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1、光双折射偏振光的干涉第1页，共25页，编辑于2022年，星期四本次课的内容重点本次课的内容重点:理解理解双折射现象双折射现象理解理解理解理解偏振光的干涉偏振光的干涉偏振光的干涉偏振光的干涉了解了解晶体晶体相移相移器件器件;了解了解圆和椭圆偏振光的起偏及检验圆和椭圆偏振光的起偏及检验第2页，共25页，编辑于2022年，星期四光光光光双折射双折射纸面纸面方解石方解石 晶体晶体光的双折射光的双折射第3页，共25页，编辑于2022年，星期四 方解石方解石oee o1.1.双折射的概念双折射的概念n1n2irore自然光自然光o光光e光光2.2.寻常光和非寻常光寻常光和非寻常光o o光光 :遵从折射定律
2、遵从折射定律e e光光 :一般不遵从折射定律一般不遵从折射定律e e光折射线也不一定在入射面内。光折射线也不一定在入射面内。晶体的各向异性、例如方解石晶体的各向异性、例如方解石O O光光和和e e光光的的振振动动方方向向?线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光第4页，共25页，编辑于2022年，星期四*晶体的光轴晶体的光轴当当光光在在晶晶体体内内沿沿某某个个特特殊殊方方向向传传播播时时不不发发生生双双折射，折射，该方向称为晶体的该方向称为晶体的光轴。光轴。例如例如:方解石晶体方解石晶体(冰洲石冰洲石)AB光轴光轴102光光轴轴是是一一特特殊殊的的方方向向,凡凡平平行行于于此此方向的直线均为光轴。方向
3、的直线均为光轴。单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体只有一个光轴的晶体双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体有两个光轴的晶体(方解石、石英方解石、石英)(云母、硫磺云母、硫磺)第5页，共25页，编辑于2022年，星期四*主平面：主平面：晶体中晶体中光的传播方向与晶体光的传播方向与晶体 光轴构成光轴构成的平面。的平面。e光光光轴光轴e e光的光的主平面主平面o光光光轴光轴o o光的光的主平面主平面O O光的振动方向光的振动方向垂直垂直与它的主平面与它的主平面;e e光的振动方向光的振动方向平行平行与它的主平面与它的主平面O O光主平面和光主平面和e e光主平面光主平面以及入射面重合以及入射面重合
4、设定：设定：则：则：O O光和光和e e光振动也互相垂直光振动也互相垂直第6页，共25页，编辑于2022年，星期四vo t光轴光轴光轴光轴ve tvo to o光光:e e光光:n0，ne晶体的主折射率晶体的主折射率 正正晶晶 :ne no负负晶晶 :ne ve)(vo ve)vo tve t光轴光轴 子波源子波源光轴光轴子波源子波源vo tve t 3 3 晶体的主折射率晶体的主折射率 正晶体、负晶体正晶体、负晶体如如:方解石方解石,电气石电气石如如:石英石英 第7页，共25页，编辑于2022年，星期四负晶负晶 正晶正晶第8页，共25页，编辑于2022年，星期四4 4 两种重要的晶体两种重要
5、的晶体起偏起偏器件器件（1 1）.利用晶体的利用晶体的二向色性二向色性制作的制作的晶体偏振器晶体偏振器晶体的晶体的二向色性：二向色性：某些晶体对某些晶体对o o光和光和e e光的吸光的吸收有很大差异收有很大差异电气石电气石 光轴光轴e光光光轴光轴线偏振光线偏振光第9页，共25页，编辑于2022年，星期四（2 2）.利用晶体的利用晶体的双折射双折射制作的制作的偏振棱镜偏振棱镜偏光镜偏光镜:尼科耳棱镜尼科耳棱镜偏光分束镜偏光分束镜 :沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜 光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加加拿拿大大树树胶胶(n=1.55)oe吸收涂层吸收涂层ino(1.6584)n(1.55)ne(1
6、.4864)12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴方解石方解石 n0ne第10页，共25页，编辑于2022年，星期四光轴光轴与晶体表面与晶体表面斜交斜交，自然光垂直入射自然光垂直入射o e晶体晶体光轴光轴 e方解石方解石光轴光轴o eo5 5 单轴单轴(负负)晶体中光传播的晶体中光传播的惠更斯惠更斯作图法作图法 光轴光轴 负晶体负晶体(vo ve)vo tve t第11页，共25页，编辑于2022年，星期四 光轴光轴平行晶体表面，平行晶体表面，自然光自然光斜入射斜入射 光轴光轴ir0reo ot e eteo ect光轴光轴 负晶体负晶体 (v vo o (=折射率不同折射率不同)
7、,),重重要要振动方向垂直；振动方向垂直；它们在晶体中它们在晶体中第13页，共25页，编辑于2022年，星期四波波(晶晶)片片相位延迟片相位延迟片ydxAAoAe 线偏振光线偏振光光轴光轴 通过厚为通过厚为d d的晶片，的晶片，o o、e e光产生光产生光程差光程差光程差光程差和和相位差相位差相位差相位差：AAoAe 光轴光轴在晶体中在晶体中 振幅关系振幅关系 e oe o光轴光轴晶体晶体两束线偏振光两束线偏振光-传播方相同、振动方向相互传播方相同、振动方向相互垂直垂直、频率相等频率相等频率相等频率相等、相位差固定相位差固定为为 。线偏振光入射线偏振光入射!第14页，共25页，编辑于2022年
8、，星期四(1)(1)四分之一波片四分之一波片出射的出射的两个线偏振光合成：两个线偏振光合成：入射：入射：线线偏振光偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光AAoAe 光轴光轴AeAo出射出射：振动方向相互垂直、振动方向相互垂直、同频率、同频率、有有一定位相差一定位相差的两个的两个线线偏振光偏振光圆偏振光圆偏振光入射晶体前：入射晶体前：线线偏振光偏振光出射晶体时出射晶体时第15页，共25页，编辑于2022年，星期四(2)(2)二分之一波片二分之一波片线偏振光振动面转过线偏振光振动面转过2 2 角度角度 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入=Ae出入出入光轴光轴(3)(3)全波片全波片线偏振光振动面不变线偏振光
9、振动面不变光轴光轴A入入A0入入Ae入入Ae入入=A出出A0出出Ae入入=Ae出入出入入射晶体前：入射晶体前：线线偏振光偏振光出射晶体时出射晶体时入射晶体前：入射晶体前：线线偏振光偏振光出射晶体时出射晶体时第16页，共25页，编辑于2022年，星期四（e）线偏振光）线偏振光入射：入射：线线偏振光偏振光 AAoAe光轴光轴出射出射：线线偏振光偏振光（O）线偏振光）线偏振光第17页，共25页，编辑于2022年，星期四*椭圆与圆偏振光的获得及检偏椭圆与圆偏振光的获得及检偏 入射入射线线偏振光偏振光通过通过四分之一波片四分之一波片四分之一波片四分之一波片后后圆偏振光圆偏振光AAoAe 光轴光轴P椭圆偏
10、振光椭圆偏振光线线偏振光偏振光入射入射圆圆偏振光偏振光或或椭椭圆偏振光圆偏振光通过通过四分之一波片四分之一波片后后思思考考使用一个使用一个四分之一四分之一波片和一个偏振片，如何区分波片和一个偏振片，如何区分自然自然光和圆偏光光和圆偏光；部分线偏光和椭圆偏振光部分线偏光和椭圆偏振光？获得获得检偏检偏第18页，共25页，编辑于2022年，星期四 四四分分之之一一波波片片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光 I I不变不变线偏振光线偏振光I I变变,有消光有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四四分分之之一一波波片片椭圆偏振光椭圆偏振光
11、部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片（转转动动）线偏振光线偏振光I I变变,有消光有消光 部分部分偏振光偏振光光轴平行最大光强或最小光强方向放置光轴平行最大光强或最小光强方向放置线偏振光线偏振光I I变变,无消光无消光偏偏振振态态的的检检验验第19页，共25页，编辑于2022年，星期四1.1.偏振光干涉装置偏振光干涉装置d晶片晶片C 偏振片偏振片P2偏振化方向偏振化方向 单色单色自然光自然光偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光轴方向光轴方向2.2.偏振光干涉的分析偏振光干涉的分析1).1).振幅关系振幅关系P2P1CA1AeAoA2oA2e 偏振光的干涉偏振光的干涉晶片晶片C
12、C在在P P2 2 后，振幅为：后，振幅为：P P1 1、P P2 2夹角大于夹角大于 第20页，共25页，编辑于2022年，星期四通过晶体通过晶体C C后后通过通过P P2 2 后后（若（若P P1 1、P P2 2夹角小于夹角小于，则无附加相差，则无附加相差）2).2).相位关系相位关系P2P1CA1AeAoA2oA2e 两束光强相等的相干光两束光强相等的相干光!结论：结论：通过通过P P2 2 后是后是干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消第21页，共25页，编辑于2022年，星期四干涉相消干涉相消单色光入射，单色光入射，干涉相长干涉相长白光入射白光入射:屏上屏上由于某种颜色干涉相由于某种颜色
13、干涉相消，而呈现它的消，而呈现它的互补色互补色-这这叫（显）叫（显）色偏振色偏振。如 红色红色相消绿色绿色；蓝色蓝色相消黄色黄色若若d d不均匀，不均匀，若若d d均匀均匀若若d d不均匀不均匀，出现等厚干涉条纹。出现等厚干涉条纹。出现出现彩彩色色条条纹纹。偏振光的干涉偏振光的干涉第22页，共25页，编辑于2022年，星期四问问题题使用一个偏振片和一个四分之一波片使用一个偏振片和一个四分之一波片如何检验如下七种偏振态？如何检验如下七种偏振态？线偏振光线偏振光圆偏光圆偏光自然光自然光自然光加圆偏光自然光加圆偏光椭圆偏光椭圆偏光部分线偏光部分线偏光自然光加椭圆偏光自然光加椭圆偏光两明两两明两零零使
14、用使用使用使用一个一个一个一个偏振偏振偏振偏振片片片片光强不变光强不变两明两两明两暗暗第23页，共25页，编辑于2022年，星期四使用一个偏振片和一个四分之一波片使用一个偏振片和一个四分之一波片把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两两明两零零 光强不变光强不变 两明两两明两暗暗线线偏偏振振光光在光路中先插入在光路中先插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两明两零两零光强光强不变不变两明两明两暗两暗圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光部部分分线线偏偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光加光两明两明两零两零两明两暗两明两暗但暗程度但暗程度与前不同与前不同两明两暗两明两暗但暗方位但暗方位与未插入与未插入1/4波片时波片时相同相同检验七种偏振态检验七种偏振态第24页，共25页，编辑于2022年，星期四作业作业:下次课带习题课指导书下次课带习题课指导书练习册P132：10;17.30；第25页，共25页，编辑于2022年，星期四