第七节 偏振光的变换和测定.ppt

第七节偏振光的变换和测定 一 偏振光 Polarizedlight 的表示 1 线偏振光 Linearlypolarizedlight 的分解 若是2 4象限振动的线偏振光 如何分解 2椭圆偏振光 Circularlypolarizedlight包括圆偏振光 讨论 问 什么条件下为线偏振光 所以任意一个偏振光都可表示为 a 光矢量互相垂直b 沿同一方向传播且位相差恒定的两个线偏振光的合成 波片 通过o e光之间的相位延迟 改变入射光的偏振态 1 2波片1 4波片 2 线偏振光3 圆偏振光4 椭圆偏振光 1 自然光通过波片 例题 一束光强为I的线偏振光垂直入射到1 4波片 其振动面与主截面间的夹角为 这里的波晶片是用方解石制成的最小厚度的1 4波片 求1 透射光的偏振态 2 若是椭圆偏振光 长短轴的大小和方位及旋转方向 波长为589 3nm 4 3 波晶片的最小厚度d 取光轴为y轴 光沿z轴方向传播 波片产生的位相差 方解石是负晶体 注意 光程较小的 相应位相超前 由于入射光的振动面在第2 4象限 在入射点的o e两光间存在 的位相差 总的位相差为3 2 或 2 所以是左旋椭圆偏振光 在所取的坐标系中 是正椭圆 长 短轴大小分别为Ae和Ao 波片的最小厚度 由 2 no ne d 2得 4 Ae Acos Ao Asin 而A I1 2 因此 Ae I1 2cos Ao I1 2sin 一个质点 一个振动矢量的端点 同时参与方向相互垂直 频率相同 相位差恒定的两个振动 若x方向振动的相位超前 2 二 偏振光的变换 Polarizedlight stransform 1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得方法 采用起偏器和 4波片从自然光中获得 偏振光的产生与变换 变换前 变换后 自然光 线偏光 圆偏光 椭圆偏光 线偏光 圆偏光 椭圆偏光 通过起偏器 通过一个快 慢 轴与起偏器成 45度的1 4波片 通过一快 慢 轴与起偏器不成 45度或0度的1 4波片 通过一个1 4波片 先通过一个1 4波片变为线偏光 再通过一快 慢 轴与起偏器不成 45度或0度的1 4波片 通过一快 慢 轴与椭圆的长 短 轴一致的1 4波片 先通过一个1 4波片变为线偏光 再通过一快 慢 轴与线偏光成 45度的1 4波片 并考虑能量的变化 三 偏振光的检验 用实验手段区分下列几种光 1 自然光 2 部分偏振光 3 线偏振光 4 椭圆偏振光 5 圆偏振光 观察光强如何变化 1 存在消光 若 线偏振光 2 光强不变 自然光或圆偏振光 3 光强变化 无消光 部分或椭圆偏振光 光强不变 光强如何变化 强弱变化 光强如何变化 1 在插入波片之前 转动偏振片 当透光强度最大时 偏振片的透振方向就是椭圆的长轴方向 插入波片 并使波片的光轴沿椭圆的长轴方向 2 椭圆偏振光经过1 4波片 沿x和y方向两振动之间产生相位差 若原来相位差为 2 则 成为1 3象限振动的线偏振光 若原来相位差为 2 则 成为2 4象限振动的线偏振光 因此 转动偏振片判断消光时 偏振片的透振方向在何象限就能确定椭圆偏振光的旋转方向 第八节偏振光的干涉 偏振光的干涉现象 Interferencewithcrystalplates 奇妙的干涉色 自然白光入射 在两个线偏振器之间夹一块用不同厚度的双折射晶体拼制的花朵和叶片 当两偏振器的透振方向正交时 出射光呈现美丽的红花绿叶 这就是偏振光的干涉现象 如果转动偏振器 使两偏振器的透射方向平行 却变成绿花红叶的互补图案 第八节偏振光的干涉 偏振光的干涉现象 平行偏振光的干涉 forplanewave 两个共轴的偏振片P1和P2之间插入一块厚度为d的波晶片 三个元件彼此平行 直接用眼睛或屏幕观察其强度随各元件取向的变化 注意 都取小于 2的正角 一 偏振光干涉的实验装置 1 振幅选取坐标系 一般总是取光轴方向为y轴 光线方向为z轴 垂直于光轴方向取x轴 如图所示的坐标系 平面图 分析图 将两个透振方向和光轴在幕上投影 并考虑坐标 二 平面偏振光干涉的强度分布 位相差 考虑到P1 P2 光轴 y轴 之间可以有各种取向 位相差 应由二个因素决定 1 由波晶片引起的位相差 图a所示情况 P1和P2的透振方向在同一象限时 投影到P2透振方向的两光矢量方向相同 这时 不需要引入附加的位相差 图b所示情况 P1和P2的透振方向在不同象限 投影到P2透振方向的两光矢量方向相反 表明相应振动方向存在数值为 的附加位相差 2 投影引入的位相差 因此最后出射的两束光的总的位相差 这里象限的划分已被波晶片确定 3 合光强 合光强 形成干涉背景 形成干涉项 是由马吕斯定律决定的背景光 4 讨论 1 平行 Parallel 偏振器系统 起偏器P1和检偏器P2的透光轴相互平行 即 若再令 45 便有 当波长一定 若波晶片厚度d均匀 则无干涉条纹 若波晶片厚度d不均匀 则有干涉条纹 2 正交 Orthogonal 偏振器系统 起偏器P1和检偏器P2的透光轴相互垂直 即 2 注意 均为锐角 这表示两束光在P2的透光轴方向上的振幅相等 因此叠加后的总强度为 又有 得到 若再令 45 便有 正交偏振器系统 平行偏振器系统 若 45 时 由此可分析强度与 和 的关系 平行偏振器系统干涉条纹与垂直偏振器系统干涉条纹互补 2011 12 9 当光源采用包含各种成份的白光时 光强应是各种单色光干涉强度的非相干叠加 分析1 白光干涉出现干涉色 干涉色与双折射率 晶片的厚度有关 2 平行偏振器干涉场与垂直偏振器干涉场互补 3 白光 Achromaticlight 干涉 Interference 4 应用 检查材料有无双折射 例题1 在两个正交尼科耳棱镜N1和N2之间垂直插入一块波片 发现N2后面有光射出 但当N2绕入射光向顺时针转过20 后 N2的视场全暗 此时 把波片也绕入射光顺时针转过20 N2的视场又亮了 问 1 这是什么性质的波片 2 N2要转过多大角度才能使N2的视场又变为全暗 解 当N2的视场全暗时 入射到N2的是光矢量垂直于N2的透振方向的线偏振光 这就要求N1出射的线偏振光经波片后仍为线偏振光 说明波片为1 2波片 1 波片性质 2 波片光轴与N1的透振方向的夹角 3 N2转过多大角度才能使N2的视场又变为全暗 如图 初始时两个尼科耳棱镜正交 N2顺时针转过20o后 其透振方向与入射到N2的线偏振光的光矢量垂直 因此波片光轴与N1的透振方向的夹角为 当波片也顺时针转过20o后 这时N2的透振方向与入射到N2的线偏振光的光矢量的夹角为50o N2转过40o角度才能使N2的视场又变为全暗 解 当N2的视场全暗时 入射到N2的是光矢量垂直于N2的透振方向的线偏振光 这就要求N1出射的线偏振光经波片后仍为线偏振光 说明波片为1 2波片 两个尼科耳棱镜不是正交的情况 例题2 两尼科耳棱镜的主截面夹角为600 中间插入一块方解石的1 4波片 其主截面平分上