波动光学-偏振.ppt

1、1 光的偏振状态,一. 线偏振光,线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解,第三章 光的偏振 (Polarization of light),线偏振光的表示法：,二. 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：,三. 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：,四. 圆偏振光, 椭圆偏振光,五. 偏振度,Ip 部分偏振光中包含的完全偏振光的强度,It 部分偏振光的总强度,In 部分偏振光中包含的自然光的强度,完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P =1,自然光 ( 非偏振光 ) P = 0,

2、部分偏振光 0 P 1,偏振度的另一种表示：,2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律,一. 起偏,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,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,三. 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,3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振,一. 反射和折射时光的偏振,i = i0 时，反射光只有S分量,i 0 布儒斯特角或 起偏角,i0 +r0 =

3、 90O,由,有,布儒斯特定律 (1812年),若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，则：,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,*三. 散射光的偏振,1.散射光的产生,2.散射光的偏振,4 光在晶体中的传播, 双折射,方解石,o,e,一. 双折射的概念,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。,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

4、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,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。,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。,o光:,e光:,n0 ，ne称为晶体的主折射率,正晶体 : ne no,负晶体 : ne no,(e o),(eo),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,o, e在方向上虽没分开

5、，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,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,5 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,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,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。

6、,通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：,振幅关系,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、相位差的线偏振光，它们合成为一束椭圆偏振光。,时为圆偏振光,2. 波（晶）片,(1) 四分之一波片, 线偏振光圆偏振光, 线偏振光线偏振光,从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）,线偏振光椭圆偏振光,(2) 二分之一波片,使线偏振光振动面转过2 角度,(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或部分偏振光和椭圆偏振光,四分之一波片,偏振片（转动）,以入射光方向为轴,四分之一波片,偏振片（转动）,光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平

7、行椭圆偏振光的长轴或短轴放置,6 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉装置,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：,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）,2. 相位关系,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。,三. 色偏振,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叫（显）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 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

8、性各向不同n各向不同,在一定应力范围内：,各处 不同各处 不同出现干涉条纹,变 变干涉情况变。,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，,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,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 : .,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。,8 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：,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,在出射面上:,由图示，有：,令, 旋光率,则,三. 量糖术,对溶