波动光学-偏振2.ppt

1、1,光的偏振 (2),2,5.4 双折射现象,一.双折射现象,(透过方解石看字成双像),3,以入射线为轴转方解石,光点o不动， e 绕o转，用偏振片检验，二者都是偏振光， 且偏振方向互相垂直。,一束光入射到各向异性的媒质中分成 两束光的现象。,(演示),方解石,o,e,所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。,4,二.几个重要的概念,1.寻常光（o光）和 非寻常光（e光）,寻常光（ordinary light）： 遵从折射定律,非寻常光（extra-ordinary light）： 一般不遵从折射定律,折射线一般不在入射面内。,n1,n2,i,ro,re,(各向异 性媒质),自然光,o光,e光

2、,5,2. 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，该方向称为晶体的光轴。,例.方解石晶体是由平行六面体构成的。 六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行 四边形，A点和B点是三个钝角的会合点， AB线与三条棱边的夹角相等。,6,如果将A或B磨平，使磨面与光轴垂直， 当光线垂直磨面入射时，无双折射现象。,实验发现AB的方向即光轴的方向。,7,只有一个光轴的晶体称单轴晶体， 如方解石、石英,冰等； 有两个光轴的晶体称双轴晶体, 如云毋、硫磺，兰宝石等。 （本章只讨论单轴晶体的双折射）,3.主平面和主截面,主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成 的平面,称为该光线的主平面。

3、,0光有0光的主平面； e光有e光的主平面.,8,O 光振动其主平面;,实验表明:,e光振动在其主平面内,o光，e光的主平面可能重合， 也可能不重合；,主截面： 晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。,9,三.晶体的主折射率，正晶体、负晶体,o光的子波，各方向传播 的速度相同为v0，点波源波面为球面,振动方向始终垂直 其主平面.(如图),o光只有一个光速vo 一个折射率no.,惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的 晶体中,子波源会同时发出o光、e光两种子波.,10,e光的子波,各方向传播的速度不同。,e光在平行光轴方向 上的速度与o光的速度 相同为v0;,点波源波面为旋转 椭球面,振动方向 始

4、终在其主平面内. （如图）,e光在垂直光轴方向 上的速度与o光的速度 相差最大，记为 ve， 其相应的折射率为 ne.,11,n0 ，ne称为晶体的主折射率.,正晶体： neno (ve vo)， 如石英、冰等。,负晶体： neno,(ve vo)， 如方解石、红宝石等。,12,下面以负晶体(ve vo) 为例:,1. 光轴晶体表面， 自然光入射:,o, e在方向上虽没分开， 但速度上是分开的，仍 是两束光。 还是有双折射的。,四.晶体中光传播方向的惠更斯作图法：,在特殊情况下（入射面包含光轴或垂直 光轴），可以按惠更斯作图法在纸面上作图， 找出o光，e光的传播方向。,作图：-,13,若光轴垂

5、直晶体表面， 还有没有双折射？,一快（ e 光）一慢 (o光)两束光。,e光,o光的振动方向 如何？,方法：先找它们的 主平面。,o光 - 点 e光 - 道,14,2. 光轴晶体表面，且入射面，自然光斜入射,此种情况下，在 入射面（纸面）内， o光，e光都 满足折射定律，,作图：-,o光、e光的振动方向如何？,o光 -道；e光 - 点.,即,15,3. 光轴与晶体表面斜交，自然光 入射,这正是前面双折射现象演示中的双折射情形。,作图: -,o光、e光的振动方向如何？,注意:此时e光的波面不再与其传播方向垂直了。,16,五. 晶体偏振器件,1. 晶体的二向色性、晶体偏振器,某些晶体对o光和e光的

6、吸收有很大差异， 这就是晶体的二向色性.,例如,电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收 很弱，用它可产生线偏振光：(晶体偏振器),17,天然晶体偏振器尺寸不大，成本高。 现今广泛使用偏振片（人工使具有二向色性 的细微晶粒的光轴在塑料薄膜上定向排列）。,2. 偏振棱镜,偏振棱镜可得高质量的线偏振光。,但利用晶体二向色性获得的偏振光 不够纯，强度也不大。,（书上的例子自学）,18, 例1. 格兰-汤姆逊偏振棱镜,光轴的取向使o光、e光对应的 恰是主折射率no、 ne 。,no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864),19,对第一个棱镜是e光，它绝大部分透射，并且 沿入射方向射出第二个棱镜

7、，即为所要的 非常纯的线偏振光。 (入射光可有约10 0 范围内偏差).,no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864),20, 例2.沃拉斯顿棱镜,光从棱镜1进入棱镜2时： o光(点)变e光 光密光疏 折射角入射角; e光(道)变o光,光疏光密 折射角入射角， 二者分开。,进入空气后,均是由光密光疏， 可得到进一步分开的二束线偏振光。,（偏光分束镜）,no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864),21,5.5 椭圆偏振光和圆偏振光,一.椭圆偏振光和圆偏振光的获得,1.晶片：光轴平行表面的晶体薄片。,通过厚度为d的晶片， o、e光产生相位差：,它正是惠更斯作图法的例1

8、(晶体中一快一慢),晶片也称为相位延迟器.,22,o、e光振幅关系：,在晶体内, o、e光的振动方向如何?,先找主平面:,0光振动是其主平面; e光振动在其主平面内.,迎着光看,入射到晶片上的光振幅 可分解为o光和e光两个振幅如图.,有时常称光轴为e轴.,23,从晶片出射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，它们一般合成为一束椭圆偏振光.,当 时为圆偏振光。,2. 波（晶）片,对某个波长而言，当o、e光在晶片中的 光程差为的某个特定倍数时，这样的晶片 叫波晶片，简称波片。,所以, 椭圆(圆)偏振光可用 晶片来获得.,24, 四分之一波片,作用：从线偏振光

9、获得(正)椭圆或圆偏振光 （或相反）,圆(o光,e光分量的振幅相等),椭圆,线偏振光(只有平行于光轴的分量),线偏振光(只有垂直于光轴的分量),25,(正)椭圆或圆偏振光,经1/4波片为什么可以 获得线偏振光呢?,因为(正)椭圆或圆偏振光的两个垂直分量 已经有了相位差/2, 经1/4波片以后,又有 /2的相位差,所以出来的就是相位差为 0或的线偏振光了., 二分之一波片,26,作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。,若入射点处线偏振光分解的o、e光同相 则出射点处仍是线偏振光: o、e光反相, 若线偏振光入射时, 出射光仍是线偏振光， 只是振动方向转过2角.,当,若入射的是圆偏振光(已有/2),经1/2波片(又有 ),出来仍是圆偏振光,但是,左旋右旋,27,若入射的是椭圆偏振光,经 1/2 波片,出来仍是 椭圆偏振光,但是旋转的方向改变,而且椭圆的 长轴转过 2 角., 全波片：,它对波长为的光没有影响（相位延迟了2）。,但是对别的波长的光来说是有影响的.,28,二