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1、14 偏振光的干涉偏振光的干涉一、典型装置一、典型装置二、二、线偏振光通偏振光通过波晶片后的偏振状波晶片后的偏振状态 三、相干区三、相干区 干涉干涉强度度 四、四、偏振状偏振状态的的检验1一、典型装置一、典型装置波晶片波晶片:光光轴平行于入射表面的晶体薄片平行于入射表面的晶体薄片两个正交的偏振片两个正交的偏振片 记做做三个元件表面平行三个元件表面平行 自然光正入射自然光正入射2?在上述装置下在上述装置下 令令单色自然光正入射色自然光正入射 分析各区光的偏振状分析各区光的偏振状态起偏器起偏器P后是后是线偏振光偏振光线偏振光偏振光经波晶片波晶片C后偏振后偏振态?强度度?检偏器偏器A后的偏振后的偏振
2、态?强度度?3二、二、线偏振光通偏振光通过波晶片后的偏振状波晶片后的偏振状态3)o 光光 e 光的光程差光的光程差结论:1)o 光光 e 光光传播方向相同播方向相同 同一点源同一点源发出的出的o 光光 e 光不分开光不分开2)o 光光 e 光振光振动方向垂直方向垂直 o 光光轴 e 光光轴可以用光可以用光轴来来说明明o e光光 振振动方向方向线偏振光偏振光与入射面与入射面有一有一夹角角44)线偏振光通偏振光通过波晶片后的偏振状波晶片后的偏振状态 两个同两个同频率的率的 振振动方向垂直的方向垂直的 有确定相位差的有确定相位差的 S.H.V.的合成的合成一般一般合成光矢量端点的合成光矢量端点的轨迹
3、是迹是椭圆但但每每时刻刻都是都是线偏振光偏振光所以所以称称为椭圆偏振光偏振光光光轴5 特殊特殊1若晶片厚度合适若晶片厚度合适 使使 o 光光 e 光的光程差光的光程差为/4波波长相位差是相位差是正正椭圆偏振光偏振光圆偏振光偏振光如果再如果再让该波晶片叫四分之一波片波晶片叫四分之一波片6特殊特殊2若晶片厚度合适若晶片厚度合适 使使 o 光光e 光的光程差光的光程差为/2波波长称称该波晶片波晶片为二分之一波片二分之一波片(或称半波片或称半波片)经二分之一波片后二分之一波片后 o光光e 光相位差光相位差为 合成合成为线偏振光偏振光相位差是相位差是7线偏偏振振在在 /2片前片前过 /2片后片后仍是仍是
4、线偏振偏振旋旋转了了 2 角角/2片片注意注意:/2波片波片 /4 波片波片 必必须指明波指明波长1 3象限的振象限的振动2 4象限的振象限的振动8 5)推推论 由上述分析知由上述分析知 圆和和椭圆偏振光偏振光可看成是两束可看成是两束 频率相同率相同传播方向一致播方向一致 振振动方向相互垂直方向相互垂直相位差相位差为某个确定某个确定值的的线偏振光偏振光的合成的合成 同同样 线偏振光偏振光可看成是两束可看成是两束频率相同率相同相位相同相位相同振幅相同振幅相同 传播方向亦相同的播方向亦相同的左左 右旋右旋 圆偏振光偏振光的合成的合成9三、三、相干区干涉相干区干涉强度度相干区相干区相干光的振幅相干光
5、的振幅10相干光光程差相干光光程差 由波片厚度引由波片厚度引进的是的是在在该装置中装置中 两光两光经检偏器偏器A后振后振动步步调相反相反所以装置所以装置带来的来的附加光程差是附加光程差是总光程差光程差11 合成合成结果果相位差相位差12讨论1)典型装置典型装置相干条件的相干条件的实现:波晶片波晶片 保保证从一次从一次发光中分出两支光中分出两支给出光程差出光程差(no-ne)d检偏器偏器 保保证两光振两光振动方向相同方向相同起偏器起偏器 保保证两光有确定相差两光有确定相差振幅投影振幅投影图相干区相干区132)相位差与装置的关系相位差与装置的关系思考思考1 画出画出P A时振幅投影振幅投影图 思考
6、思考2 比比较P A与与P A情况情况 说明明为什么什么 多采用多采用P A情形情形观察偏振光干涉察偏振光干涉思考思考3 自然光入射波片后的偏振状自然光入射波片后的偏振状态是什么是什么?143)干涉干涉现象象在装置确定后在装置确定后相位差与相位差与晶体晶体 与与波波长 与与波片厚度波片厚度有关有关波波长确定确定 石英劈尖等厚条石英劈尖等厚条纹 石英石英等厚等厚条条纹思考思考:已知已知no o nee 推推导条条纹间距距15石英劈尖的偏振光干涉（等厚条石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）16 晶片确定晶片确定 厚度确定厚度确定 白光入射白光入射若厚度若厚度不不均匀均匀 会出会出现彩色彩色条条纹 由于
7、某种由于某种波波长干涉相消干涉相消而呈而呈现它的它的互互补色色 这种种现象叫象叫（显）色偏振）色偏振如如 红色色（656.2 nm）相消相消 出出现绿色色（）（）蓝色色（）（）相消相消 出出现黄色黄色（585.3 nm）17硫代硫酸硫代硫酸钠晶片的色偏振晶片的色偏振图片片18色偏振是色偏振是检验材料有无双折射效材料有无双折射效应的灵敏方法的灵敏方法 用用显微微镜观察各种材料在白光下的色偏振察各种材料在白光下的色偏振可以分析物可以分析物质内部的某些内部的某些结构构偏光偏光显微微术19利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程20利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程21利
8、用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程22利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程23利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程24利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程25利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程26利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程27利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程28利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程29利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程30利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程31利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结
9、冰冰过程程32利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程33利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程34利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程35利用偏振光干涉看到的利用偏振光干涉看到的结冰冰过程程演示演示完完36四、偏振状四、偏振状态的的检验第一步：用偏振片旋第一步：用偏振片旋 观察出射光察出射光强变化化 将将5种偏振种偏振态分成分成3组 线偏振光偏振光自然光自然光 圆偏振光偏振光部分偏振光部分偏振光 椭圆偏振光偏振光37第二步：第二步：用四分之一波片区分用四分之一波片区分圆偏振光和自然光偏振光和自然光 用四分之一波片区分用四分之一波片区分椭圆偏振光和部分
10、偏振光偏振光和部分偏振光椭圆偏振光偏振光思考：思考：如何保如何保证四分四分之一波片的光之一波片的光轴与与产生生椭圆偏振光的波片偏振光的波片光光轴平行或垂平行或垂直？直？会出会出现消消光光现象象385人工双折射人工双折射一、一、应力双折射力双折射二、二、电致双折射致双折射三、磁致双折射三、磁致双折射39人人为地造成各向异性地造成各向异性而而产生双折射生双折射一、一、应力双折射力双折射(光光弹效效应)应力力各向异性各向异性在一定在一定应力范力范围内：内：P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃Cv 各向不同各向不同 n各向不同各向不同40各各处不同不同各各处不同不同出出现干涉条干涉条纹 变 变干
11、干涉涉情情况况变模模型型的的光光弹图象象钓钩的的光光弹图象象演演示示41二、二、电致双折射致双折射(电光效光效应)1.克克尔效效应(二次二次电光效光效应)45 P2盒内充某种液体盒内充某种液体如硝基苯（如硝基苯（C6H5NO2）l+-克克尔盒盒dP145 不加不加电场液体各向同性液体各向同性P2不透光不透光 加加电场液体呈液体呈单轴晶体性晶体性质光光轴平行平行电场强度方向度方向 P2透光透光42由于折射率改由于折射率改变与与电场强度是平方关系度是平方关系故克故克尔效效应也叫也叫二次二次电光效光效应k 克克尔常常数数 UU电压相位差相位差为：此此时对应的的电压U U 叫半波叫半波电压 P P2
12、2透光最透光最强克克尔盒相当于半波片盒相当于半波片折射率改折射率改变与与电场强度的关系是度的关系是:当当432.泡克泡克尔斯效斯效应(一次一次电光效光效应)。电光晶体光晶体+。-P1P2KK 泡克泡克尔斯盒斯盒 不加不加电场P2 不透光不透光 加加电场晶体晶体变双双轴晶体晶体原光原光轴方向附加了双折射效方向附加了双折射效应P2 透光透光电场与光与光传播方向平行播方向平行透明透明电极极K和和K光沿光光沿光轴方向方向传播播单轴晶体晶体44no o光在晶体中的折射率光在晶体中的折射率相位差：相位差：r 电光常数光常数 时 P2 透光最透光最强 常用的常用的电光晶体是光晶体是 KH2PO4（KDP）N
13、H4H2PO4（ADP）等等U 电压激光激光调Q 超高速开关（响超高速开关（响应时间小于小于10-9s）数据数据处理理显示技示技术应用用：45三、磁致双折射三、磁致双折射科科顿 穆穆顿效效应：某些透明液体在磁某些透明液体在磁场H作用下作用下变为各向异性各向异性HC二次效二次效应磁磁场很很强才能才能观察到察到性性质类似于似于单轴晶体晶体光光轴平行磁平行磁场46 6 旋光旋光现象象一、物一、物质的旋光性的旋光性二、菲涅耳二、菲涅耳对旋光性的解旋光性的解释 三、三、量糖量糖术 四、四、磁致旋光磁致旋光47一、物一、物质的旋光性的旋光性1811年年 法国物理学家法国物理学家阿喇果阿喇果发现线偏振光沿光
14、偏振光沿光轴方向通方向通过石英晶体石英晶体时其振其振动面面发生旋生旋转 称称为旋光旋光现象象 旋光物旋光物质 l光光轴氯酸酸钠、乳酸、松、乳酸、松节油、糖的油、糖的水溶液等也都具有旋光性水溶液等也都具有旋光性48 a 旋光率旋光率旋旋转的角度：的角度：旋光物旋光物质 l光光轴旋光率旋光率 a 与旋光与旋光物物质和入射和入射波波长有关有关对于溶液于溶液还和旋光物和旋光物质的的浓度度有关有关物物质的的旋光性旋光性和物和物质原子排列原子排列结构构有关有关同一种物同一种物质可以有可以有左旋体左旋体和和右旋体右旋体它它们的原子排列互的原子排列互为镜像像对称称 称称为同分异构体同分异构体49二、菲涅耳二、
15、菲涅耳对旋光性的解旋光性的解释基本基本认识:线偏振光可看作是偏振光可看作是 同同频率率 等振幅等振幅有确定有确定相位差的左相位差的左(L)、右、右(R)旋旋圆偏振光的合成偏振光的合成EELERO 光通光通过旋光物旋光物质后后相位会滞后相位会滞后50在出射面上在出射面上：设入射入射时L、R 初相初相为0 0ELERE入射面入射面(a)旋光物旋光物质长为l l出射面出射面(b)ELERE R L 同一同一时刻刻光通光通过左旋左旋物物质L和和R电矢量合成的矢量合成的线偏振光向左偏离偏振光向左偏离初始状初始状态 此物此物质为左旋体左旋体51由由图示示：令令 旋旋 光光率率(a)(b)l出射面出射面(b
16、)ELERE R L ELERE入射面入射面(a)与与 nR nL 有关有关52三、三、量糖量糖术“量糖量糖计”可分析旋光（同分）异构体的成分可分析旋光（同分）异构体的成分例如：例如：广泛用在化学和制广泛用在化学和制药等工等工业中中氯霉素天然品霉素天然品为左旋左旋 合成品合成品为左右旋各半左右旋各半称合霉素称合霉素 其中只有左旋有其中只有左旋有疗效效分离出左旋品（左霉素）分离出左旋品（左霉素）疗效同天然品效同天然品用量糖用量糖术可可对旋光溶液有旋光溶液有C 溶液的溶液的浓度度 a C=a 溶液的旋光率溶液的旋光率 =a C l a 溶液的比旋光率溶液的比旋光率53四、磁致旋光四、磁致旋光 l磁
17、致旋光物磁致旋光物质B旋旋转的角度的角度 V 费德德尔常量常量水水 二硫化碳食二硫化碳食盐 乙醇乙醇都是磁致旋光都是磁致旋光物物质 对自然自然旋光物旋光物质 振振动面的左旋或右旋面的左旋或右旋 是由旋光是由旋光物物质本身本身决定的决定的 与与光的光的传播方向无关播方向无关 54 对磁致磁致旋光物旋光物质 振振动面的左旋或右旋面的左旋或右旋 与光的与光的传播方向播方向是是沿沿磁感磁感强度方向度方向 还是是 逆逆着磁感着磁感强度方向度方向有关有关 光光沿沿着磁感着磁感强度方向与度方向与逆逆着着 振振动面旋向相反面旋向相反 对自然自然旋光物旋光物质 振振动面的左旋或右旋面的左旋或右旋 是由旋光是由旋光物物质本身本身决定的决定的 与与光的光的传播方向无关播方向无关 55反射反射镜入射光入射光 左旋左旋反射反射镜反射光反射光 左旋左旋自然旋光物自然旋光物质自然旋光物自然旋光物质56 对磁致旋光物磁致旋光物质反射反射镜反射光反射光 右旋右旋 B反射反射镜入射光入射光 左旋左旋B磁性旋光物磁性旋光物质利用上述性利用上述性质可做出光隔离器可做出光隔离器57光隔离器：光隔离器：应用：用：研究物研究物质结构构测电流和磁流和磁场磁光磁光调制制 BPM 磁致旋光物磁致旋光物质这样可以消除反射光的干可以消除反射光的干扰令令 =45 则 2 =90 反射光通不反射光通不过P第第5章章结束束58