分偏振光光強(qiáng)有變化，但最小值為零(消光)的是線偏振光第30頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1230馬呂斯(EtienneLouisMalus1775-1812)法國(guó)物理學(xué)家及軍事工程師。出生于巴黎1808年發(fā)現(xiàn)反射光的偏振，確定了偏振光強(qiáng)度變化的規(guī)律1810年被選為巴黎科學(xué)院院士，曾獲得過(guò)倫敦皇家學(xué)會(huì)獎(jiǎng)?wù)?811年，他發(fā)現(xiàn)折射光的偏振5、馬呂斯定律第31頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1231馬呂斯定律的內(nèi)容強(qiáng)度為I0的偏振光，通過(guò)檢偏器后，透射光的強(qiáng)度為：

I=I0cos2α其中α為檢偏器的偏振化方向與入射偏振光的偏振化方向之間的夾角。AII0自然光I0I0/2光電接收器第32頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1232相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透射光強(qiáng)隨兩偏振片的透光軸的夾角而變化透光軸：允許透過(guò)的電矢量的方向稱為偏振片的透光軸Io為兩透光軸平行時(shí)的透射光強(qiáng)

I=Iocos2

當(dāng)它們的透光軸互相垂直時(shí)，透射光強(qiáng)應(yīng)為零。當(dāng)夾角為其它值時(shí)，透射光強(qiáng)由下式?jīng)Q定：第33頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1233檢偏器相對(duì)被測(cè)偏振器轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的最小透射光強(qiáng)與最大透射光強(qiáng)之比，稱為被測(cè)偏振器的消光比，消光比越小，偏振器件的質(zhì)量就越高。（人造偏振片的消光比約為0.001）第34頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1234α為線偏振光的光振動(dòng)方向ON與檢偏器透光方向OM間的夾角。??????一束光強(qiáng)為I0的自然光透過(guò)檢偏器，透射光強(qiáng)為I0/2解釋I=I0cos2α第35頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1235討論當(dāng)檢偏器以入射光為軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，透射光強(qiáng)度將有變化起偏器與檢偏器偏振化方向平行時(shí)：α=0或α=π，I=I0，透射光強(qiáng)度最大起偏器與檢偏器偏振化方向垂直時(shí)：α=π/2

或α=3π/2，I=0，透射光強(qiáng)度最小α為其它角度時(shí)，透射光的強(qiáng)度介于0～I(xiàn)0之間。馬呂斯定律是對(duì)偏振光的無(wú)吸收而言的，對(duì)于自然光并不成立。若是自然光I0，通過(guò)偏振片后，I＝I0/2，偏振片在這里實(shí)際上起著起偏器的作用當(dāng)兩個(gè)偏振片互相垂直時(shí)，光振動(dòng)沿第一個(gè)偏振片偏振化方向的線偏振光被第二個(gè)偏振片完全吸收，出現(xiàn)所謂的消光現(xiàn)象。第36頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1236[解]：由馬呂斯定律（1）（2）三個(gè)偏振片時(shí)，中間偏振片與前后兩偏振片夾角均為30°例兩個(gè)偏振片疊放在一起，強(qiáng)度為I0的入射自然光垂直照射其上，透射光強(qiáng)為I0/8，求：1）.這兩個(gè)偏振片的偏振化方向的夾角？2).若在兩偏振片中間再插入另一偏振片，其偏振化方向與前后兩片偏振片的偏振化方向夾角相等，那么通過(guò)三個(gè)偏振片后的透射光強(qiáng)又是多少？第37頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1237例題：在透振方向正交的起偏器M和檢偏器N之間，插入一片以角速度旋轉(zhuǎn)的理想偏振片P，入射自然光強(qiáng)為I0，試求由系統(tǒng)出射的光強(qiáng)是多少？???每旋轉(zhuǎn)偏振片P一周，輸出光強(qiáng)有“四明四零”。t=00,900,1800,2700時(shí)，輸出光強(qiáng)為零。t=450,1350,2250,3150時(shí)，輸出光強(qiáng)為。第38頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1238

檢偏用偏振器件分析、檢驗(yàn)光的偏振態(tài)I?P待檢光思考：

I不變？是什么光

I變，有消光？是什么光

I變，無(wú)消光？是什么光第39頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1239例自然光連續(xù)通過(guò)兩個(gè)疊在一起的偏振片后，透射光強(qiáng)為入射光強(qiáng)的四分之一，求兩個(gè)偏振片偏振化方向之間的夾角。解設(shè)兩偏振片偏振化方向間的夾角為，于是自然光Io由解得：=45°(or135°)。第40頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1240例一束光是自然光和線偏振光的混合。當(dāng)它通過(guò)一偏振片后，測(cè)得最大透射光強(qiáng)是最小透射光強(qiáng)的5倍，求入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比。解設(shè)入射光中自然光的光強(qiáng)為I1，線偏振光的光強(qiáng)為I2，則透射光強(qiáng)即入射光中自然光和線偏振光的光強(qiáng)之比為1:2。第41頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1241第二節(jié)晶體的雙折射有些透明媒質(zhì)，如玻璃、水、肥皂液等，不論光沿哪個(gè)方向，傳播速度都是相同的，媒質(zhì)只有一個(gè)折射率，這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向同性媒質(zhì)。同時(shí)還存在另一類媒質(zhì)，主要是透明晶體物質(zhì)，如方解石(化學(xué)成分是CaCO3)、石英、云母、硫磺等，光在其中傳播時(shí)，沿著不同方向有不同的傳播速率，這樣的媒質(zhì)稱為光學(xué)各向異性媒質(zhì)。光在晶體中的雙折射現(xiàn)象就是光學(xué)各向異性的表現(xiàn)。第42頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1242一.雙折射現(xiàn)象光線進(jìn)入光學(xué)各向異性媒質(zhì)(如方解石)后產(chǎn)生兩條折射光線的現(xiàn)象，稱為雙折射現(xiàn)象。天然的方解石晶體是雙折射晶體AB第43頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1243一條遵守通常的折射定律(n1sini=n2sinr)，折射光線在入射面內(nèi)，這條光線稱為尋常光線(ordinaryrays)，簡(jiǎn)稱o光。n1n2iioie(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光二、o光和e光另一條光線不遵守通常的折射定律，它不一定在入射面內(nèi)，這條光線稱為非常光線(extraordinaryrays)，簡(jiǎn)稱e光。第44頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1244

產(chǎn)生雙折射的原因:o光和e光的傳播速度不同。

o光在晶體中各個(gè)方向的傳播速度相同，因而折射率no=c/o=恒量。

e光在晶體中的傳播速度e隨方向變化，因而折射率ne=c/e是變量，隨方向變化。由于o光和e光的折射率不同，故產(chǎn)生雙折射。第45頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1245三、光軸主截面主平面（1）光軸實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在晶體內(nèi)部存在著某些特殊的方向，光沿著這些特殊方向傳播時(shí)，不發(fā)生雙折射現(xiàn)象，這個(gè)特殊方向稱為光軸。應(yīng)該注意，光軸僅標(biāo)志一定的方向，并不限于某一特殊的直線。102o方解石第46頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1246只有一個(gè)光軸的晶體，稱為單軸晶體，如方解石、石英、紅寶石等。有兩個(gè)光軸的晶體稱為雙軸晶體，如云母、硫磺、藍(lán)寶石等。在光軸方向上，o光和e光的傳播速度相同。若沿光軸方向入射，o光和e光具有相同的折射率和相同的波速，因而無(wú)雙折射現(xiàn)象。若光軸在入射面內(nèi)，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：o光、e光均在入射面內(nèi)傳播，且振動(dòng)方向相互垂直。第47頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1247某光線的傳播方向和光軸方向所組成的平面叫做該光線的主平面。

e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····o光和e光都是線偏振光，o光的振動(dòng)方向垂直于自己的主平面，e光的振動(dòng)方向平行于自己的主平面o光有o光的主平面，e光有e光的主平面o光、e光的主平面可能重合，也可能不重合（2）主平面第48頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1248（3）主截面由光軸和晶體表面的法線所組成的平面，稱為晶體主截面。例如，方解石的主截面是一平行四邊形。第49頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1249當(dāng)光線在晶體的主截面內(nèi)入射時(shí),主截面、o光和e光的主平面均重合。no=1.658,ne=1.486方解石的主截面oe第50頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1250四、晶體的主折射率正晶體負(fù)晶體光矢量振動(dòng)方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同?；莞寡芯侩p折射現(xiàn)象提出:在各向異性的晶體中，子波源會(huì)同時(shí)發(fā)出o光、e光兩種子波。o光的子波，各方向傳播的速度相同為v0，點(diǎn)波源波面為球面,振動(dòng)方向始終垂直其主平面。(如圖)o光只有一個(gè)光速vo

一個(gè)折射率no························vot光軸第51頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1251e光的子波,各方向傳播的速度不同。e光在平行光軸方向上的速度與o光的速度相同為v0點(diǎn)波源波面為旋轉(zhuǎn)橢球面,振動(dòng)方向始終在其主平面內(nèi).（如圖）光軸vetvote光在垂直光軸方向上的速度與o光的速度相差最大，記為ve，其相應(yīng)的折射率為ne.n0，ne稱為晶體的主折射率第52頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1252

正晶體:

ne>no(e<o)負(fù)晶體:

ne<no(e>o)子波源votvet光軸votvet光軸

正晶體

(vo>ve)

負(fù)晶體(vo<ve)子波源如石英、冰等。如方解石、紅寶石等。第53頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1253

在晶體中o光和e光以不同的速率傳播。o光的速率在各個(gè)方向上是相同的，所以在晶體中任意一點(diǎn)所引起的子波波面是一球面。e光的速率在各個(gè)方向上是不同的，在晶體中任一點(diǎn)所引起的子波波面可以證明是旋轉(zhuǎn)橢球面。

兩束光只有在沿光軸方向上傳播時(shí)，它們的速率才是相等的，其子波波面在光軸上相切；在垂直于光軸方向上兩束光的速率相差最大。正晶體O波面負(fù)晶體e波面第54頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1254單軸晶體中o光、e光的傳播（惠更斯作圖法）。以負(fù)晶體（ve>vo）為例：1.光軸平行晶體表面，自然光垂直入射

o、e光在方向上雖然沒(méi)有分開(kāi)，但速度是不同的，這仍稱作雙折射。

ee··光軸晶體··oo····第55頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12552光軸平行晶體表面，且垂直入射面，自然光斜入射，在入射面內(nèi)o光與e光都是各向同性的，它們都遵守折射定律r0oe····晶體光軸ire········voΔtveΔtoecΔt第56頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1256第三節(jié)晶體偏振器件一、偏振棱鏡（一）偏振起偏棱鏡使自然光入射晶體時(shí)，其中的一束線偏振光在偏振棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射，而只出射一束線偏振光。格蘭-湯姆遜棱鏡格蘭-付科棱鏡第57頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12571、格蘭-湯姆遜棱鏡當(dāng)光垂直于棱鏡端面入射時(shí)，o光和e光均不發(fā)生偏折，在斜面上的入射角等于棱鏡斜面與直角面的夾角。制作時(shí)使膠合劑的折射率大于并接近e光的折射率，但小于o光折射率，并選取棱鏡斜面與直角面的夾角大于o光在膠合面上的臨界角，這樣o光在膠合面上將發(fā)生全反射，并被棱鏡直角面上的涂層吸收，而e光由于折射率幾乎不變而無(wú)偏折地從棱鏡出射?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁす廨S光軸方解石方解石加拿大樹(shù)膠oe吸收涂層i第58頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1258當(dāng)上偏角大于某一值時(shí)，o光在膠層上的入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射而部分地透過(guò)棱鏡；當(dāng)下偏角大于某一值時(shí)，e光折射率增大與o光同時(shí)發(fā)生全反射，沒(méi)有光從棱鏡射出。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)可見(jiàn)光透明度高，能產(chǎn)生完善的線偏振光缺點(diǎn)：不適于用于高度會(huì)聚或發(fā)散的光束，有效使用截面小，價(jià)格昂貴當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱鏡時(shí)，棱鏡的全偏振角或孔徑角受到限制?？讖浇羌s為±14o第59頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12592、格蘭-付科棱鏡將加拿大樹(shù)膠用空氣薄層代替適用于紫外波段，能承受強(qiáng)光的照射，避免樹(shù)膠強(qiáng)烈吸收紫光的缺點(diǎn)?？讖浇遣淮螅干浔炔桓?。第60頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1260（二）偏振分束棱鏡利用晶體的雙折射，且光的折射角與光振動(dòng)方向有關(guān)的原理，改變振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，從而獲得兩束分開(kāi)的線偏振光。渥拉斯頓棱鏡洛匈棱鏡偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡，常用于偏振光干涉系統(tǒng)。一般采用方解石或石英為材料，兩半棱鏡光軸取向互相垂直。第61頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12611、渥拉斯頓棱鏡光從棱鏡1進(jìn)入棱鏡2時(shí)，光軸轉(zhuǎn)了90度

o光(點(diǎn))變e光光密光疏，偏離法線傳播折射角＞入射角

e光(道)變o光

靠近法線傳播進(jìn)入空氣后,均是由光密→光疏，∴可得到進(jìn)一步分開(kāi)的二束線偏振光。no(1.6584)＞ne(1.4864)平行自然光垂直入射到棱鏡端面，在棱鏡1內(nèi)，o光、e光以不同速度沿同一方向行進(jìn)。e·12方解石方解石········o第62頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1262例題圖示為一渥拉斯頓棱鏡的截面，它是由二塊銳角均為45o的直角方解石棱鏡粘合其斜面而構(gòu)成的。棱鏡ABC的光軸平行于AB，而棱鏡ADC的光軸垂直于圖截面。方解石對(duì)o光和e光的折射率分別為no=1.658,ne=1.486。當(dāng)自然光垂直AB入射時(shí)，問(wèn)：(1)圖中哪一條是o光,哪一條是e光?(2)=？

解(1)如圖所示。

(2)nosin45o=nesinrenesin45o=nosinro解得：re=52o,ro=39o于是=52o-39o=13o

eooe45o第63頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12632、洛匈棱鏡平行自然光垂直入射棱鏡，光在第一棱鏡中沿著光軸方向傳播，不產(chǎn)生雙折射，o光、e光都以o光速度沿同一方向行進(jìn)。進(jìn)入第二棱鏡后，光軸轉(zhuǎn)過(guò)90度，平行于圖面振動(dòng)的e光在第二棱鏡中變?yōu)閛光，這支光在兩塊棱鏡中速度不變，無(wú)偏折的射出棱鏡。垂直于圖面振動(dòng)的o光在第二棱鏡中變?yōu)閑光，石英的ne>n0，在斜面上折射光線偏向法線，得到兩束分開(kāi)的振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光。只允許光從左方射入棱鏡?！ぁぁぁさ?4頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1264二、波片也稱相位延遲器，能使偏振光的兩個(gè)互相垂直的線偏振光之間產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的相位延遲，從而改變光的偏振態(tài)。波片是透明晶體制成的平行平面薄片，其光軸與表面平行。對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)而言，當(dāng)o、e光在晶片中的光程差為的某個(gè)特定倍數(shù)時(shí)，這樣的晶片叫波晶片，簡(jiǎn)稱波片。第65頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1265ydxAAoAe線偏振光光軸λ當(dāng)一束線偏振光垂直入射到由單軸晶體制成的波片時(shí)，在波片中分解成沿原方向傳播但振動(dòng)方向互相垂直的o光和e光，相應(yīng)的折射率n0

、ne。兩光在晶片中的速度不同，當(dāng)通過(guò)厚度d的晶片后產(chǎn)生相應(yīng)的相位差為第66頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1266時(shí)為圓偏振光

振幅關(guān)系兩束振動(dòng)方向互相垂直且有一定相位差的線偏振光疊加，一般得到橢圓偏振光。ydxAAoAe線偏振光光軸λ第67頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1267波片制造時(shí)通常標(biāo)出快（或慢）軸，稱晶體中波速快的光矢量的方向?yàn)榭燧S，與之垂直的光矢量方向即為慢軸。負(fù)單軸晶體時(shí)，e光比o光速度快，快軸在e光光矢量方向即光軸方向，o光光矢量方向?yàn)槁S，正晶體正好相反。波片產(chǎn)生的相位差是慢軸方向光矢量相對(duì)于快軸方向光矢量的相位延遲量。第68頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12681、全波片厚度全波片產(chǎn)生整數(shù)倍的相位延遲，不改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。用于應(yīng)力儀中，以增大應(yīng)力引起的光程差值，使干涉色隨內(nèi)應(yīng)力變化變得敏感。對(duì)波長(zhǎng)為的光沒(méi)有影響（相位延遲2）。但是對(duì)別的波長(zhǎng)的光來(lái)說(shuō)是有影響的。第69頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12692、半波片半波片產(chǎn)生奇數(shù)倍的相位延遲，線偏振光通過(guò)半波片后仍然是線偏振光。第70頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1270若入射線偏振光的振動(dòng)方向與波片快軸（或慢軸）夾角為，出射線偏振光的振動(dòng)方向向著快軸（或慢軸）方向轉(zhuǎn)過(guò)。當(dāng)作用：可使線偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。若入射點(diǎn)處線偏振光分解的o、e光同相則出射點(diǎn)處仍是線偏振光:o、e光反相A0入A0出A入A出Ae入=

Ae出入光軸第71頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/1271若入射的是橢圓偏振光,經(jīng)1/2波片,出來(lái)仍是橢圓偏振光,但是旋轉(zhuǎn)的方向改變,而且橢圓的長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)過(guò)2角.圓偏振光入射時(shí)，出射光是旋向相反的圓偏振光。若入射的是圓偏振光(已有/2),經(jīng)1/2波片(又有),出來(lái)仍是圓偏振光,但是左旋右旋第72頁(yè)，課件共80頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2023/7/12723、四