Ch155-7(光的偏振)

1、15-5 圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光 偏振光的干涉偏振光的干涉一、圆偏振光和椭圆偏振光一、圆偏振光和椭圆偏振光 1P单色自然偏振光单色自然偏振光晶片、晶片、厚厚度为度为 d光轴光轴 两相互垂直的光矢量合成以后，合成矢量末端描出两相互垂直的光矢量合成以后，合成矢量末端描出椭圆的偏振光为椭圆的偏振光为椭圆偏振光椭圆偏振光。若两合成矢量振幅相。若两合成矢量振幅相等，则合成矢量末端描出为圆，称为等，则合成矢量末端描出为圆，称为圆偏振光圆偏振光。 偏振光通过厚度为偏振光通过厚度为 d，光轴平行于晶面的晶片后，光轴平行于晶面的晶片后分分成成 O 光光和和 e 光光。 cossin1 111E

2、EEEeO 光轴光轴方解石：方解石：Ve Vone no 由于传播速度不一样，这两分由于传播速度不一样，这两分量有一位相差量有一位相差 一一般般情情况况为为椭椭圆圆偏偏振振光光为为圆圆）偏偏振振光光正正椭椭圆圆（线线偏偏振振光光45 )12(21 )(22)( kkdnndnneOeO波片（位相延迟器）：波片（位相延迟器）：波波片片；晶晶片片称称为为（，则则时时，椭椭圆圆（圆圆）偏偏振振光光当当41 )(4 2)2 2 eOeOnnddnn 波波片片（半半波波片片）。晶晶片片称称为为时时时时，产产生生线线偏偏振振光光。这这当当 21 )(2 eOnnd 二、偏振光的干涉二、偏振光的干涉 当一光

3、轴平行于晶面的晶片放在两相互垂直的当一光轴平行于晶面的晶片放在两相互垂直的偏振片之间时偏振片之间时 M单色自然偏振光单色自然偏振光晶片厚度为晶片厚度为 d光轴光轴N sincossinsinsincoscoscos112112EEEEEEOe OE2OE1eE11ENN MM 光轴光轴eE2位位相相差差为为振振动动频频率率相相同同振振动动方方向向相相同同、 , 22OeEE dnneO)(2反反方方向向与与由由于于eOEE22 减减弱弱（加加强强 21)2k 2)( kdnneO讨论：讨论：，或或明明或或暗暗。一一定定，则则成成为为均均匀匀背背景景若若。，一一定定、一一定定时时，给给定定晶晶体

4、体当当 )( )1ddnneO 不不均均匀匀，成成为为干干涉涉条条纹纹若若干干涉涉条条纹纹；成成劈劈尖尖状状，则则出出现现等等厚厚若若 dd纹纹。白白光光照照射射，成成为为彩彩色色条条对对应应不不同同的的干干涉涉条条纹纹。波波长长有有关关，成成色色偏偏振振，不不同同与与一一定定， , )2 k。不不均均匀匀，可可观观察察到到干干涉涉，若若（一一定定，、 ) )3eOeOnnnnd 光弹现象光弹现象15-6 人为双折射现象人为双折射现象20IM M0INEo oFF 透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与学上的各向异性，与 OO

5、 为光轴的双折射类似，这为光轴的双折射类似，这种种现象叫做光弹效应。现象叫做光弹效应。实验表明，在一定胁强范围内：实验表明，在一定胁强范围内：SFknnoe )(S 为材料为材料 E 受力的面积。受力的面积。 k 为胁强光学系数为胁强光学系数现已成为光测弹性学基础。现已成为光测弹性学基础。 克尔效应克尔效应某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为电场的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应克尔效应。当外电场撤消时，这种性当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称质立即消失，因此，也称为为电致双折射现象电致

6、双折射现象。光轴沿电场强度的方向光轴沿电场强度的方向MM0I20IN+ -cc 2)(klEnnloe 两光通过厚度为两光通过厚度为 l 的液的液体时，光程差为：体时，光程差为： , 2 , 1 , 0 212)(2 kkklEnnloe 若入射光的线偏振方向与外电场方向成若入射光的线偏振方向与外电场方向成 450 角，且角，且M 与与 N 偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：干涉，则有：若去掉盒内电场，则没有光从若去掉盒内电场，则没有光从N透出。透出。整个系统起整个系统起“光开关光开关”的作用。的作用。 通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲

7、的长短和通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达有惯性，电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开光开关关” ，“光调制器光调制器” “光断续器光断续器”有极快的速度启闭有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。电视和激光通讯等许多领域。在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用中有着广阔的前景。在实际应用中有着广阔的前景。 F 为滤色片；

8、为滤色片；M 为起偏器；旋光物体放在两个正交为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片的偏振片 M 与与 N 之间，将会看到视场由原来的零变之间，将会看到视场由原来的零变亮。把检偏器亮。把检偏器 N 旋转一个角度，又可得到零视野。旋转一个角度，又可得到零视野。15-7 旋光现象旋光现象 实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方向将绕着光的转播方向旋转过某一角度方向将绕着光的转播方向旋转过某一角度 ，称为，称为旋光旋光现象。现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。MNFCC 是旋光物质

9、，例如是晶面与光轴垂直的石英片。是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片。 在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。N 实验证明：振动面旋转的角度实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度与材料的厚度d、浓度浓度 C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关。有关。 对于固体：对于固体： = = d 定义定义 为旋光系数，它是入射为旋光系数，它是入射光波长的函数。光波长的函数。对于液体：对于液体： = = C d 式中式中 C 为溶液的浓度。为溶液的浓度。 把磁性物质

10、的样品，放在两个正交的偏振片之间，把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方向加磁场沿光传播方向加磁场 B，则发现线偏光通过样品后，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一个角度振动面旋转过一个角度 ，实验表明：，实验表明： = = VlBV 叫做费尔德叫做费尔德(Verdet)系数。系数。 M称为磁致旋光现象称为磁致旋光现象。B 当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过转过 2 ，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。方向改变，避免了对前级的影响。BBBB右旋右旋B左旋左旋反射面反射面小小 结：结：一、五种偏振状态：一、五种偏振状态： 二、马吕斯定律二、马吕斯定律