光学4-2(基础物理课堂讲稿下第二十讲).ppt

第四章 光的偏振(续) 第二十讲,4.5 双折射现象,1669.(丹)巴塞林纳斯-方解石(CaCO3)-双折射现象,方解石,S,o光,e光,起因：各向异性晶体中, 各方向 波速不同-有双折射现象,特点：,O光满足折射定律- 寻常光；,旋转晶体时,e光不满足折射定律- 非常光.,O光不动,e光随晶体旋转.,o光,e光,一般 vO ve， nO ne,vO与传播方向无关,ve与传播方向有关。,光轴,存在一个特殊方向无双折射现象-光轴方向,改变入射光方向并旋转晶体发现:,晶体内有一个特定方向不发生双折射.,说明在这个方向上o、e光折射率相同,特定方向入射,e光= O光,光轴,单轴晶体(方解石,石英,红宝石); 双轴晶体(云母, 硫磺,蓝宝石),光轴是一特殊的方向, 凡平行于此方向的直线均为光轴,vO = ve,nO= ne,O光和e光均为线偏振光,O光振动矢量垂直於O 光主平面；,e光振动矢量平行於e光主平面.,o光,光轴,o 光的 主平面,(o光振动垂直o 光主平面),主平面: 光线方向与光轴所成平面.,e光,光轴,e 光的 主平面,(e 光振动在e 光主平面内),一般o光主平面与e光主平面不重合, 但夹角很小,主截面: 包含光轴且与晶体表面垂直的平面.,入射面: 入射光线与晶体表面法线构成的平面.,若入射面与主截面重合,三面重合(o光主平面,e光主平面,主截面),自证,近似: o光e光,4.6 惠更斯作图法,单轴晶体中的波面,设晶体内有一个次波源,在t=0时刻发次波,t=1时刻的波面如图,o,e,正晶体,负晶体,平行光轴截面,垂直光轴截面,负晶体,正晶体,o光恒为球面, e光为旋转椭球面,/光轴：光速相等o,光轴： o光no, o ;,e光ne, e,波 面 形 状 不 同,O光各方向光速相等; e光光速与方向有关.,原因:,用惠更斯作图法确定光在晶体中的传播,设t = 0 时刻入射光波面到AB,t = t 时刻波面到,t = 2t 时刻波面到,t = 3t 时刻波面到,DC,AD = v2 3t,BC = v1 3t,折射光,折射定律,(1)光轴平行入射面且与晶体表面斜交,自然光斜入射,分析：,入射面(纸面)与主截面重合,三面重合,(O光主平面、e光主平面、主截面),负晶体,若光轴微外翘呢？,(2)光轴平行入射面且与晶体表面斜交,自然光垂直入射,负晶体,分析：,左右两边的次波波面一样大,O光的次波波面是球面, D点在正下方, 折射角O=0,e光的次波波面是椭球面, E点偏右, 折射角e0,三面重合, O光e光,(3)光轴平行晶体表面,自然光垂直入射,O,e 光传播方向相同，但传播速度不同。,分析：,D,E,光轴平行晶体表面, D点和E点都在正下方,从晶体出射后，二者产生相位差,(重要!),(4)光轴垂直入射面,自然光斜入射,光轴,负晶体,分析：,光轴入射面入射面截出两个同心半园,切点D、E都在入射面内 O光e光,两个同心半园O光和e光都遵循折射定律,提问：,若线偏振光入射，则入射面? 入射面? 其它情况?,4.7 偏振棱镜,目的：将O光和e光大分开，以便获得极纯的线偏振光; 出射的光束与入射方向一致,以便光路调节。,回倾全反射条件：,结论：从光密介质n1光疏介质n2存在全反射角i0，,当入射角ii0时，便全反射，无折射光。,加拿大透明树胶,方解石,77,O光,线偏振光,自然光,尼科耳棱镜如图：,已知在方解石中：,O光全反射,光轴,e光,68,(被吸收掉了),吸收层,特点：能获得极纯的线偏振光；出射光束与入射光束方向一致。,格兰-汤普森棱镜,是尼科耳棱镜的改进型如图,原理与尼科耳棱镜相同,自然光,纯线偏振光,设计技巧：,长方体长,光轴晶体表面,第一棱镜内O光e光同向,胶合面处O光入射角,全反射,直角棱镜加工容易,特点：能获得极纯的线偏振光； 出射光束与入射光束方向一致。,Ex=E0xcos(t+x),Ey=E0ycos(t+y),4.8 波片和补偿器,目的:控制O,e光间改变出光偏振状态,回顾:ExEy的合成,结论：,=一般值 一般斜椭园,=特殊值 特殊椭园,=2k或(2k+1) 斜直线,=2k+/2 右旋正椭圆(顺时针),=2k+3/2 左旋正椭圆(逆时针),例如：=y- x=/2,右旋正椭圆(顺时针),0,O光e光且O= e,(来自同一波列),若O光与e光相位差,对O光和e光来说：,正椭圆偏振光,=/2, 波片,光轴平行晶体表面波晶片,O光和e光经过晶体后：,其光程差为：,其相位差为:,可见：通过d可设计O,e光间可改变出射光的偏振状态,总结：,波片相位延迟器设计O光和e光之间,1/4波片O光和e光之间=2k+/2,1/2波片O光和e光之间=2k+,线偏振光波片椭圆偏振光,线偏振方向,光轴,椭圆偏振光,线偏振光/4波片且=45,/2波片线偏振光转过2(自证), 补偿器,-任意改变光程差的器件,巴比涅补偿器,波片-光程差固定了,如图,光轴,光轴,设计技巧:,左右两光轴互垂直,左O光变成右e光,左e光变成右O光,出射光中O光与e光的相位差:,不同部位 d1、d2不同不同,用法：将补偿器向上或向下移动，可找到设计要求的。, 偏振光的检验,线偏振光的检验:,旋转检偏器，消光者为线偏振光。,椭园偏振光和部分偏振光的检验:,旋转检偏器，有部分消光者为:,采用1/4波片波片,其光轴放在最亮或最暗的方位上。,若是椭园偏振光,最亮方向光振动与最暗方向光振动的前 =/2.,经1/4波片后,又增加/2,O光和e光之间总=,线偏振光,旋转检偏器,消光者为椭园偏振光,若是部分偏振光,因无固定相位无消光,入射波片前,园偏振光和自然光的检验:,旋转检偏器，无部分消光者为:,采用1/4波片波片,若是园偏振光,相互垂直的两光振动前 =/2.,经1/4波片增加/2,O光和e光之间总=,线偏振光,旋转检偏器,