第三章偏振精选PPT.ppt

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1、第三章偏振第1页，本讲稿共119页2 鉴别自然光和各种偏振光鉴别自然光和各种偏振光本章主要讨论两个问题：本章主要讨论两个问题：u 干涉，衍射 光的波动性u 偏振 光是横波3-1 自然光和偏振光 自然光自然光 各种偏振光各种偏振光偏振元件第2页，本讲稿共119页3机械横波与纵波的区别机机械械波波穿穿过过狭狭缝缝第3页，本讲稿共119页一一 光的偏振性光的偏振性1.偏振：波的振动方向对于传播方向的不对偏振：波的振动方向对于传播方向的不对 称性，是横波特有的性质。称性，是横波特有的性质。2.振动面：电矢量和光的传播方向所构成的振动面：电矢量和光的传播方向所构成的 平面。平面。二二 自然光和偏振光自然

2、光和偏振光 光的偏振有五种可能的状态：光的偏振有五种可能的状态：自然光自然光，线偏振光线偏振光，部分偏振光部分偏振光，圆偏振光圆偏振光，椭圆偏椭圆偏振光振光。3-1 自然光和偏振光 第4页，本讲稿共119页1.自然光自然光 根据原子（分子）发光的特点，普通光源所根据原子（分子）发光的特点，普通光源所发射的光波，在光的传播方向上的任一场点，电发射的光波，在光的传播方向上的任一场点，电矢量既有空间分布均匀性，又有时间分布均匀性。矢量既有空间分布均匀性，又有时间分布均匀性。即在轴对称的各个方向上电矢量的时间平均值是即在轴对称的各个方向上电矢量的时间平均值是相等的，具有这种特点的光叫做相等的，具有这种

3、特点的光叫做自然光自然光。3-1 自然光和偏振光 第5页，本讲稿共119页6光是电磁振荡的一种传播。其中电场和磁场的振动方向垂直，为方便计，以下只考虑电振动。自然光自然光（natural light）由于普通光源发光的间歇性和随机性振动方向振动方向 不一定相同不一定相同波列长度也不一定相同波列长度也不一定相同初相初相 也不一定相同也不一定相同乱大量原子发光的统计效果构成了自然光。其振动方向包含了整个振动平面。第6页，本讲稿共119页xzyyxz3-1 自然光和偏振光 第7页，本讲稿共119页8符号表示符号表示注意 各光矢量间无固定各光矢量间无固定的相位关系，的相位关系，两个分量两个分量无固定相

4、位关系，不无固定相位关系，不能合成能合成.二互相垂直方向是二互相垂直方向是任选的任选的.3-1 自然光和偏振光 第8页，本讲稿共119页 线偏振光线偏振光：光在传播过程中电矢量的振：光在传播过程中电矢量的振动只限于某一确定平面内，这种光称为平面动只限于某一确定平面内，这种光称为平面偏振光，又称为线偏振光（完全偏振光）。偏振光，又称为线偏振光（完全偏振光）。2.线偏振光振动面振动面符号表示符号表示3-1 自然光和偏振光 第9页，本讲稿共119页3.部分偏振光部分偏振光 电矢量为两个相互电矢量为两个相互垂直、振幅不等的分量，垂直、振幅不等的分量，这种光称为部分偏振光。这种光称为部分偏振光。3-1

5、自然光和偏振光 符号表示符号表示第10页，本讲稿共119页偏振度：自然光（）P=0，非偏振光线偏振光（）P=1，最大 3-1 自然光和偏振光 第11页，本讲稿共119页12 二向色性二向色性:某些物质能吸收某一方向的光某些物质能吸收某一方向的光振动振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性这种性质称二向色性.偏振片（器）偏振片（器）：涂有二向色性材料的透明涂有二向色性材料的透明薄片薄片、尼科耳棱镜等双折射晶体尼科耳棱镜等双折射晶体.三 起偏和检偏3-1 自然光和偏振光 第12页，本讲稿共119页13 起起 偏偏 偏振化方向偏振化方向：当自然光照射

6、在偏振片上时，当自然光照射在偏振片上时，它只让某一特定振动方向的光通过，这个方向叫此它只让某一特定振动方向的光通过，这个方向叫此偏振片的偏振化方向（偏振片的偏振化方向（透振方向透振方向）.偏振化方向起偏器3-1 自然光和偏振光 第13页，本讲稿共119页14腰横别扁担腰横别扁担进不了城门进不了城门形象说明偏振片的原理通光方向第14页，本讲稿共119页15 偏振片偏振片（Polaroid）（获得线偏振光）：（获得线偏振光）：微晶型：微晶型：分子型：分子型：x yzz线栅起偏器 入射电磁波非偏振光线偏振光光轴电气石晶片第15页，本讲稿共119页16检偏器 检检 偏偏起偏器3-1 自然光和偏振光 第

7、16页，本讲稿共119页检偏起偏相同3-1 自然光和偏振光 第17页，本讲稿共119页 不能通过 通过 3-1 自然光和偏振光 四马吕斯定律（1808 年）第18页，本讲稿共119页19NM检偏器起偏器NM 马吕斯定律马吕斯定律3-1 自然光和偏振光 第19页，本讲稿共119页20 例 有两个偏振片,一个用作起偏器,一个用作检偏器当它们偏振化方向间的夹角为 时,一束单色自然光穿过它们,出射光强为 ；当它们偏振化方向间的夹角为 时，另一束单色自然光穿过它们,出射光强为 ,且 .求两束单色自然光的强度之比.3-1 自然光和偏振光 第20页，本讲稿共119页21 解解 设两束单色自然光的强度分别为设

8、两束单色自然光的强度分别为I10 和和 I20.经过起偏器后光强分别为 和经过检偏器后经过检偏器后3-1 自然光和偏振光 第21页，本讲稿共119页22 在两块正交偏振片p1,p3 之间插入另一块偏振片p2，光强为I0 的自然光垂直入射于偏振片p1，讨论：转动p2 透过p3 的光强 I 与转角的关系.讨论3-1 自然光和偏振光 第22页，本讲稿共119页233-1 自然光和偏振光 第23页，本讲稿共119页243-1 自然光和偏振光 第24页，本讲稿共119页25若 在 间变化，如何变化？3-1 自然光和偏振光 第25页，本讲稿共119页26偏振片的应用偏振片的应用 作为照相机的滤光镜，可以滤

9、掉不必要的作为照相机的滤光镜，可以滤掉不必要的反射光。反射光。制成偏光眼镜，可观看立体电影。制成偏光眼镜，可观看立体电影。若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与若在所有汽车前窗玻璃和大灯前都装上与 地面成地面成4545 角、且向同一方向倾斜的偏振片，可角、且向同一方向倾斜的偏振片，可以避免汽车会车时灯光的晃眼以避免汽车会车时灯光的晃眼。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。作为许多光学仪器中的起偏和检偏装置。第26页，本讲稿共119页27一 反射光和折射光的偏振态 入射面入射面 入射光线和法线所成的平面入射光线和法线所成的平面。空气玻璃 理论（菲涅耳公理论（菲涅耳公式附录式附录 1.3）和实验都）

10、和实验都证明：自然光入射于证明：自然光入射于界面上，反射光和折界面上，反射光和折射光（透射光）均为射光（透射光）均为部分偏振光。部分偏振光。3-2 反射和折射时光的偏振 第27页，本讲稿共119页281、由反射和折射产生偏振光 1）菲涅尔公式：反射波、折射波与入射波振幅比值的关系2n1q1n2q1qxzoE1pE1sE1sE1pE2sE2p入射面xoz分界面xoy第28页，本讲稿共119页29由麦克斯韦方程组和电磁场边界条件推出：第29页，本讲稿共119页30 折射光折射光 部分偏振光部分偏振光，平行于入射面的振，平行于入射面的振动大于垂直于入射面的振动动大于垂直于入射面的振动.理论和实验证明

11、理论和实验证明：反射光的偏振化程度与入：反射光的偏振化程度与入射角有关射角有关.反射光反射光 部分偏振光部分偏振光，垂直于入射面的，垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动振动大于平行于入射面的振动.3-2 反射和折射时光的偏振 第30页，本讲稿共119页理论：理论：实验：反射光与折射光垂直时，反射光成为只有实验：反射光与折射光垂直时，反射光成为只有垂直入射面的振动的线偏振光，而折射光为平行垂直入射面的振动的线偏振光，而折射光为平行入射面光振动较强的部分偏振光。入射面光振动较强的部分偏振光。二 布儒斯特定律时3-2 反射和折射时光的偏振 定律第31页，本讲稿共119页起偏角起偏角 布儒斯特角布

12、儒斯特角布儒斯特定律（1815年）此时的入射角 记为3-2 反射和折射时光的偏振 第32页，本讲稿共119页33 反射光为反射光为线线偏振光，且振动面垂直入射偏振光，且振动面垂直入射面，折射光仍为部分偏振光面，折射光仍为部分偏振光当 时，3-2 反射和折射时光的偏振 第33页，本讲稿共119页34 根据光路的可逆性，当入射光以 角从 介质入射于界面时，此 角即为布儒斯特角.3-2 反射和折射时光的偏振 第34页，本讲稿共119页35 一自然光自空气射向一块平板玻璃，入射角为布儒斯特角 ,问 在界面 2 的反射光是什么光？1空气玻璃23-2 反射和折射时光的偏振 思考线偏振光线偏振光第35页，本

13、讲稿共119页36 注意：注意：一次起一次起偏垂直入射面的振偏垂直入射面的振动仅很小部分被反动仅很小部分被反射（约射（约15%）1空气玻璃23-2 反射和折射时光的偏振 对于一般的光学玻璃对于一般的光学玻璃 ,反射光的强度约占反射光的强度约占入射光强度的入射光强度的7.5%,7.5%,大部分光将透过玻璃大部分光将透过玻璃.第36页，本讲稿共119页37利用利用玻璃片堆玻璃片堆产生产生线线偏振光偏振光3-2 反射和折射时光的偏振 所以反射偏振光很弱.一般应用玻璃片堆产生偏振光.利用玻璃片堆（透明介质堆）可使反射光、利用玻璃片堆（透明介质堆）可使反射光、透射光均为线偏振光透射光均为线偏振光.第37

14、页，本讲稿共119页38讨论讨论光线的反射和折射(起偏角 )3-2 反射和折射时光的偏振 第38页，本讲稿共119页39应用3-2 反射和折射时光的偏振 玻璃片（透明介质片）可起偏也可检偏玻璃片（透明介质片）可起偏也可检偏u激光器的布儒斯特窗激光器的布儒斯特窗 第39页，本讲稿共119页40 讨论 如图的装置 为偏振片，问下列四种情况，屏上有无干涉条纹？3-2 反射和折射时光的偏振 第40页，本讲稿共119页41无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）(1)去掉 保留(2)去掉 保留(3)去掉 保留(4)都保留无（两振动互相垂直）无（两振动互相垂直）无（无恒定相位差）无（无恒定相位差）有有3-

15、2 反射和折射时光的偏振 第41页，本讲稿共119页一一 双折射现象双折射现象 1.1.现象现象：一束光射到：一束光射到各向异性的介质各向异性的介质（如方解石、（如方解石、石石英等晶体）中时，英等晶体）中时，折射光分成两束。折射光分成两束。3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 动 光 学双折射现象双折射现象波 动 光 学方解石晶体一束入射光折射后分成两束的现象称为双折射第42页，本讲稿共119页43光通过光通过双折射晶体双折射晶体3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第43页，本讲稿共119页44 寻常光线(ordinary rays)遵从折射定律的光线(extraordinray rays)非常

16、光线不遵从折射定律的光线（一般情况，非常光不在入射面内）（一般情况，非常光不在入射面内）2.两束折射光：3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 反映光在晶体内沿各个方向传播速度不同反映光在晶体内沿各个方向传播速度不同 这是在晶体内区分，射出后就没有这是在晶体内区分，射出后就没有 o、e之分了。之分了。注意第44页，本讲稿共119页 反射光的偏振现象，就是马吕斯在反射光的偏振现象，就是马吕斯在1809年年研究方解石晶体的双折射时发现的。研究方解石晶体的双折射时发现的。1809 1809年一天傍晚，夕阳西照，他在自家窗口年一天傍晚，夕阳西照，他在自家窗口研究方解石双折射，阳光从不远处的巴黎卢森研究方解

17、石双折射，阳光从不远处的巴黎卢森堡宫窗户玻璃反射堡宫窗户玻璃反射方解石转到某一位置，两方解石转到某一位置，两条双折射线中一条意外消失。马吕斯想到反射条双折射线中一条意外消失。马吕斯想到反射光被偏振化了。光被偏振化了。18151815年布儒斯特通过实验定量年布儒斯特通过实验定量给出了布儒斯特定律。给出了布儒斯特定律。3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第45页，本讲稿共119页二二 光轴、主截面光轴、主截面 1.光轴光轴 晶体中存在一些特殊的方向，沿着这些方晶体中存在一些特殊的方向，沿着这些方向传播的光不发生双折射，即向传播的光不发生双折射，即o o光、光、e e光传播速光传播速度、方向都一样。

18、在晶体内平行于这些方向度、方向都一样。在晶体内平行于这些方向的任何直线叫晶体的光轴。的任何直线叫晶体的光轴。注意光轴仅表示一个方向，并不限于某一光轴仅表示一个方向，并不限于某一条特殊直线。条特殊直线。3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第46页，本讲稿共119页47方解石晶体方解石晶体方解石晶体方解石晶体光轴光轴 在方解石这类在方解石这类晶体中存在一个特殊晶体中存在一个特殊的方向，当光线沿这的方向，当光线沿这一方向传播时不发生一方向传播时不发生双折射现象双折射现象.光轴AB光轴3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第47页，本讲稿共119页单轴晶体：单轴晶体：只有一个光轴的晶体，如方解石、只有一

19、个光轴的晶体，如方解石、石英、红宝石等。石英、红宝石等。双轴晶体：双轴晶体：有两个光轴的晶体，如云母、硫有两个光轴的晶体，如云母、硫 黄、黄玉等。黄、黄玉等。本章讨论单轴晶体本章讨论单轴晶体 2.主截面主截面 包含光轴和一条给定光线的平面叫与这条光包含光轴和一条给定光线的平面叫与这条光线相对应的晶体的主截面。线相对应的晶体的主截面。3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第48页，本讲稿共119页三三 o光光e光的偏振性光的偏振性 实验（检偏）得：实验（检偏）得：o光光e光都是线偏振光光都是线偏振光 o光：振动面光：振动面垂直垂直自己的主截面自己的主截面 e光：振动面光：振动面平行平行自己的主截面

20、自己的主截面 当光轴位于入射面内时，当光轴位于入射面内时，o光光e光的主截面光的主截面严格重合，其它情况下不重合。但大多数情况严格重合，其它情况下不重合。但大多数情况夹角很小，故可认为夹角很小，故可认为o光光e光振动面几乎垂直光振动面几乎垂直 3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第49页，本讲稿共119页50实验证明：O 光和 光均为偏振光.ACBoeDeo3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第50页，本讲稿共119页四 o光e光的相对光强 自然光入射，自然光入射，o光光e光振幅相等。光振幅相等。这里讨论线偏振光入射这里讨论线偏振光入射：垂直入射线偏振光的振动面（与纸面的交线）：晶体主截面 则

21、为入射光振幅3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第51页，本讲稿共119页晶体中：晶体中：出射后：出射后：两光束重叠两光束重叠 3-3光通过单轴晶体时的双折射现象 第52页，本讲稿共119页一 光在晶体中传播 1.晶体各向异性：宏观性质晶体各向异性：宏观性质 微观结构微观结构 2.光的电场理论：光的电场理论：光通过物质，物质中带电粒子在光的交变电场作用下做受迫振动，发出频率等于入射光频率的次波。入射光 振动方向不同，受迫振动相位不同，分别与 ，有关。次波叠加形成折射波，故折射波中振动方向不同的成分具有不同的相位传播速度。振子：3-4双折射现象的解释 第53页，本讲稿共119页二二 光在单轴晶体

22、中的波面光在单轴晶体中的波面1.波面波面 分析 图5-13o光：球面光：球面 e光：以光轴为轴旋转椭球面光：以光轴为轴旋转椭球面注意注意e光传播方向不一定垂直于波面光传播方向不一定垂直于波面 （晶体中特有现象）（晶体中特有现象）3-4双折射现象的解释 第54页，本讲稿共119页55O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面光轴 寻常光（寻常光（o o）在晶体中各方向上在晶体中各方向上传播速度相同传播速度相同.3-4双折射现象的解释 非常光（非常光（e e）晶体中各方向上传晶体中各方向上传播速度不同播速度不同,随方向随方向改变而改变改变而改变.第55页，本讲稿共119页 旋转椭球面与球面在光轴方向相切

23、，故沿旋转椭球面与球面在光轴方向相切，故沿着光轴方向传播的光，无论振动方向如何，速着光轴方向传播的光，无论振动方向如何，速度都一样，因而不发生双折射。度都一样，因而不发生双折射。2.正、负晶体正、负晶体 o光在各方向传播速度相同光在各方向传播速度相同 e光在不同方向传播速度不同光在不同方向传播速度不同 3-4双折射现象的解释 表示e光在垂直光轴方向传播的速度。第56页，本讲稿共119页正晶体（如石英）负晶体（如方解石）3-4双折射现象的解释 第57页，本讲稿共119页58一一 单轴晶体中单轴晶体中o光光e光的传播方向光的传播方向作图法：作图法：3-5光在晶体中的传播方向 第58页，本讲稿共11

24、9页59图1-a)光线垂直入射时的双折射现象(晶体表面垂直于光轴)eeAoAAoAOEOE入射光(Incident ray)光轴optical axis第59页，本讲稿共119页60图1-b-1)光线垂直入射时的双折射现象(晶体表面平行于光轴)eeAoAAoAOEOE入射光(Incident ray)光轴optical axis第60页，本讲稿共119页61图1-b-2）光线垂直入射时的双折射现象(晶体表面平行于光轴)eeAoAAoAOEO入射光(Incident ray)光轴optical axis第61页，本讲稿共119页二二 实际常用情况实际常用情况入射光：平行光垂直入射入射光：平行光垂

25、直入射晶晶 体：光轴与晶体表面平行或垂直体：光轴与晶体表面平行或垂直三种情况 如 图5-17(a)传播方向一致，速度相等，不发生双折射传播方向一致，速度相等，不发生双折射(b)、(c)传播方向一致，但速度不等传播方向一致，但速度不等(波面不重合波面不重合)仍有双折射存在仍有双折射存在3-5光在晶体中的传播方向 第62页，本讲稿共119页三 单轴晶体的主折射率o光折射率：光折射率：(各向相同各向相同)与方向无关与方向无关e光：不遵从折射定律，无折射率可言光：不遵从折射定律，无折射率可言但e光 光轴传播时，遵从折射定律 图5-18 e光主折射率：光主折射率：3-5光在晶体中的传播方向 第63页，本

26、讲稿共119页双折射：双折射：o光光e光有两个特点光有两个特点 均是线偏振光均是线偏振光 速度不同速度不同 由此可分别制成双折射棱镜（获得偏振光）和波片（产生 ，改变偏振状态）。一一 尼科耳棱镜尼科耳棱镜苏格兰物理学家苏格兰物理学家 1828年年1.结构结构 方解石方解石 磨、切磨、切、胶合、胶合3-6 偏振器件 第64页，本讲稿共119页65BCAD 光光加拿大树胶3-6 偏振器件 第65页，本讲稿共119页3.应用应用 起偏和检偏起偏和检偏最亮最亮2.原理 (1)原理 o光全反射e光通过 (2)对入射光的要求3-6 偏振器件 第66页，本讲稿共119页4.傅科棱镜简介傅科棱镜简介最暗 ：主

27、截面(e光)夹角即 的相对位置。3-6 偏振器件 第67页，本讲稿共119页二二 沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜u结构 方解石负晶体u原理oe三三 波片波片 1.波片波片 单轴晶体表面平行光轴光轴表面表面o、e光传播方向相同传播速度不同(波长不同)3-6 偏振器件 第68页，本讲稿共119页2.作用 o、e 光产生位相差 点：两束光引起的振动的3-6 偏振器件 第69页，本讲稿共119页（：真空中波长）射出波片后：波片厚度：波片厚度 即：即：3.波片即：厚度满足即：厚度满足3-6 偏振器件 第70页，本讲稿共119页实际制作：注意 对不同的对不同的 ，波片的厚度不同波片的厚度不同 线偏振光入射，出射

28、的是椭圆或圆偏振光。线偏振光入射，出射的是椭圆或圆偏振光。3-6 偏振器件 第71页，本讲稿共119页4.半（）波片 即：即：线偏振光入射，出射的仍是线偏振光，但振动面转过 。(为入射时振动面和主截面的夹角)光轴出射时振动面转过3-6 偏振器件 第72页，本讲稿共119页2.描述描述：同频率，振动方向相互垂直的谐：同频率，振动方向相互垂直的谐 振动合成左旋、右旋椭圆偏振光振动合成左旋、右旋椭圆偏振光 和正椭圆偏振光。和正椭圆偏振光。一 椭圆偏振光与圆偏振光的描述1.特点：任一场点 以 转动，端点描绘 出椭圆或圆。3-7椭圆偏振光和圆偏振光（P 337P 337）第73页，本讲稿共119页二 椭

29、圆偏振光的获得自然光 线偏振 波片 椭圆偏振光起偏3-7椭圆偏振光和圆偏振光 获得圆偏振光的两个条件：获得圆偏振光的两个条件：u （即 波片）u （）：波片光轴与入射光振动面夹角第74页，本讲稿共119页三三 自然光改造成椭圆或圆偏振光自然光改造成椭圆或圆偏振光椭圆偏振器椭圆偏振器：起偏器和波片的串接组合：起偏器和波片的串接组合圆偏振器圆偏振器：透振方向与光轴成：透振方向与光轴成4545度的一度的一 个起偏器和一块个起偏器和一块 1/41/4波片的波片的 串接组合串接组合3-7椭圆偏振光和圆偏振光 第75页，本讲稿共119页五种偏振态：自然光，部分偏振光，线偏振光五种偏振态：自然光，部分偏振光

30、，线偏振光 椭圆偏振光，圆偏振光。椭圆偏振光，圆偏振光。人眼无法鉴别，必须用实验。人眼无法鉴别，必须用实验。P旋转旋转P一周一周二次最亮，二次全暗二次最亮，二次全暗(消光消光)线偏振光3-8偏振态的实验检验 第76页，本讲稿共119页强度不变强度不变自然光圆偏振光 要鉴别部分偏振光与椭圆偏振光，自然光与圆偏振光，须在P之前加一块 波片。强度变化，但无消光强度变化，但无消光部分偏振光椭圆偏振光3-8偏振态的实验检验 第77页，本讲稿共119页 入射光入射光 片（光轴）位置片（光轴）位置 出射光出射光 自然光自然光 任意任意 自然光自然光部分偏振光部分偏振光 任意任意部分偏振光部分偏振光 线偏振光

31、线偏振光 光轴与振动方向平行或垂直光轴与振动方向平行或垂直 线偏振光线偏振光 光轴与振动方向成光轴与振动方向成45 圆偏振光圆偏振光 其它位置其它位置椭圆偏振光椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光 任意任意 线偏振光线偏振光 椭椭 圆圆 偏振光偏振光 光轴与椭圆主轴一致光轴与椭圆主轴一致 线偏振光线偏振光 其它位置其它位置椭圆偏振光椭圆偏振光一 五种光经过 后的偏振态变化3-8偏振态的实验检验 第78页，本讲稿共119页二二 鉴别圆偏振光与自然光、椭圆鉴别圆偏振光与自然光、椭圆 偏振光与部分偏振光偏振光与部分偏振光人眼3-8偏振态的实验检验 第79页，本讲稿共119页 使 光轴平行于第一次中()光强最强

32、或最弱方向(椭圆主轴)，转动，有消光的是椭圆偏振光，否则是部分偏振光。部分偏振光和椭圆偏振光：部分偏振光和椭圆偏振光：3-8偏振态的实验检验 自然光和圆偏振光：经过 后再通过 ，转动，有消光的是圆偏振光，否则是自然光。第80页，本讲稿共119页偏振光的检验：第一步：令入射光通过偏振片 ，旋转 ，观察透射光强度变化。有消光 线偏振光3-8偏振态的实验检验 强度无变化 自然光或圆偏振光强度有变化，但无消光 部分或椭圆偏振光第81页，本讲稿共119页第二步：a.令入射光依次通过 片和偏振片 ，旋转 ，观察透射光强度变化。有消光 圆偏振光无消光 自然光3-8偏振态的实验检验 第82页，本讲稿共119页

33、b.同a，只是 片的光轴方向须与第一步中偏振片 产生强度极大或极小时的透振方向重合。有消光 椭圆偏振光无消光 部分偏振光3-8偏振态的实验检验 第83页，本讲稿共119页任何位置的椭圆，由两个垂直振动位相差 合成，补偿器引入 ，使 （或 ）3-8偏振态的实验检验 作用作用：使椭圆偏振光变成线偏振光：使椭圆偏振光变成线偏振光三 补偿器第84页，本讲稿共119页为解决这个问题，为解决这个问题，索列尔设计了索列尔设计了soleil补偿器补偿器3-8偏振态的实验检验 1.Babinet补偿器石英2.Soleil补偿器补偿器缺点：入射光束必须极窄缺点：入射光束必须极窄第85页，本讲稿共119页一 实验光

34、路二二 干涉强度计算干涉强度计算1.叠加叠加3-9偏振光的干涉 第86页，本讲稿共119页 出射：同频率、振动方向一致、有固定出射：同频率、振动方向一致、有固定 相位差（设为相位差（设为 ）的相干光叠加）的相干光叠加3-9偏振光的干涉 第87页，本讲稿共119页u 相对 的取向 同一象限：0不同象限：u波片引入：3-9偏振光的干涉 位相差 由两个因素决定：2.位相差第88页，本讲稿共119页 ：3.讨论 ：3-9偏振光的干涉 第89页，本讲稿共119页以光线为轴转动波片，以光线为轴转动波片，,变化，变化，但但 常量常量 白光入射白光入射：不同波长的光，不能同时满足干涉：不同波长的光，不能同时满

35、足干涉相长和相消条件，即不同波长的光有不同程度的相长和相消条件，即不同波长的光有不同程度的加强或减弱加强或减弱 出现彩色。出现彩色。常量正交时混和彩色平行时混和彩色白色互补色3-9偏振光的干涉 第90页，本讲稿共119页偏振光干涉时出现彩色的现象称为显色偏振，偏振光干涉时出现彩色的现象称为显色偏振，简称为：色偏振简称为：色偏振 鉴定是否有双折射现象的鉴定是否有双折射现象的方法。方法。用厚度不均匀波片用厚度不均匀波片：出现干涉条纹：出现干涉条纹 满足：暗纹 明纹(“”或或“”视正负晶体而定视正负晶体而定)3-9偏振光的干涉 时第91页，本讲稿共119页 前面讨论的是光通过天然晶体时所产生的双折射

36、现象。用人工方法，也可使某些物质产生双折射现象 人为双折射现象。一一 光弹性效应光弹性效应1.现象：一些各向同性的透明材料(如玻璃、塑料、环氧树脂等非晶体)若内部存在应力，它就会呈现出各向异性，当光射入时，产生双折射现象 光弹性效应。若厚度为若厚度为3-10人为双折射现象 第92页，本讲稿共119页而而 与应力分布有关与应力分布有关 ：应力 ：材料系数（与材料性质有关）两束光通过检偏器后干涉，干涉花样反映应两束光通过检偏器后干涉，干涉花样反映应力分布力分布 各向同性介质施加外力，也会引起材料的各向各向同性介质施加外力，也会引起材料的各向异性产生光弹性效应，受拉力或压力的方向就是光异性产生光弹性

37、效应，受拉力或压力的方向就是光轴方向。轴方向。3-10人为双折射现象 第93页，本讲稿共119页2.应用：应用：研究、测量介质应力分布 光测弹性仪 (光测弹性学)制作透明塑料模型 按比例施力 显示 干涉条纹 分析实际工作中内部应力分布为工程设计解决极其复杂的应力分析问题为工程设计解决极其复杂的应力分析问题3-10人为双折射现象 第94页，本讲稿共119页二二 电光效应电光效应1.克尔效应克尔效应现象：某些各向同性的透明介质，在外加电场的 作用下，变为各向异性，从而能产生双折射现象 克尔效应。(苏格兰物理学家,1875年发现)硝基苯克尔盒3-10人为双折射现象 第95页，本讲稿共119页 ，光不

38、能通过加上电压，后有一定光信号 ：克尔常量：克尔常量(与液体及入射光波长有关与液体及入射光波长有关)通过液体厚度 ，则：平板电极间距：平板电极间距3-10人为双折射现象 第96页，本讲稿共119页 应用：变化 变化 透射光强变化 克尔效应延迟时间极短（响应极快），加克尔效应延迟时间极短（响应极快），加上或撤去电场上或撤去电场 内，光强即发生变化内，光强即发生变化 制制成响应极快的成响应极快的“电控光开关电控光开关”。已广泛应用于已广泛应用于高速摄影、电影、电视、光通信等领域。高速摄影、电影、电视、光通信等领域。2.普克尔斯效应普克尔斯效应 现象：某些晶体材料(如磷酸二氢钾 )在电场作用下产生电

39、光效应 普克尔斯效应。(德国物理学家,1893年发现)是一种线性电光效应。3-10人为双折射现象 第97页，本讲稿共119页 不加电场时，晶体本身是单轴晶体，光沿光不加电场时，晶体本身是单轴晶体，光沿光轴方向传播不产生双折射。加电场后，一束入射轴方向传播不产生双折射。加电场后，一束入射线偏振光分解成传播方向相同，速度不同的两束。线偏振光分解成传播方向相同，速度不同的两束。与 成线性关系。应用：应用：这种晶体是一个在电场作用下的特殊波片，这种晶体是一个在电场作用下的特殊波片，通过改变外加电压（而不是厚度）来控制相位通过改变外加电压（而不是厚度）来控制相位变化。变化。通过调节晶体上的电压调制光强，

40、也可作为通过调节晶体上的电压调制光强，也可作为高速开关。高速开关。3-10人为双折射现象 第98页，本讲稿共119页3.液晶的电光效应液晶的电光效应 液晶 介于液态和晶态之间的物质 18881888年，奥地利生物学家莱尼茨尔发现。年，奥地利生物学家莱尼茨尔发现。电光效应：电光效应：扭曲向列型效应扭曲向列型效应 内容更丰富，应用更广泛。3-10人为双折射现象 电控双折射效应电控双折射效应宾主效应宾主效应19681968年第一台液晶显示器问世年第一台液晶显示器问世-第99页，本讲稿共119页一一 旋光现象旋光现象 现象：现象：线偏振光通过某些物质后，其振动面将以线偏振光通过某些物质后，其振动面将以

41、光的传播方向为轴转过一定的角度，这种现象叫光的传播方向为轴转过一定的角度，这种现象叫旋光现象。（阿拉果首先在石英中发现）旋光现象。（阿拉果首先在石英中发现）实验：实验：3-11旋光现象 第100页，本讲稿共119页旋光度：晶片厚度为1mm时，转过的角度。不同波长旋光度不同 旋光色散。液体中的旋光现象液体中的旋光现象 振动面旋转角度：振动面旋转角度：由溶质特性决定的系数，与波长 温度也有关。：光通过溶液的长度 ：旋光性溶液的浓度 旋光仪测浓度(量糖计)3-11旋光现象 第101页，本讲稿共119页固体中的旋光现象：旋光物质及入射光波长有关的常量 二二 磁致旋光磁致旋光 外加一定强度的磁场，可使某

42、些不具有旋光性的物质产生旋光现象 磁致旋光效应（法拉第效应）1846年发现，是人类发现光和电磁之间联年发现，是人类发现光和电磁之间联系的第一个现象。系的第一个现象。3-11旋光现象 第102页，本讲稿共119页 ：物质性质 3-11旋光现象 第103页，本讲稿共119页 一光束由强度相同的自然光和线偏振光混一光束由强度相同的自然光和线偏振光混和而成，此光束垂直入射到几个叠在一起的偏和而成，此光束垂直入射到几个叠在一起的偏振片上振片上例1(1)(1)欲使光最后出射振动方向垂直于原来入射光中线欲使光最后出射振动方向垂直于原来入射光中线偏振光振动方向，并且入射光中两种成分的光的出偏振光振动方向，并且

43、入射光中两种成分的光的出射光强相等，至少需要几个偏振片？它们的透振方射光强相等，至少需要几个偏振片？它们的透振方向应如何放置？向应如何放置？(2)这种情况下，最后出射光强与入射光强之 比是多少？本章例题第104页，本讲稿共119页解：设入射光中两种成分强度都是(1)自然光通过自然光通过 线偏振光线偏振光 线偏振光通过线偏振光通过 线偏振光线偏振光它们振动方向一致(),若强度相等,则以后不论通过几个 ,强度总相等（否则,不等）故需两个需两个 如图放置如图放置 本章例题第105页，本讲稿共119页(2)(2)出射光出射光 入射光入射光 本章例题第106页，本讲稿共119页 布儒斯特定律提供了一种测

44、量不透布儒斯特定律提供了一种测量不透明电介质折射率的方法。今测得某电介明电介质折射率的方法。今测得某电介质起偏角质起偏角57，则其折射率，则其折射率 n=?例2 解：解：本章例题第107页，本讲稿共119页(1)求透射出来的求透射出来的o光和光和e光的相对强度。光的相对强度。(2)用钠光()，如它产生 的位相差，晶体的厚度应为多少？例3 平面偏振光垂直入射到一块光轴平行于表 面的方解石晶片上（，），光的振动面和晶体主截面成 角。本章例题第108页，本讲稿共119页解：(1)(2)本章例题第109页，本讲稿共119页例4 一束圆偏振光 (1)垂直入射到 波片上，求透射光的偏振状态。(2)垂直入射

45、到 波片上，求透射光的偏振状态。解：圆偏振光可看作由位相差为 的两个互相垂直的等幅振动合成。(1)经过 波片后，两个振动间的位相差增加或减少 本章例题第110页，本讲稿共119页 透射光为平面偏振光，透射光为平面偏振光，振动方向和晶片主截面成振动方向和晶片主截面成45 (2)经过 波片后，两个振动间的位相差增加或减少 透射光为椭圆偏振光透射光为椭圆偏振光 本章例题第111页，本讲稿共119页 用自然光源及起偏器和检偏器各一件，如何鉴别下列三种透明片：偏振片，半波片和 波片。(1)令自然光通过起偏器后产生线偏振光，然后依次将待鉴别的三种透明片平行共轴置于其后，若透明片绕轴转动 出现两次消光现象，

46、则该透明片是偏振片。解解：本章例题例5 第112页，本讲稿共119页(2)为了进一步鉴别半波片和 波片，可将检偏器平行共轴置于起偏器之后，然后依次将待鉴别的两种透明片平行共轴置于起偏器和检偏器之间。若透明片绕轴转动任意角度后，再将检偏器转动 时都会出现两次消光现象，则该透明片是半波片，余下的则是 波片本章例题第113页，本讲稿共119页 将一块表面与光轴平行的厚 方解石片 ，放置在两块正交偏振片之间,从第一块偏振片射出的线偏振光垂直入射在晶片上，振动方向与晶片光轴方向成 角。问：(1)当可见光透过第二块偏振片时，其光谱 中缺少哪些波长的谱线？(2)如果上述两块偏振片的透振方向互相平 行，则透射

47、光中缺少哪些波长的谱线？本章例题例6 第114页，本讲稿共119页解法一：利用线偏振光经过波片后状态变化来求。解法一：利用线偏振光经过波片后状态变化来求。若晶片对某些波长是全波片（），则线偏振光经过晶片后仍为线偏振光且振动方向不变，故这些波长的光不能通过正交偏振片。本章例题第115页，本讲稿共119页对应 若晶片对某些波长是半波片 ，则线偏振光经过晶片后仍为线偏振光，且振动方向转过 ，故这些波长的光不能通过平行偏振片。本章例题第116页，本讲稿共119页对应 本章例题第117页，本讲稿共119页 即 时，相消。结果相同。解法二：利用偏振光干涉来求。本章例题第118页，本讲稿共119页 即 时，相消。结果相同。本章例题(2)第119页，本讲稿共119页