光学教程(姚启钧) 第5章 光的偏振-2

1,5.6偏振器件,2,把晶体制成双折射棱镜，从普通光源中获得线偏振光,71,尼科耳棱镜的制作过程,结构：取长度约为宽度3倍的方解石晶体,1、尼科耳棱镜的制作,一、尼科耳棱镜（Nicolprism）,尼科耳棱镜的制作过程,此角从71磨成为68,涂上加拿大树胶,68,尼科耳棱镜的制作过程,两块重新粘连成一块棱镜的粘合面,A,D,C,B,尼科耳棱镜的横截面,E,F,注意剖面（粘合面）AECF和面ABCD的特点！,5,68,71,A,C,剖面AECF要求,与ABCD相互垂直，两面交线为AC,与晶体的两端面相互垂直，,6,2、尼科耳棱镜原理,77,13,13,入射光：,加拿大树胶,o光被涂黑的镜壁吸收,e光从光疏介质射入光密介质，不发生全反射,o光从光密介质射入光疏介质，发生全反射,入射光SMAD，在棱镜表面上的入射角为：,o光全反射临界角,在棱镜ABC内分成o光和e光，o光折射角13，在加拿大树胶上的入射角为77ioc，发生全反射！e光通过棱镜ADC出射！,22,尼科耳棱镜可以用作起偏器与检偏器,起偏器,检偏器,8,光轴方向,光轴方向,由两块直角方解石棱镜胶合而成,两棱镜,光轴平行于各自表面,光轴相互垂直,2、沃拉斯顿棱镜原理,自然光垂直于AB面（垂直于光轴）入射时,棱镜ADB的主截面在屏面内,棱镜CDB的主截面垂直于屏面,棱镜ADB产生的o光e光不分开,棱镜ADB中o光e光速度不同,二、沃拉斯顿棱镜,9,E矢量垂直于屏面的偏振光,对ADB为o光，对CDB为e光,该束光从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折；从CDB向外偏折时，进一步向远离法向MN方向偏折,E矢量在屏面内的偏振光,对ADB为e光，对CDB为o光,该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折；从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折,从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光,当沃拉斯顿棱镜顶角不很大时，两束出射光几乎对称地分开,可以证明两束出射光夹角,10,1、波片结构,从单轴晶体切出的平行平面薄片，光轴与表面平行。光垂直入射时，主截面为o-xz,A,Ao,Ae,线偏振光垂直入射到波片上，分成o光和e光，对于负晶体：,光轴方向,x方向快轴，y方向慢轴,o光e光不分开，但传播速度不同，通过波片后会产生位相差,三、波片,11,2、波片产生的位相差,设波片的厚度为d,o光e光的光程差,o光e光的位相差,晶体一定时，和由厚度d决定,四分之一波片,光程差,位相差,实际取,实际取,二分之一波片,全波片,12,5.7椭圆偏振光和圆偏振光,13,椭圆偏振光：在光的传播方向上，电矢量的端点在波面内描绘出一个椭圆,圆偏振光：在光的传播方向上，电矢量的端点在波面内描绘出一个圆（椭圆偏振光的特例）,考虑,频率相同,振动方向相互垂直,位相差恒定,沿z方向传播的两线偏振光的叠加,例上述两线偏振光的获得：设线偏振光正入射到波片上，振动方向与光轴成角，入射光被分成o光（沿y轴，初位相为y）和e光（沿x轴，初位相为x）,o光和e光从波片出射后,有恒定的位相差,传播速度相同,一、圆和椭圆偏振光的描述,14,两线偏振光的波动方程为,合成波的波动方程为,（1）；,（2）,由（1）和（2）消除时间t，得关于Ex、Ey的方程（电矢量E的矢端轨迹方程）：,（1）,（2）,电矢量E作周期性的运动，与Ex和Ey有相同的周期,15,椭圆的一般方程,结论：电矢量E的矢端轨迹为椭圆椭圆偏振光,边长为2Ax、2Ay的矩形，椭圆与其内切,Ex在Ax之间变化,Ey在Ay之间变化,椭圆主轴（长轴）与x夹角,16,讨论：椭圆的形状与Ax、Ay和有关，分析几种特殊情形,（1）=0或2的整数倍：,直线方程（一、三象限的对角线）,（2）=2的半整数倍：例=,直线方程（二、四象限的对角线）,17,（3）=/2及其奇数倍：例=/2,标准椭圆方程，主轴与坐标轴重合,若Ax=Ay，则电矢量E的矢端轨迹为圆圆偏振光,（4）0/2：,一般椭圆方程,例线偏振光正入射到1/4波片上，振动方向和光轴方向成45角，则o光和e光等振幅Ax=Ay，=/2，出射光为圆偏振光。,18,（h）,3/22,19,20,二、椭圆偏振光的旋向,合矢量E的旋向不同，可分为两类偏振光：,迎光传播方向观察,合矢量顺时针旋转，右旋偏振光,合矢量逆时针旋转，左旋偏振光,判据,由,相隔1/4（=/2）周期值的分析,左旋偏振光,右旋偏振光,21,例若=/2,设t=t0时，t0-kz=0，则Ex=Ax，Ey=0,当t=t0+T/4时，t-kz=t0+T/4kz=t0-kz+/2，则Ex=0，Ey=-Ay,从Q1Q2，顺时针旋转，为右旋偏振光,二、椭圆偏振光的旋向(续),22,1、椭圆偏振器,用起偏器获得线偏振光，垂直入射到波片上获得椭圆偏振光,2、圆偏振器,用起偏器获得线偏振光，垂直入射到1/4波片且使入射线偏振光的振动方向与光轴成45，获得圆偏振光,三、自然光改造成椭圆偏振光或圆偏振光,23,5.8偏振态的实验检定,24,一、平面偏振光的检定,(1)仅用一个检振器，可唯一确定平面偏振光,光强变化,有消光：平面偏振光,无消光（待定）,部分偏振光,椭圆偏振光,光强不变（待定）,自然光,圆偏振光,旋转偏振片,被检光,25,旋转偏振片,波片,自然光,圆偏振光,自然光,线偏振光,光强变化且消光圆偏振光,光强不变为自然光,(2)用波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光,二、自然光和圆偏振光的检定,26,旋转偏振片,波片！特定光轴方向,椭圆偏振光,线偏振光,光强变化且消光椭圆偏振光,光强变化无消光部分偏振光,部分偏振光,部分偏振光,三、部分偏振光和椭圆偏振光的检定,(3)区分部分偏振光和椭圆偏振光（仍用1/4波片和检偏器）,27,5.9偏振光的干涉,28,在两块共轴的偏振片P1和P2之间放一块厚度为d的波片，光轴方向如图,d,P1的作用：获得线偏振光,波片的作用：将入射的线偏振光分解成两束相互垂直的、有固定位相差的线偏振光,P2的作用：把两束线偏振光引到同一方向上来,一、偏振光干涉典型的实验装置,29,设P1与y（波片光轴）的夹角为，P2与y的夹角为,A2e,过P1后振幅为A1,过波片后分为,A2o,过P2后振幅为,设两振动为相干的，位相差为，合振动强度为,二、线偏振光干涉的强度分布,30,关于的讨论,两部分组成,由波片引起的位相差,由P1和P2的相对透振方向引起的位相差,1、P1和P2在相同的象限内，A2o和A2e方向相同，无附加光程差,2、P1和P2在不同的象限内，A2o和A2e方向相反，附加光程差为,31,关于光强I的讨论,P1和P2的透振方向相互平行,P1和P2的透振方向相互垂直,注意：取锐角，为负角,一般情况下,32,以z为轴旋转波片，改变y相对于P1和P2的方向,用单色光照射,P1和P2的透振方向相互平行,I/取极大,I/取极小,极值条件,33,P1和P2的透振方向相互垂直,以z为轴旋转波片，改变y相对于P1和P2的方向,I=0，取极小,I取极大,