大物光的偏振2

1、4 光在晶体中的传播,双折射 方解石eo一.双折射的概念1.双折射介质1介质2irore(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。寻常光非寻常光绕入射光线旋转晶体3. 晶体的光轴当光在晶体内沿某个特殊方向传播时,o光和e光传播速度相同，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)AB光轴102 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方解石，石英，红宝石双轴晶体：有两个光轴的晶体云母，黄玉，蓝宝石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

2、面。e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面主截面：晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体 e光传播方向与晶体光轴的夹角不同,光的传播速度也不同。o光和e光有各自的主平面当入射光在主截面内时，o光和e光主平面与主截面重合， o光和e光光矢量相互垂直。vot光轴光轴vetvoto光:e光: no ，ne称为晶体的主折射率. 正晶体 : ne no负晶体 : ne no 负晶体 (vo ve)石英，冰子波源votvet光轴(eo)晶体中的子波波振面vot三.单轴晶体中光传播的惠更斯作图法(eo)1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 e oe o光轴晶体 o, e

3、在方向上虽然没分开，但速度上是分开的。有双折射发生。2. 光轴在入射面内，平行于晶体表面,自然光斜入射o e晶体光轴 e方解石光轴o eo此时e光的波面不再与其波射线垂直了。4. 光轴在入射面内且与晶体表面有一倾角，自然光垂直入射3. 光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射四、晶体光学器件 1. 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.电气石吸收寻常光能力强电气石光轴由电气石晶体可获得线偏振光。光轴e光注意：o光、e光只在晶体内部才有意义！ e oe o光轴晶体线偏振光2. 偏振棱镜偏光镜: 格兰汤姆孙棱镜偏光分束镜 : 洛匈棱镜光轴的取向使o光、e光对应的

4、恰是no、 ne 。12方解石方解石oe光轴光轴方解石 none7310o-10o12方解石方解石oe光轴光轴沃拉斯顿棱镜no (1.6584)n (1.655)ne(1.4864)5圆偏振光和椭圆偏振光一.晶片相位延迟片晶片是光轴平行于表面的晶体薄片。 通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：AAoAe光轴P 振幅关系 e oe o光轴晶体从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差为的线偏振光，一般它们合成为椭圆偏振光。时为正椭圆偏振光 二. 波片1. 四分之一波片也获得线偏振光从线偏振光可获得正椭圆偏振光或圆偏振光AAoAe光轴P-线偏振光 圆偏振光 波片o光和e光光程

5、差/4圆偏振光合成线偏振光(振动面转动2)相互垂直的两个振动的合成线偏振光 正椭圆偏振光2. 二分之一波片二分之一波片使线偏振光振动面转过 2 角度。A0入A0出A入A出Ae入= Ae出光轴3. 全波片三. 椭圆与圆偏振光的检偏用四分之一波片和偏振片P 可区分出自然光和圆偏振光、部分偏振光和椭圆偏振光。注：波片是对特定波长而言的! 波片 四分之一波片圆偏振光自然光自然光线偏振光 偏振片（转动）线偏振光 I不变线偏振光I变, 有消光以入射光方向为轴转动 四分之一波片椭圆偏振光部分偏振光线偏振光 偏振片（转动）线偏振光I变, 有消光 部分偏振光光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光

6、的长轴或短轴放置线偏振光I变, 无消光光程差相位差巴比涅补偿器在不同的位置入射可获得不同的相位差，但光束要细。索列尔补偿器对光束的粗细没能要求四. 补偿器/变相差器如图，P1的偏振化方向与1/4波片的光轴夹角45o,单色自然光垂直入射，转动P2，求透过P2的光强。Ao=Ae=A1cos45oA2o=Aosin，A2e=Aecos通过1/4波片，相位差=/2A2=A2e2 +A2o2 +2A2eA2ocos =A12 /2A12=I0/2=I0/46 偏振光的干涉一. 偏振光干涉装置d晶片C偏振片P2偏振化方向 单色自然光偏振片P1偏振化方向光轴方向二. 偏振光干涉的分析1. 振幅关系P2P1C

7、A1AeAoA2oA2e在P2 后，两束光振动方向平行，振幅分别为：通过晶体C后(此两束光合成为一束椭圆偏振光)通过P2 后(有无附加相差，与P1、P2、C间相对位置有关)2. 相位关系相长干涉P2P1CA1AeAoA2oA2eP2P1CA1AeAo？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。白光入射，晶片d均匀屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，这种现象叫做色偏振。若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。如 红色相消绿色；蓝色相消黄色，7 旋光效应与人工双折射一. 旋光现象使线偏振光的振动面在传播过程中旋转天然旋光物质：石英、糖溶液1811年阿喇果发现左旋旋光物右旋旋光物迎着

8、光看应用：测溶液浓度量糖计 为旋光率旋光物质P1P2c为溶液浓度旋光率随入射光波长而改变的现象称为旋光色散。人为地造成各向异性，而产生双折射。1. 光弹效应(应力双折射效应)P1P2dFSF干涉有机玻璃C应力各向异性各向不同n各向不同在一定应力范围内：二.人工双折射各处 不同各处 不同出现干涉条纹, 变, 变干涉条纹变化。2. 电光效应电光效应也叫电致双折射效应(1) 克尔效应 (1875年)l4545P1P2克尔盒d硝基苯溶液 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，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

9、，光轴平行 P2透光硝基苯 ，若l=3cm, d=0.8cm, =600nm的黄光，则产生k= 时的电压为瞬时效应光开关l4545P1P2克尔盒d(2) 泡克尔斯效应(1893年)电光晶体+。-P1P2KK泡克尔斯盒 不加电场 P2 不透光（P1垂直P2） 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(no:o光在晶体中的折射率；V :电压；r:电光常数)向附加了双折射效应 P2 透光。三、法拉第效应磁光效应B无旋光性的物质，加磁场后变成旋光物质旋光方向与磁场的方向有关旋转的角度 V费德尔常量迎着光看沿磁场方向传播右旋逆磁场方向传播左旋B向右旋向左旋BP1P2杨氏双缝干涉

10、双缝间距d，屏与缝间距D，P点的角位置(很小),x=D tanS1、 S2到P点的光程差 dsin d tan明纹dsin=k，k=0,1,2,.暗纹dsin=(2k-1)/2，k=1,2,3.光学小结等厚干涉劈膜折射率n，膜上n1，膜下n2，劈尖角n1n2上下表面反射的光程差=2ne (+/2)加不加该项与n,n1,n2相对大小有关明纹 =k ，k=1,2,3暗纹 =(2k+1) /2，k=0,1,2,3L=h/sinh=/2nL fPo r环B ennn ni rA CD21Siii 聚焦透镜焦平面等倾干涉膜厚均匀，折射率n，膜上下表面反射光的光程差=2necosr +/2膜与 基底、覆盖层的折射率相对大小决定有否此项增透膜 增反膜单缝夫朗和费衍射*S f f a透镜L透镜LpAB缝平面观察屏0暗纹：缝宽分为偶数个半波带，asin=k，k=1,2,3明纹：缝宽分为奇数个半波带，asin=(2k+1)/2，k=1,2,3中央明纹： =0强度关系；狭缝宽度对图样的影响光栅衍射 oP焦距 f光栅G观察屏透镜L dsindIN2I0单048-4-8sin(/d)单缝衍射 轮廓线光栅衍射光强曲线各单缝衍射包络线重合：暗纹asin =k 多缝干涉主极大： dsin =kd 、a 对衍射主极大的影响；缺极现象分辨本领/=kN完全偏振光P E0E=