第七節(jié)偏振光的變換和測定課件

（優(yōu)選）第七節(jié)偏振光的變換和測定12橢圓偏振光(Circularly polarized

light包括圓偏振光)x

AAxyAy)]?wt

+

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Ax

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i

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Ay

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v或者v

表示為:討論：為圓偏振光當(dāng)時(shí),為橢圓偏光。當(dāng)時(shí),問：什么條件下為線偏振光？2所以任意一個(gè)偏振光都可表示為:光矢量互相垂直沿同一方向傳播且位相差恒定的兩個(gè)線偏振光的合成。3?

波片通過o、e光之間的相位延遲，改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。1/2波片1/4波片2、線偏振光3、圓偏振光4、橢圓偏振光1、自然光通過波片y(光軸,Ay,Ae)4x(Ax,Ao)例題：

一束光強(qiáng)為

I

的線偏振光垂直入射到

1/4波片，其振動面與主截面間的夾角為θ，這里的波晶片是用方解石制成的最小厚度的1/4波5片。求1、透射光的偏振態(tài)；2、若是橢圓偏振光，長短軸的大小和方位及旋轉(zhuǎn)方向。(波長為589.3nm，θ<π/4)3、波晶片的最小厚度d。由于入射光的振動面在第2、4象限，在入射點(diǎn)的o、e兩光間存在±π的位相差。-

π

/2)

，總

的位相差為

3

π

/2(

或所以是左旋橢圓偏振光，在所取的坐標(biāo)系中，是正橢圓。7由Δφ

=2π(no–ne)d/λ=π/2得θ

<π/4長、短軸大小分別為Ae和Ao：Ae=Acosθ

,

Ao=Asinθ而

A=I1/2

,因此Ae=

I1/2

cosθ

,

Ao=

I1/2

sinθ波片的最小厚度：8一個(gè)質(zhì)點(diǎn)(一個(gè)振動矢量的端點(diǎn))同時(shí)參與方向相互垂直、頻率相同、相位差恒定的兩個(gè)

振動。若x方向振動的相位超前π/2：9二、偏振光的變換(Polarized

light’stransform)1、橢圓偏振光和圓偏振光的獲得方法：采用起偏器和λ/4波片從自然光中獲得自然光1/4波片Quarter-wave

platey橢圓偏振光圓偏振光x(快軸)θ≠45oθ=45o起偏器

Polarizerxy透光軸θ≠0oθ≠

90o線偏光θ10偏振光的產(chǎn)生與變換變換后變換前自然光線偏光圓偏光橢圓偏光線偏光

圓偏光橢圓偏光***************先通過一個(gè)起偏器，再通過一個(gè)快（慢）軸與起偏器成±45度的1/4波片先通過一個(gè)起偏器，再通過一個(gè)快（慢）軸與起偏器不成±45度或0度的1/4波片？？？？？？？通過起偏器通過一個(gè)快（慢）軸與起偏器成±45度的1/4波片通過一快（慢）軸與起偏器不成±45度或0度的

1/4波片通過一個(gè)1/4波片先通過一個(gè)1/4波片變?yōu)榫€偏光，再通過一快（慢）軸與起偏器不成±45度或0度的1/4波片11通過一快（慢）軸與橢圓的長（短）軸一致的

1/4波片先通過一個(gè)1/4波片變?yōu)榫€偏光，再通過一快（慢）軸與線偏光成±45度的1/4波片并考慮能量的變化三、偏振光的檢驗(yàn)用實(shí)驗(yàn)手段區(qū)分下列幾種光：（1）自然光（2）部分偏振光（3）線偏振光（4）橢圓偏振光（5）圓偏振光旋轉(zhuǎn)偏振片觀察光強(qiáng)如何變化1、存在消光若：——線偏振光2、光強(qiáng)不變——自然光或圓偏振光3、光強(qiáng)變化，無消光——部分或橢圓偏振12光自然光

圓偏振光加四分之一波片圓偏振光成為線偏振光加偏振片具有完全消光位置加1/4波片

偏振片13光強(qiáng)如不何變變化加四分之一波片橢圓偏振光成為線偏振光加偏振片具有完全消光位置加1/4波片

偏振片橢圓偏振光部分偏振光14強(qiáng)光弱強(qiáng)變?nèi)缁巫兓?、在插入波片之前，轉(zhuǎn)動偏振片，當(dāng)透光強(qiáng)度最大時(shí)，偏振片的透振方向就是橢圓的長軸方向，插入波片，并使波片的光軸沿橢圓的長軸方向；2、橢圓偏振光經(jīng)過1/4波片，沿x和y方向兩振動之間產(chǎn)生相位差若原來相位差為π/2，則成為1、3象限振動的線偏振光；若原來相位差為-π/2，則成為2、4象限振動的線偏振光；因此，轉(zhuǎn)動偏振片判斷消光時(shí)，偏振片的透振方向在何象限就能確定橢圓偏振光的旋轉(zhuǎn)方向15

。第八節(jié) 偏振光的干涉16(Interference

with

crystal

plates)偏振光的干涉現(xiàn)象奇妙的干涉色自然白光入射，在兩個(gè)線偏振器之間夾一塊用不同厚度的雙折射晶體拼制的花朵和葉片。17當(dāng)兩偏振器的透振方向正交時(shí)，出射光呈現(xiàn)美麗的紅花綠葉，這就是偏振光的干涉現(xiàn)象。如果轉(zhuǎn)動偏振器，使兩偏振器的透射方向平行，卻變成綠花紅葉的互補(bǔ)圖案。18第八節(jié) 偏振光的干涉橢圓偏振光線偏振光偏振光的干涉現(xiàn)象19平行偏振光的干涉（for

planewave）

兩個(gè)共軸的偏振片P1和P2之間插入一塊厚度為d的波晶片，三個(gè)元件彼此平行。直接用眼睛或屏幕觀察其強(qiáng)度隨各元件取向的變化。注意θ、α

都取小于π/2的正角20一、偏振光干涉的實(shí)驗(yàn)裝置1、振幅選取坐標(biāo)系： 一般總是取光軸方向?yàn)?/p>

y

軸，光線方向?yàn)閦

軸，垂直于光軸方向取

x

軸。如圖所示的坐標(biāo)系。平面圖(分析圖)：將兩個(gè)透振方向和光軸在幕上投影，并考慮坐標(biāo)。

二、平面偏振光干涉的強(qiáng)度分布21

??

22２、位相差考慮到P1、P2、光軸(y軸)之間可以有各種取向，位相差Δφ

′應(yīng)由二個(gè)因素決定：(1)由波晶片引起的位相差23相應(yīng)振動方向存在數(shù)值為π的附加位相差。θα(2)投影引入的位相差圖a所示情況：P1和P2的透振方向在同一象限時(shí)，投影到P2透振方向的兩光矢量方向相同。這時(shí)，不需要引入附加的位相差。圖b所示情況：P1和P2的透振方向在不同象限，投影到P2透振方向的兩光矢量方向相反，表明

24因此最后出射的兩束光的總的位相差（這里象限的劃分已被波晶片確定）3、合光強(qiáng)25合光強(qiáng)只與干涉裝置的參數(shù)有關(guān)形成干涉背景與波片的光程有關(guān)形成干涉項(xiàng)是由馬呂斯定律決定的背景光264、討論當(dāng)波長一定，若波晶片厚度d均勻，則無干涉條紋；

若波晶片厚度d不均勻，則有干涉條紋。1）平行(Parallel)偏振器系統(tǒng)：起偏器P1和檢偏器P2的透光軸相互平行，即：α

=θ若再令θ=45°，便有272）正交(Orthogonal)偏振器系統(tǒng)：起偏器P1和檢偏器P2的透光軸相互垂直，即：α

+θ=π/2

（注意α、θ均為銳角）這表示兩束光在P2的透光軸方向上的振幅相等，因此疊加后的總強(qiáng)度為又有得到28正交偏振器系統(tǒng)：若再令θ=45°，便有由此可分析強(qiáng)度與θ

和δ

的關(guān)系。平行偏振器系統(tǒng)：若θ=45°時(shí)，平行偏振器系統(tǒng)干涉條紋與垂直偏振器系統(tǒng)干涉條紋互補(bǔ)。2011-12-929當(dāng)光源采用包含各種成份的白光時(shí)，光強(qiáng)應(yīng)是各種單色光干涉強(qiáng)度的非相干疊加。分析1、白光干涉出現(xiàn)干涉色，干涉色與雙折射率、晶片的厚度有關(guān)；2、平行偏振器干涉場與垂直偏振器干涉場互補(bǔ)。3）白光(Achromatic

light)干涉(Interference)304）應(yīng)用：檢查材料有無雙折射313233例題134在兩個(gè)正交尼科耳棱鏡N1和N2之間垂直插

入一塊波片，發(fā)現(xiàn)N2后面有光射出。但當(dāng)N2繞入射光向順時(shí)針轉(zhuǎn)過

20

°

后，

N

2

的視場全暗。此時(shí)，把波片也繞入射光順時(shí)針轉(zhuǎn)過20

°，

N

2

的視場又亮了。問(1)

這是什么性質(zhì)的波片；

(2)

N要轉(zhuǎn)過多大角度才能使

N2

2視場又變?yōu)槿?。解：?dāng)N2的視場全暗時(shí)，入射到N2的是光矢量垂直于N2的透振方向的線偏振光，這就要

求N1出射的線偏振光經(jīng)波片后仍為線偏振光，說明波片為1/2波片。1、波片性質(zhì)；2、波片光軸與N1的透振方向的夾角；3、N2轉(zhuǎn)過多大角度才能使N2的視場又變?yōu)槿怠?5如圖，初始時(shí)兩個(gè)尼科耳棱鏡正交，

N2順時(shí)針過20o后，其透振方向與入射到N2的線偏振光的光矢量垂直，因此波片光軸與N1的透振方向的夾角為當(dāng)波片也順時(shí)針轉(zhuǎn)過20o后，這時(shí)N2的透振方向與入射到

N2的線偏振光的光矢量的夾角為50o，N2轉(zhuǎn)過40o角度才能使N2的視場又變?yōu)槿?6

。解：當(dāng)N2的視場全暗時(shí)，入射到N2的是光矢量垂

直于N2的透振方向的線

偏振光，這就要求N1出射的線偏振光經(jīng)波片后

仍為線偏振光，說明波

片為1/2波片。37兩個(gè)尼科耳棱鏡不是正交的情況。[

例題

2

]

兩尼科耳棱鏡的主