分振动面干涉

1、分振动面干涉分振动面干涉3. 会聚偏振光的干涉会聚偏振光的干涉1. 平行偏振光的干涉平行偏振光的干涉2. 偏振干涉滤光器偏振干涉滤光器 5-9 偏振光的干涉偏振光的干涉-干涉色干涉色(Interference colors) P2条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定一、 偏振光干涉典型的实验装置 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xoP1y光轴方向E1dzP1 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yP1P2二、 线偏振光干涉的强度分布设P1 与y（波片光

2、轴）的夹角为，P2 与y的夹角为A1AeAoA2e过P1 后振幅为 A1过波片后分为sin1AAocos1AAeA2o过P2 后振幅为 sinsinsin12AAAoocoscoscos12AAAee设两振动为相干的，位相差为 ，合振动强度为cos22222222eoeoAAAAAI2sin21cos22sin4)(222222eoeoAAAA2sin2sin2sin)(cos2221 A)cos(coscossinsin关于 的讨论两部分组成 由波片引起的位相差dnneo)(2 由P1 和P2 的相对透振方向引起的位相差yP1P2A1AeAoA2eA2o1、P1 和P2 在相同的象限内，A2

3、o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0)(20dnneoP1P2yA1A2eAoAeA2o关于光强I 的讨论2sin2sin2sin)(coscos22221222222AAAAAIeoeo P1 和P2 的透振方向相互平行2sin2sin1 2221/ AI45cos1 22sin1 21221/AAI2sin2sin2221AI P1 和P2 的透振方向相互垂直2注意：取锐角，为负角sincossinsin112AAAocossincoscos112AAAeeoAA222cos2sin)cos1 (sincos22221

4、2221AAI45)cos1 (221AIyP2P1一般情况下常量21/AII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yPxoPE1dz P1 和P2 的透振方向相互平行23,2, 0I/ 取极大45,43,4I/ 取极小 恒定（no-ne变化很小）波片厚度 d 确定，极值条件 P1 和P2 的透振方向相互垂直yPxoPE1dz以z为轴旋转波片，改变y相对于P1和P2的方向 恒定（no-ne变化很小）波片厚度 d 确定，23,2, 0I=0，取极小45,43,4I取极大极值条件用单色光照射波片厚度 d 确定，用不同波长的光入射时，透射光的强弱随波长的不同改变。三、 色偏振（略

5、）四、 偏振光干涉条纹的形成在前面的实验装置中，视场中只有均匀的亮暗或色彩变化（为什麽？），要观察到条纹，须把波片换成劈尖形的。yPxoPE1dz P1 和P2 的相互垂直，用单色光照射时，与d有关 明暗条纹条件)3 , 2 , 1(2)(2kkdnneo)3 , 2 , 1() 12()(2kkdnneo1cos1cos 暗条纹明条纹).cos1)(2(sin420II讨论（讨论（1）:出射光强与出射光强与 有关，与有关，与 有关有关, 1cos, 0I出射光强为出射光强为零零.若若 一定一定.k2当当时时(波长片波长片)，(a)(b)当当) 12(k(半波片半波片)时时, 1cos,2si

6、n)2/(20II出射光强出射光强最大最大.讨论（讨论（2）: 固定不动固定不动.(波长片波长片), 1cos, 2/0/II 出射光强出射光强最大最大., 1cos, 2/ )2sin1 (20/ II出射光强出射光强最小最小. k2时时,当当(a) 12(k(半波片半波片)时时,(b) 当当由于由于M和和N垂直与平行两种情况下垂直与平行两种情况下, 相干光相位差差相干光相位差差 , 所以对于给定的晶体薄板所以对于给定的晶体薄板, 在垂直时出射光为干涉最大在垂直时出射光为干涉最大,而在平行时却为干涉最小而在平行时却为干涉最小;反之依然反之依然.且有且有. 2/0/III这两种情况这两种情况光

7、强互补光强互补. 若用白光作光源若用白光作光源, , 对于同一厚度的波片对于同一厚度的波片, , 垂垂直时出射光颜色与平行时出射光颜色互补直时出射光颜色与平行时出射光颜色互补, ,即两即两种情况下的出射光加起来为白光种情况下的出射光加起来为白光. .在由垂直向平在由垂直向平行过度时行过度时, ,出射光颜色会发生突然的变化出射光颜色会发生突然的变化, ,这种现这种现象叫做象叫做色偏振色偏振. .劈尖晶片的等厚干涉花样劈尖晶片的等厚干涉花样晶片晶片CM偏振片偏振片N偏振片偏振片I0(钠钠)自然光自然光(3) 等厚干涉等厚干涉当偏振光的干涉装置中的晶片厚度不当偏振光的干涉装置中的晶片厚度不均匀时，具

8、有相同厚度的地方，将产生同均匀时，具有相同厚度的地方，将产生同样的干涉光强，形成等厚干涉花样样的干涉光强，形成等厚干涉花样2. 2. 偏振干涉滤光器和太阳色球观察偏振干涉滤光器和太阳色球观察 天体辐射，因种种原因而具有各种偏振态所以，天体辐射，因种种原因而具有各种偏振态所以，对天体辐射偏振态的测量，对了解天体的物理状态，对天体辐射偏振态的测量，对了解天体的物理状态，研究天体的辐射机制，以及天体辐射通过的物质等都研究天体的辐射机制，以及天体辐射通过的物质等都有重要的意义例如：有重要的意义例如：由日冕的偏振态的测量，可以求日冕内部电子密由日冕的偏振态的测量，可以求日冕内部电子密度和温度的分布度和温

9、度的分布. . 测量因天体磁场作用下被分裂的测量因天体磁场作用下被分裂的光谱散射光的偏振，可以测天体的磁场光谱散射光的偏振，可以测天体的磁场. . 测量行星大测量行星大气散射光的偏振，可以获得行星大气组成的情况气散射光的偏振，可以获得行星大气组成的情况. . 通常在明亮多色的光球背景上，无法观测到弱通常在明亮多色的光球背景上，无法观测到弱的色球层和日冕层，所以要用单色光观察的色球层和日冕层，所以要用单色光观察适合色球观察的波长有：适合色球观察的波长有：656.2nm(H 线线),393.4nm(Cak线线)，396.8nm(Ca线线),He, 587.5nm(D3线线),Mg,518.3nm(

10、b1线线)等等P P1 1P P2 2P P3 3P P4 4P P5 50 00 00 00 00 00 00 00 00 00 045450 045450 045450 045450 0C C1 1C C2 2C C3 3C C4 4里奥型偏振干涉滤光器结构（四级）：里奥型偏振干涉滤光器结构（四级）：上图中为波片，为偏振片图下方的箭上图中为波片，为偏振片图下方的箭头标出了它们的透振方向或光轴方向头标出了它们的透振方向或光轴方向dP P1 1P P2 20 00 00 00 045450 0C C1 1第一级里奥单级：第一级里奥单级：出射光强分布出射光强分布: :.2cos)cos1 (12

11、11I,d)nn(221eo11波长满足波长满足 1 1，即：即：), 2 , 1(k,kd)nn(1eo波长满足波长满足 1 1，即：即：,2/1kd)nn(1eo的光全部滤掉，的光全部滤掉，其他其他波长都被减弱波长都被减弱. . 曲线曲线全部透过：全部透过：第二级里奥单级第二级里奥单级P P3 30 00 045450 0C C2 2,2k满足下式的波长全部透过，满足下式的波长全部透过，), 2 , 1(k,2/1kd)nn(22/1kd)nn(1eo2eo满足下式的波长全部滤掉：满足下式的波长全部滤掉：,kd)nn(2kd)nn(1eo2eo其他波长都被减弱其他波长都被减弱. . 曲线两

12、级里奥单级串接，光强分布为各级透射光强的积两级里奥单级串接，光强分布为各级透射光强的积: :.)2(sin)22(sin2cos2cos121222212IN N级里奥滤光器串接，光强分布为：级里奥滤光器串接，光强分布为：.)2(sin2)22(sin)2cos()2cos()2cos(12212221NNNI类似多光束光强分布，级次愈多，得到的透射带宽愈窄类似多光束光强分布，级次愈多，得到的透射带宽愈窄. . 曲线第一级光第一级光强分布强分布/13245/13245第二级光第二级光强分布强分布/13245第三级光第三级光强分布强分布/13245第四级光第四级光强分布强分布/13245四级总光

13、四级总光强分布强分布 返回 返回 返回C晶体薄板3.会聚偏振光的干涉会聚偏振光的干涉1L2L1P2P偏振片偏振片P1的的P2 透振方向垂直，入射平行光经过透镜透振方向垂直，入射平行光经过透镜L1会聚在晶体中，透镜会聚在晶体中，透镜L2又将其变为平行光束投射到又将其变为平行光束投射到P2 上在上在P2 后可以看到与后可以看到与P2 平行及垂直的黑十字和以透镜平行及垂直的黑十字和以透镜光轴为中心的同心明暗相间的圆环，前者称光轴为中心的同心明暗相间的圆环，前者称等旋线等旋线，后，后者称者称等色线等色线1P2Pooee等旋线（十字暗线)在P1P2 透振方向上晶体中会聚线偏晶体中会聚线偏振光振动面沿振光振动面沿P1方向，竖直平面方向，竖直平面内的光线只分解内的光线只分解出出e光，水平平面光，水平平面内的光线只分解内的光线只分解出出o光，但都不能光，但都不能过过2，因此形成