波动光学-偏振3.ppt

1、1,光的偏振(3),2,5.6 偏振光的干涉,单色自然光通过一个偏振片以后，垂直射 在光轴平行于表面的晶片，从晶片出来的是 两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频 率相等、有恒定相位差的线偏振光。 它们能否干涉？,3,(忽略吸收和其它损耗) 由振幅矢量图，知：,后面再放一个偏振片P2,P2后面就可以看到干涉.,通常是让P1P2,4,使干涉衬比度好。,可见,由振幅矢量图的投影关系知,A20和A2e的正方向 相反，所以有附加相差 .,（若P1、P2夹角小于，则无附加相差）。,5, 通过 P2 后两束偏振光的相位差为,光强 I A220+A22e+2A20A2ecos,-相长干涉，亮,-相消干涉，暗

2、,（k=1,2,3 -）, 若单色光入射，且d不均匀， 则屏上出现等厚干涉条纹。,6,若白光入射，而d 均匀，则屏上由于某种 颜色干涉相消，另一些颜色干涉相长， 而呈现它的互补色。 如红色（或蓝色）相消显绿色（或黄色）， 这叫（显）色偏振.,若白光入射，且d不均匀， 则屏上出现彩色 条纹。,7,例如，色偏振是检验材料有无双折射效应（即使 n0、ne 相差极小）的灵敏方法。,偏振光的干涉有许多应用，其基本思想是 由光的干涉情况反推晶片情况。,8,5.7 人工双折射,人工双折射是用人工的方法造成各向异性, 从而获得双折射的现象.。,一、光弹效应（photoelastic effect）,光弹效应也

3、叫应力双折射效应。,将有机玻璃取代晶片,加力的方向即光轴 的方向.,9,若应力均匀,则观察到均匀的干涉光强.,若应力不均匀,若各处 F/S不同 各处 不同 出现干涉条纹.,10,演示: 应力双折射（工字梁）,应力变化大的地方,条纹密; 应力变化小的地方,条纹疏.,演示: 塑料纸，厚度不同引起的色偏振, 检查半圆仪、透镜有无内应力, 吊钩内部的应力分布,一层纸：出现某种色偏振,二层纸、三层纸：为什么各层颜色不同？, P2 转动：为什么颜色会变？,塑料纸转动：为什么颜色也会变？,11,二、电光效应,电光效应也叫电致双折射效应。,1. 克尔效应（kerr effect),将克尔盒取代晶片的位置,加电

4、场的方向 即光轴的方向.,12,克尔盒内充某种液体(如硝基苯)， 加电场液体各向异性（由于分子定向 排列的缘故，呈单轴晶体性质） 光轴 通光；,不加电场液体恢复各向同性 P2不通光（ ）。,有,E 电场强度，k 克尔常数 对硝基苯(C6H5NO2),13,经过克尔盒的两束光的位相差为,它正比于U2, 因此也称为二次电光效应.,应用:可作光开关（克尔盒的响应时间极短， 每秒能够动作109次）和光调制器。 用于高速摄影、光测距、激光通讯,克尔盒有很多缺点：硝基苯有毒，易爆炸， 需极高纯度和高电压，故现在很少用。,14,2. 泡克尔斯效应(pockels effect),图示为纵向装置 （光传播方向

5、与 电场平行）,用 KDP 晶体(磷酸二氢钾)取代克尔盒。,电极K，K透明。,15,原来该晶体是单轴晶体，使光轴沿光传播 方向，当然没有双折射现象，没有光透过P2;,加电场晶体变双轴晶体 沿原来的光轴方向产生了 附加了双折射效应。有光透过P2。,-称为一次电光效应,泡克尔斯盒的响应时间也极短，一般小于10-9秒，也用作光开关和光调制器， 近年来还用于数据处理，显示技术。,16,光轴平行磁场，且,这种效应很弱，需要很强的 磁场才能观察到。,三、磁致双折射（补充）,类似于电场的克尔效应，某些透明液体 在磁场 H 作用下变为各向异性，性质 类似于单轴晶体。,二次效应。,17,5.8 旋光现象（补充）

6、,一、物质的旋光性：,1811年实验物理学家阿喇果发现， 线偏振光通过某些透明物质时， 其偏振面将旋转一定的角度。,18,这种能使线偏振光的振动面发生旋转的性质， 称为旋光性。,a旋光率 a 取决于入射光 的波长和旋光物质。,具有旋光性的物质：如石英、糖的水溶液、 酒石酸溶液、松节油等。,迎着光看，振动面 顺时针转的为右旋物质， 振动面 逆时针转的为左旋物质。,19,二、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。,设:入射时L，R 初相为0，旋光物质长d.,即,例如，石英晶体有左旋,右旋两类旋光体, 是因为它的分子的空间排列方式有两

7、类。,20,在出射面上它们 的位相，分别比 入射面处的位相 落后，,由图示，有：,看旋转矢量图:,21,所以,由上式看出， 时， ， 即振动面向左旋（对着光看）。,22,三、量糖术,对溶液,据此可制成“量糖计”，并发展为“量糖术”。,其他应用：分析化工产品、药剂中的 左、右旋光异构体的成分，,某些液体或溶液有左旋或右旋,是由于 其分子本身具有螺旋状结构引起的。,式中,23,天然的蔗糖(C12H22O11)分子,不论是从甘蔗 来还是从甜菜来,都是右旋的。,天然氯霉素药能治病,它是左旋的。,而正好人体所需要的葡萄糖, 其分子也是右旋的。,生物体对 左旋,右旋的物质能够识别并能 作出选择。,而人工合

8、成的氯霉素是左旋,右旋各一半, 只有一半有疗效,所以,它的价格只是 天然氯霉素的一半。,24,四、磁致旋光（补充）,利用人工方法也可产生旋光性，其中最 重要的是磁致旋光，也称为法拉第旋转， 是法拉第1846年发现的。,水、二硫化碳、食盐、乙醇等是磁致旋光物质。,25,V：费德尔常量,磁致旋光效应也能用于光通讯: 若磁场B是由信号电流i产生(或调制)的, 信号电流i的变化磁场B的变化, 旋转角变化, P2通过的光强也变化.,-这就是光通讯的原理.,26, 对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由 旋光物质本身决定的，与光的传播方向无关：,27, 对磁致旋光物质，因加了一定方向的磁场， 光沿逆向传播，振动面旋向相反,可以作成 光隔离器。,28,光隔离器, 消除反射光的干扰,29,液晶是介于液态与结晶态之间 的一种物质状态。,将某种液晶注入小玻璃盒中，在玻璃表面 涂上二氧化锡等透明导电薄膜，玻璃就成 为透明电极。, 电控双折射现象,液晶也有电光效应：,把液晶盒放在