大学物理-光的偏振

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1、单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,光的偏振状态,一,.,线偏振光,E,播,传,方,向,振,动,面,面对光的传播方向看,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,E,E,y,E,x,y,x,第三章 光的偏振,(,Polarization of light),线偏振光的表示法：,光振动垂直板面,光振动平行板面,二,.,自然光,没有优势方向,自然光的分解,一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。,自然光的表示法：,三,.,部分偏振光,部分偏振光的分解,部分偏振光,部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干

2、的线偏振光。,部分偏振光的表示法：,平行板面的光振动较强,垂直板面的光振动较强,右旋圆,偏振光,右旋椭圆,偏振光,y,y,x,z,传播方向,/2,x,某时刻右旋圆偏振光,E,随,z,的变化,E,0,四,.,圆偏振光,椭圆偏振光,五,.,偏振度,I,p,部分偏振光中包含的完全偏振光的强度,I,t,部分偏振光的总强度,I,n,部分偏振光中包含的自然光的强度,完全偏振光,(,线、圆、椭圆,),P,=1,自然光,(,非偏振光,),P,=0,部分偏振光,0,P,n,o,负晶体,:,n,e,v,e,),负晶体,(,v,o,v,e,),子波源,(,e,o,),三,.,单轴晶体中光传播的惠更斯作图法,(,e,

3、o,),1.,光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,e,o,e,o,光轴,晶体,o,e,在方向上虽没分开，但速度上是分开的。,2.,光轴平行晶体表面，且垂直入射面，,自然光斜入射,晶体,光轴,i,r,0,r,e,o,o,t,e,t,e,o,e,c,t,3.,光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,o,e,晶体,光轴,e,方解石,光轴,o,e,o,此时,e,光的波面不再与其波射线垂直了,5,晶体光学器件,一,.,晶体起偏器件,1.,晶体的二向色性、晶体偏振器,某些晶体对,o,光和,e,光的吸收有很大差异，这叫晶体的,二向色性,电气石,光轴,e,光,电气石,光轴,可产生线偏振光,2.,偏振棱镜,偏光镜,:

4、,格兰,汤姆孙棱镜,偏光分束镜,:,沃拉斯顿棱镜,光轴,光轴,方解石,方解石,加拿大树胶,(,n,=1.55),o,e,吸收涂层,i,光轴的取向使,o,光、,e,光对应的恰是,n,o,、,n,e,。,n,o,(1.6584),n,(1.55),n,e,(1.4864),1,2,方解石,方解石,o,e,光轴,光轴,方解石,n,0,n,e,二,.,晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏,1.,晶片,相位延迟片,晶片,是,光轴平行表面的晶体薄片。,y,d,x,A,A,o,A,e,线偏振光,光轴,通过厚为,d,的晶片，,o,、,e,光产生相位差：,A,A,o,A,e,光轴,P,振幅关系,从晶片出射的是,两

5、束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差,的线偏振光，它们合成为一束,椭圆偏振光,。,时为圆偏振光,2.,波（晶）片,(1),四分之一波片,线偏振光,圆偏振光,线偏振光,线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光,（或相反）,线偏振光,椭圆偏振光,(2),二分之一波片,使线偏振光振动面转过,2,角度,A,0,入,A,0,出,A,入,A,出,A,e,入,=,A,e,出入,光轴,(3),全波片,三,.,椭圆与圆偏振光的检偏,用四分之一波片和偏振片,P,可区分出自然光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光,四分之一波片,圆偏振光,自然光,自然光,线偏振光,偏振片（转动）,线偏振光,I,不变,线偏振光

6、,I,变,有消光,以入射光方向为轴,四分之一波片,椭圆偏振光,部分偏振光,线偏振光,偏振片（转动）,线偏振光,I,变,有消光,部分,偏振光,光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置,线偏振光,I,变,无消光,6,偏振光的干涉,一,.,偏振光干涉装置,d,晶片,C,偏振片,P,2,偏振化方向,单色,自然光,偏振片,P,1,偏振化方向,光轴方向,二,.,偏振光干涉的分析,1.,振幅关系,P,2,P,1,C,A,1,A,e,A,o,A,2,o,A,2,e,在,P,2,后，两束光振动方向平行，振幅为：,通过晶体,C,后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过,P,2,后,（若

7、,P,1,、,P,2,夹角小于,，则无附加相差,）,2.,相位关系,相长干涉,相消干涉,若单色光入射，且,d,不均匀，则屏上出现等厚干涉条纹。,三,.,色偏振,白光入射，晶片,d,均匀,屏上,由于某种颜色干涉相消，而呈现它的,互补色,这叫（显）,色偏振,。,若,d,不均匀，则屏上出现彩色条纹。,如,红色,相消,绿色,；,蓝色,相消,黄色,，,7,人工双折射,人为地造成各向异性，而产生双折射。,一,.,光弹效应,(,应力双折射效应,),P,1,P,2,d,F,S,F,干涉,有机玻璃,C,应力,各向异性,各向不同,n,各向不同,在一定应力范围内：,各处 不同,各处 不同,出现干涉条纹,变,变,干涉

8、情况变。,二,.,电光效应,电光效应也叫电致双折射效应,1.,克尔效应,(1875,年,),l,+,-,45,45,P,1,P,2,克尔盒,d,不加电场,液体各向同性,P,2,不透光,加电场,液体呈单轴晶体性质，,二次电光效应,E,电场强度，,k,克尔常数,克尔效应引起的相位差为：,克尔盒相当于半波片，,P,2,透光最强。,时，,光轴平行,P,2,透光,2.,泡克尔斯效应,(1893,年,),电光晶体,+,。,。,-,P,1,P,2,K,K,泡克尔斯盒,硝基苯 ，若,l,=,3cm,d,=,0.8cm,=600nm,的黄光，则产生,k,=,时的电压,。,克尔盒的应用,:.,克尔盒的缺点,:.,

9、不加电场,P,2,不透光,加电场,晶体变双轴晶体,原光轴方,泡克尔斯效应引起的相位差,线性电光效应,n,o,o,光在晶体中的折射率；,V,电压；,r,电光常数。,应用,:,三,.,磁致双折射,科顿,穆顿效应,向附加了双折射效应,P,2,透光。,8,旋光现象,一,.,物质的旋光性,使线偏振光的振动面发生旋转,旋光物质,a,旋光率,二,.,菲涅耳的解释,线偏振光可看作是,同频率、等振幅、有确定相位差的左,(,L,),、右,(,R,),旋圆偏振光的合成。,旋转的角度：,d,E,E,L,E,R,o,光通过旋光物质后，初相,要滞后,E,L,E,R,E,(a),(b),E,L,E,R,E,R,L,同一时刻

10、,(a),(b),d,设入射时,L,、,R,初相为,0,，旋光物质长,d,在出射面上,:,由图示，有：,令,旋光率,则,三,.,量糖术,对溶液有,溶液的旋光率,c,溶液的浓度,溶液的比旋光率,“,量糖计”,四,.,磁致旋光,d,磁致旋光物质,B,旋转的角度,V,费德尔常量，,对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由旋光物质本身决定的，与光的传播方向无关。,反射镜,入射光,左旋,反射镜,反射光,左旋,对磁致旋光物质，光沿 与逆 方向传播，振动面旋向相反。,反射镜,反射光,右旋,B,反射镜,入射光,左旋,B,光隔离器,消除反射光的干扰,（本章编者：李桂琴 崔砚生）,波动光学部分结束,B,P,M,磁致旋光物质,