新概念第六章.ppt

1、第六章光的衍射,2光在电介质表面的反射和折射菲涅耳公式,3双折射,4晶体光学器件圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验,5偏振光的干涉及其应用,6旋光,1光的横波性与五种偏振态,1光的横波性与五种偏振态,第六章光的偏振,一、偏振与光的横波性,用机械横波模拟光的偏振现象,光的偏振现象的演示,二、偏振片,电气石的二向色性,三、自然光,自然光振动的分布,自然光的演示,四、线偏振光,1、振动面的图示,2、马吕斯定律：,马吕斯定律,E/,E,偏振方向平行,偏振方向垂直,五、部分偏振光,自然光(圆)偏振光,线(平、完全)偏振光,部分(椭圆)偏振光,定义式,讨论,部分偏振光,1、部分偏振光的振动面,2、偏振度,六

2、、圆偏振光,1、空间点z取定值时，,端点轨迹为圆；,2、某时刻t取定值时，,端点轨迹为圆形螺旋线；,圆偏振光电矢量的运动,七、椭圆偏振光,椭圆偏振光电矢量的运动,1、空间点z取定值时，,的端点轨迹为椭圆；,2、某时刻t取定值时，,的端点轨迹为椭圆形螺旋线；,的端点轨迹为椭圆形螺旋线；,椭圆偏振光的时空关系,各种相位差的椭圆运动,2光在电介质表面的反射和折射菲涅耳公式,1、方向规定,一、菲涅耳反射和折射公式,第一组基矢光的传播方向,第二组基矢与入射面垂直,第三组基矢与入射面平行,入射光、反射光和折射光,2、基矢方向的关系,3、反射和折射定律,入射光、反射光和折射光,入射光、反射光和折射光,1、垂

3、直切线分量S连续,2、平行切线分量P连续,反射光电场振幅（平行于入射面）与入射电场振幅之比,折射光电场振幅（平行于入射面）与入射电场振幅之比,3、菲涅耳的反射和折射公式之一,入射光、反射光和折射光,电矢量平行于入射面反射公式,电矢量平行于入射面折射公式,3、菲涅耳的反射和折射公式之二,入射光、反射光和折射光,电矢量垂直于入射面折射公式,电矢量垂直于入射面反射公式,入射光、反射光和折射光,1、垂直切线分量S连续,2、平行切线分量P连续,反射光电场振幅（垂直于入射面）与入射电场振幅之比,折射光电场振幅（垂直于入射面）与入射电场振幅之比,二、反射率和透射率（自学）,1、各种反射率和透射率的定义,表6

4、1各种反射率和透射率的定义,三、斯托克斯的倒逆关系,振幅反射、折射的关系,斯托克斯的倒逆关系的推导,2、图b和c的振幅反射、折射关系,3、斯托克斯的倒逆关系图b,1、图a的振幅反射、折射关系,三、反射光的偏振态:布儒斯特定律,布儒斯特角i0,特定折射光线与条件：反射光线垂直,四、相位关系和半波损失问题,P283-289烦琐，不作要求!,七、全反射与隐失波,倏逝波极快地衰减折射波,虚波矢量,波场矢量,穿透深度,1、隐失波（倏逝波）：极快地衰减波,在xoz面上,2、在z方向传播，在x方向衰减的折射波,3、倏逝波的衰减系数是,倏逝波极快地衰减折射波,即,4、倏逝波的表达式,倏逝波极快地衰减折射波,3

5、双折射,一、双折射现象和基本规律,1、双折射,在双折射中，遵守折射定律的折射光叫寻常光，“o光”,在双折射中，不遵守折射定律的折射光叫非常光，“e光”,2寻常光(o光)非常光(e光),寻常光(“o光”)和非常光(“e光”)都是线偏振光,晶体的双折射现象,一束入射光产生两束折射光,2、光轴：,3、单轴晶体，双轴晶体,4、主截面：,5、o光和e光的偏振态,o光的振动面垂直于主截面,晶体内，沿这个方向的折射光没有双折射发生,包含晶体光轴与晶面法线构成的平面,冰洲石的光轴,光轴的演示,e光的振动面平行于主截面,二、单轴晶体中的波面,单轴晶体中的波面,1、e光波面旋转椭球；o光波面旋转球,2、o光、e光

6、之波面：负晶体;正晶体,负晶体与正晶体,三、惠更斯作图法,1、晶体表面（界面）AD,3、t=BD/cBD=ct,AO=Vot=AP,AE=Vet,4、过D点作波面的切线,DO：得o光之波面,DE：得e光之波面,2、入射波之波前AB（等相面）,5、过A点连接切点,AO：得o光之传播方向,AE：得e光之传播方向,O,单轴晶体内的波面惠更斯作图法,注意：,e光线传播方向,各向异性介质,波面与光轴方向垂直时,e光传播方向一般并不垂直于自己的波面,e光线传播方向与e光波面推进方向（波面法线方向）一致的情况,能流方向,波面法线,与e光波面推进方向,并不一致。,各向异性介质内的波面法线,四、法向速度与射线速

7、度法向面与射线面（P295-299略）,o光遵守折射定律,e光不遵守折射定律，只有在垂直光轴方向才有,晶体内o光和e光的传播方向,7、单轴晶体之主折射率no、ne,本次作业（P334）4；7；13；,END6-1,4晶体光学器件圆偏振光和椭圆偏振光的获得与检验,一、晶体偏振器,1、格兰棱镜和沃拉斯顿棱镜,沃拉斯顿棱镜,格兰棱镜,2、尼科耳棱镜,尼科耳棱镜的结构与制作,材料：方解石no=1.658，n加=1.550，ne=1.486ABC=68,制作：磨：将端面ABCD和端面ABCDCCD磨掉一部分，使主截面ACCA的C和A(7168)；切：垂直于主截面ACCA切开，然后再粘合；,用途：获得线偏

8、振光,用途：获得线偏振光,(N1N2),因为non加，o光被n加全反射，由下侧出射,因为nonen加，e光由右侧出射；,e光,o光,尼科耳棱镜,二、波(晶)片相位延迟片,光轴,波(晶)片,1、晶体内o光，e光之波动,波片内的波面,2、1/4波片,=45圆偏振光45椭圆偏振光,振动方向与光轴成任何方位,一定是线偏振光,设为光的振动方向与光轴的夹角,(1)如果线偏振光垂直入射,(2)如果圆偏振光垂直入射,波片内的波面,作用：线偏线偏，即2改变左右旋,设为光的振动方向与光轴的夹角,3、半波片,半波片的作用,三、垂直振动的合成,电矢量的分解,(1)=0或=的情形,由此得,而且,垂直振动的合成之一,(2

9、)=/2的情形,垂直振动的合成之二,消去t，得,得正椭圆轨迹右旋,=/2的情形,得正椭圆轨迹左旋,=+/2的情形,=/2的情形,(3)当振幅相等时,得圆轨迹,垂直振动的合成之三,得顺时针(右旋)圆轨迹,得逆时针(左旋)圆轨迹,(4)普遍情形，即为任意角度时，而且,垂直振动的合成之四,消去t，得,(5)两个分量不同相位差时的演变情况,两垂直振动的相位差与其合成的偏振态的关系,四、椭圆偏振光和圆偏振光的获得,1、由线偏振光获得椭圆偏振光,2、由线偏获圆偏振光,是线偏振光的偏振方向与光轴的夹角,注意：此时X方向超前才是右旋偏振光，为什么？,获得椭圆和圆偏振光的实验示意图,五、椭圆偏振光和圆偏振光通过

10、验偏器后强度的变化,遵守马吕斯定律,椭圆偏振光通过验偏器后强度的变化,六、通过波晶片后光束偏振状态的变化,各种偏振光经过1/4波晶片后偏振态之变化设波片为负晶体,七、椭圆偏振光和圆偏振光的检验,1、让线偏光通过一偏振器，一定有消光出现，即,偏振态实验检验,2、圆、椭圆和部分偏振光之检验1/4波片,偏振态实验检验的方法,表64偏振光检验的文字说明(课下读),5偏振光的干涉及其应用,一、偏振器间的波晶片,偏振片间1/4波晶片后偏振态的变化,1、装置：偏振片P1、P2；波片d,2、实验现象:,单色光入射,白光入射,转动任一元件，照度整体变化。,若d均匀，屏上照度均匀；,若d均匀，屏上单一色彩；转动任

11、一元件，色彩依次出现，象变色龙；,d不均匀，屏上五彩缤纷。,偏振片间1/4波晶片后偏振态的变化,1、平行自然光进入P1，,2、出P1是线偏振光，,3、进d片,o光和e光之相对振幅,二、偏振光干涉光强度的计算,其中,y轴是波片d的光轴方向；是偏振片P1与x轴夹角；是偏振片P2与x轴夹角,光轴,6、总振幅：,4、出d片,与的相位差为,5、出P2,o光和e光之相对振幅,光轴,7、与干涉之光强分布,y轴是波片d的光轴方向,光轴,8、讨论色偏振,(1)当P1/P2，即=,y轴是波片d的光轴方向,光轴,得最大光强,得最小光强,(2)当P1P2时，即-=/2,与产生了附加相位差,附加相位差,是偏振片P1与x

12、轴夹角是偏振片P2与x轴夹角,光轴,附加相位差,光轴,是偏振片P1与x轴夹角是偏振片P2与x轴夹角,总振幅,经过计算，得,三、色偏振*,1、某波长，波晶片引起的光程差,则,由（6.76）式可知,由（6.76）式可知,2、另一波长，波晶片引起的光程差,则,三、偏振光劈尖干涉条纹特点,劈尖波晶片干涉条纹,光程差满足,则,光程差满足,则,四、光弹性技术,光弹性技术装置和干涉条纹,折射率随内、外应力变化,因而光程差变化,引起干涉条纹的变化,五、克尔效应和泡克耳斯效应,克尔盒,1、克尔效应（二次电光效应）（kerr）单轴晶体,机制,应用：高速开关，响应时间小于s,克尔盒,2、泡克尔斯效应（Pockels

13、，一次电光效应）双轴晶体,应用：,机制,高速光开关；调制器等,6旋光,一、石英的旋光现象,石英的旋光效应,1、旋光现象：沿光轴方向传播之线偏振光之振动面发生旋转,石英的右旋和左旋,机制：物理学家们至今不是很清楚,特点：,2、旋光现象的描述：沿光轴方向传播之线偏振光之振动面发生旋转,旋光率（系数）,旋光色散：,左右旋物质：迎光观察振动面,二、菲涅耳对旋光性的解释,1、菲涅耳假设的理论基础,设Z0,2、解析证明,左旋圆偏,右旋圆偏,设Z=d,线偏振,线偏振,线偏振面的方位,左旋,当,线偏振光可以分解为左、右旋圆偏之合成,右旋,当,3、有关旋光现象菲涅耳假设的实验证明,实验装置,实验结果,用两块三棱镜粘合成正方形或矩形，一块用左旋晶体，另一块用左旋晶体。让一束线偏振光垂直入射,菲涅耳旋光假设的实验证明,三