制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院：

1,制作者：赣南师范学院物理与电子信息学院：王形华,光在晶体中的传播(3)偏振光的干涉及其应用,2,相关知识点复习:1、双折射现象：一束光线照射到晶体的表面，在晶体内产生两条折射线，一条总是符合普通的折射定律，电矢量的振动方向与主平面垂直，称为寻常光o光，而另一条却常常违背它，电矢量的振动方向与主平面平行，称之为非寻常光e光.（都是100%的线偏振光）。2、主折射率：no=c/v0ne=c/ve,3,3、晶体偏振器：利用晶体的双折射现象可以制作晶体偏振器。常见的有洛匈棱镜、渥拉斯顿棱镜、尼科耳棱镜。任何光波通过晶体偏振器后出射光都是线偏振光，其偏振方向与偏振器的透振方向相同。,4,4、波晶片位相延迟片：利用晶体的双折射现象可以制作出波晶片即位相延迟片：=oe=2d（neno）/（/4片、/2片、全波片）线偏振光通过波晶片后，一般情形下为椭圆偏振光，在一定条件下，退化为圆偏振光或线偏振光。5、干涉条件：频率相同，存在相互平行的振动分量，位相差稳定。,5,新授:4偏振光的干涉及其应用,偏振光的干涉现象在实际中有许多应用，它的基本原理可以通过一个典型装置两偏振器间放一块波晶片来阐明。,6,一、偏振器间的波晶片1、实验装置,7,2、实验现象（1）当波晶片的厚度均匀时，单色光入射，幕上照度是均匀的，转动任何一个元件，幕上的强度都会变化。（2）白光入射时，幕上出现彩色，转动任何元件时，幕上的彩色发生变化。（3）如果波晶片厚度不均匀，幕上出现干涉条纹，白光照明时出现彩色条纹。（4）用一块透明塑料代替波晶片，可能有条纹也可能没有；但给塑料加压力后，会出现干涉条纹，条纹随所加压力的大小而改变。,8,3、理论分析偏振片I、透振方向P1,偏振片、透振方向P2,在波晶片内建立直角坐标系e轴、o轴,e轴与P1的夹角为,e轴与P2的夹角为.入射光偏振片（P1）波晶片（e轴、o轴）偏振片（P2）出射光.,9,10,由上图分析可知：Ae=A1cosAo=A1sinAe2=Aecos=A1coscosAo2=Aosin=A1sinsin出射光:E2=Ee2+Eo2设Ee2、Eo2的位相差为，则:A2=(Ae22+Ao22+2Ae2Ao2cos)1/2I2=A22=Ae22+Ao22+2Ae2Ao2cos,干涉项,11,由三个因素决定：（1）入：线偏振光在e轴、o轴坐标系中方向不同引起入=0或（一、三象限为0，二、四象限为）（2）波晶片引起的位相差：=oe=2d（neno）/（3）：e轴、o轴、P2轴，坐标投影引起的位相差=0或（e轴、o轴正方向对P2轴的两个投影方向一致，=0，若两个投影方向相反，=）=入+=入+2d（neno）/,0,+,12,讨论：（1）P1P2,e轴为其对角线.=450入=0=+I2=(A12/2)1+cos(+)=(A12/2)(1cos),13,（2）P1、e轴不动,P2转到与P1平行（P1P2）=450入=2+I2=(A12/2)(1cos),14,小结：I2=(A12/2)(1cos)（P1P2、e轴为其对角线：=450）,I2=(A12/2)(1cos)（P1P2、e轴为其对角线：=450）,若：=2k（即全波片）cos=1对于P1P2I2=0（消光）对于P1P2I2=A12（极大）显然转动任何一个元件，幕上的强度都会变化，这便是实验中（1）描述的现象。,15,二、显色偏振1、白光是各种波长的单色光组成的，如果其中缺了某种颜色（如缺红色），则呈现它的互补色（绿色）。2、对于给定的波晶片，对于某一单色光的波长1满足:1=oe=2d（neno）/1=2k则:cos1=1P1P2I2=0（消光、暗场）P1P2I2=A12（极大、亮场）对于另一单色光的波长2满足:2=oe=2d（neno）/2=（2k+1）(k取整数)cos2=1P1P2I2=A12（极大、亮场）P1P2I2=0（消光、暗场）,16,如果入射光中同时包含波长为1和2的光，则P1P2时显示出波长为2的颜色，P1P2时显示出波长为1的颜色。白光中包含各种可能波长的光，随着P2的转动，将显示出各种色彩的变化。这便是实验中（2）描述的现象，这种现象叫做显色偏振。,17,三、偏振光的干涉以上讨论的几种情况，幕上的干涉场中只有均匀的亮暗颜色的变化，但没有出现干涉条纹,这是因为晶片的厚度是均匀的.如果换一块厚度不均匀的晶片，情况怎样？由于d的各处不同，位相差（=入+、=2d（neno）/）也不同，用透镜将晶片的出射光成像于幕上，则幕上相应点的强度也不同，出现等厚干涉。,18,19,1、波长为的单色光正入射并且P1P2时，厚度d满足：=oe=2d（neno）/=2k处cos=1I2=0（消光、出现暗纹）厚度d满足：=oe=2d（neno）/=(2k+1)处cos=1I2=A12（极大、出现亮纹）2、P1P2时，同样分析，可以得到类似的结果。,20,3、用白光照明时，各种波长的光的干涉条纹不一样，在某种颜色的光出现暗纹的地方，就显示出它的互补色，这样，幕上就出现彩色条纹，这便是实验中（3）描述的现象。以上即为偏振光的干涉。,21,四、光测弹性=入+入：线偏振光在e轴、o轴坐标系中方向不同引起：波晶片引起的位相差=oe=2d（neno）/：e轴、o轴、P2轴，坐标投影引起的位相差前面讨论了d、对也即的影响，由此讨论了偏振光的干涉，同样的折射率之差（neno）也是一个影响也即的因素。,22,1、应力的影响对于一些晶体或媒质在成形的过程中，由于内应力的不均匀，会导致晶体或媒质一定程度的各向异性，如玻璃或塑料的退火过程，退火好是各向同性的，退火不好，则会产生一定程度的各向异性，导致媒质内不同点的neno不一样，产生不同的位相差，其会在干涉条纹上反应出来。对于一些媒质，如玻璃或塑料，给其外加应力，也会导致各向异性，应力越集中的地方，各向异性越强，干涉条纹越密。这就是实验中（4）所看到的现象。,23,24,2、光测弹性仪利用压力不同，导致媒质各向异性，从而引起偏振光干涉条纹变化，并由此来分析应力分布的仪器称为光测弹性仪。（1）检测各种光学元件（如透镜、棱镜）的性能。（2）机械工件、桥梁、水坝设计中应考虑的应力影响的测定（要建立模型进行）。（3）矿井冒顶预测、地震预报（矿井冒顶前及地震前岩层内将出现很大的应力）。,25,五、克尔效应与泡克耳斯效应1、克尔效应：在一个有平行玻璃窗的小盒内封着一对平行板电极，盒内充有硝基苯（C6H5NO2）的液体。两偏振片的透振方向垂直（P1P2），极间电场与它们成450.(见图46）,26,E,27,实验表明：电极间不加电压时，没有光线射出这对正交的偏振片，这表明盒内液体没有双折射效应（=0）。当两极板间加上适当大小的强电场（E104V/cm），就有光线透过这个光学系统。这表明，盒内液体在强电场作用下变成了双折射物质，它把进来的光分解成e光和o光，使它们之间产生附加位相差，从而使出射光一般成为椭圆偏振光。,28,进一步的实验表明，在克尔效应中（neno）E2/2=（neno）d/E2d/或/2=BE2d/B:物质的克尔常数克尔盒有很多缺点：对硝基苯液体的纯度要求很高（否则克尔常数下降，弛豫时间变长）、有毒、液体不便携带等。克尔盒逐渐为某些具有电光效应的晶体所代替。,29,2、泡克耳斯效应某些晶体（如KDP：磷酸二氢钾：KH2PO4）附加的位相差与电场强度的一次方成正比（线性光电效应），此称为泡克耳斯效应。用此类晶体来代替克尔盒，其可以克服克尔盒的有