第20章 光的偏振（课堂PPT）

20.1光的横波性,第20章光的偏振(Polarizationoflight),一.光的横波性，自然光,电矢量E称为光矢量,1,1、自然光,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：,2,2、线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,线偏振光的表示法：,3,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、不相干的线偏振光。,部分偏振光的表示法：,4,3、圆偏振光,椭圆偏振光,5,椭圆偏振光:,合成椭圆偏振光.,圆偏振光:,合成光振动矢量末端轨迹是圆。,椭圆偏振光和圆偏振光,频率相同，振动方向互相垂直，且有固定位相差的两列线偏振光的合振动,满足椭圆方程：,6,20.2偏振片，马吕斯定律,一、偏振片,起偏的原理：利用某种光学的不对称性,偏振片,微晶型,分子型,起偏：从自然光获得偏振光,起偏器:起偏的光学器件,7,二向色性和偏振片,二向色性,偏振片：H偏振片K偏振片,二向色性,8,非偏振光I0,线偏振光I,偏振化方向(透振方向),二、马吕斯定律,I0,I,偏振片的起偏,马吕斯定律（1809）,消光,9,检偏,用偏振器件分析、检验光的偏振态,思考：,I不变？是什么光,I变，有消光？是什么光,I变，无消光？是什么光,10,起偏器和检偏器,11,20.3反射光和折射光的偏振,一.反射产生偏振,i=i0时，反射光只有S分量,12,i0布儒斯特角或起偏角,i0+r0=90O,由,有,布儒斯特定律(1812年),若n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)，则：,13,二.玻璃片堆起偏和检偏,1.起偏,当i=i0时,自然光从空气玻璃,2.检偏.,玻璃片堆,14,20.4光的双折射,方解石,o,e,一.光的双折射现象,1.双折射,n1,n2,i,ro,re,(各向异性媒质),自然光,o光,e光,2.寻常光和非寻常光,o光:遵从折射定律,e光:一般不遵从折射定律,e光折射线也不一定在入射面内。,15,3.晶体的光轴,当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。,例如，方解石晶体(冰洲石),光轴是一特殊的方向,凡平行于此方向的直线均为光轴。,单轴晶体：只有一个光轴的晶体,双轴晶体：有两个光轴的晶体,16,方解石晶体光轴,17,4.主平面和主截面,主平面：晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面。,主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。,18,二.晶体的主折射率，正晶体、负晶体,光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。,沿光轴方向，光的传播速度相等。,垂直于光轴的方向,光的传播速度差别最大。,19,o光:,e光:,n0，ne称为晶体的主折射率,正晶体:neno,负晶体:neo),1.光轴平行晶体表面，自然光垂直入射,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,21,3.光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射,此时e光的波面不再与其波射线垂直了,22,23,四.偏振棱镜,24,偏光镜:格兰汤姆孙棱镜,偏光分束镜:沃拉斯顿棱镜,光轴的取向使o光、e光对应的恰是no、ne。,no(1.6584)n(1.55)ne(1.4864),方解石n0ne,25,20.5波片偏振态的检验,半波片,从单轴晶体切下来的薄片，其表面与晶体的光轴平行。,一.波片,线偏振光通过波片即可变为椭圆偏振光。,26,二.偏振光的获得和检验,1.偏振光的获得,1)线偏振光：,2)椭圆偏振光：,从自然光获得线偏振光，用起偏器、波片、玻片堆、偏振片、尼科耳棱镜等。,自然光通过起偏器和一个波片即可。,2.检验偏振光,设入射光有以下五种：自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。,27,第一步,第二步,令入射光通过偏振片I，改变I的透振方向，观察透射光强变化。,观察现象,观察现象,结论,结论,有消失,线偏振光,有消失,圆偏振光,无消失,自然光,强度无变化,自然光或圆偏振光,a.令入射光依次通过四分之一波片和偏振片II，改变II的透振方向P2，观察透光强度变化。,有消失,无消失,椭圆偏振光,部分偏振光,强度有变化，但无消光,部分偏振光或椭圆偏振光,b.四分之一波片的光轴方向必须与第一步I片产生强度极大或极小透振方向重合。,28,20.6偏振光的干涉,一.偏振光干涉装置,29,二.偏振光干涉的分析,1.振幅关系,在P2后，两束光振动方向平行，振幅为：,30,2.相位关系,来源,a）入射波片前的1，设1=0,b）波片引起的2,c）坐标投影引起的3(0或),通过晶体C后,此两束光合成为一束椭圆偏振光,通过P2后,（若P1、P2夹角小于，则无附加相差）,31,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。,32,四人工双折射,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),应力各向异性各向不同n各向不同,在一定应力范围内：,33,各处不同各处不同出现干涉条纹,变变干涉情况变。,34,35,二.电光效应,电光效应也叫电致双折射效应,1.克尔效应(1875年),不加电场液体各向同性P2不透光,加电场液体呈单轴晶体性质，,36,二次电光效应,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，P2透光最强。,时，,光轴平行P2透光,37,2.泡克尔斯效应(1893年),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:.,38,不加电场P2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,noo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P2透光。,39,20.7旋光现象,一.物质的旋光性,使线偏振光的振动面发生旋转,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：,40,光通过旋光物质后，初相要滞后,设入射时L、R初相为0，旋光物质长d,41,在出射面上:,由图示，有：,令,旋光率,则,42,三.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,旋转的角度,V费德尔常量，,43,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。,44,对磁致旋光物质，光沿B与逆B方向传播，振动面旋向相反。,45,光隔离器,消除反射光的干扰,波动光学部分结束,46,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,可产生线偏振光,47,2.偏振棱镜,偏光镜:格兰汤姆孙棱镜,偏光分束镜:沃拉斯顿棱镜,光轴的取向使o光、e光对应的恰是no、ne。,no(1.6584)n(1.55)ne(1.4864),方解石n0ne,48,二.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。,通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：,振幅关系,49,从晶片出射