光的偏振ppt课件

20 1光的横波性 第20章光的偏振 Polarizationoflight 一 光的横波性 自然光 电矢量E称为光矢量 1 1 自然光 一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的 等幅的 不相干的线偏振光 自然光的表示法 2 2 线偏振光 线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解 线偏振光的表示法 3 部分偏振光 部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的 不等幅的 不相干的线偏振光 部分偏振光的表示法 4 3 圆偏振光 椭圆偏振光 5 椭圆偏振光 合成椭圆偏振光 圆偏振光 合成光振动矢量末端轨迹是圆 椭圆偏振光和圆偏振光 频率相同 振动方向互相垂直 且有固定位相差的两列线偏振光的合振动 满足椭圆方程 6 20 2偏振片 马吕斯定律 一 偏振片 起偏的原理 利用某种光学的不对称性 偏振片 微晶型 分子型 起偏 从自然光获得偏振光 起偏器 起偏的光学器件 7 二向色性和偏振片 二向色性 偏振片 H偏振片K偏振片 二向色性 8 非偏振光I0 线偏振光I 偏振化方向 透振方向 二 马吕斯定律 I0 I 偏振片的起偏 马吕斯定律 1809 消光 9 检偏 用偏振器件分析 检验光的偏振态 思考 I不变 是什么光 I变 有消光 是什么光 I变 无消光 是什么光 10 起偏器和检偏器 11 20 3反射光和折射光的偏振 一 反射产生偏振 i i0时 反射光只有S分量 12 i0 布儒斯特角或起偏角 i0 r0 90O 由 有 布儒斯特定律 1812年 若n1 1 00 空气 n2 1 50 玻璃 则 13 二 玻璃片堆起偏和检偏 1 起偏 当i i0时 自然光从空气 玻璃 2 检偏 玻璃片堆 14 20 4光的双折射 方解石 o e 一 光的双折射现象 1 双折射 n1 n2 i ro re 各向异性媒质 自然光 o光 e光 2 寻常光和非寻常光 o光 遵从折射定律 e光 一般不遵从折射定律 e光折射线也不一定在入射面内 15 3 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 例如 方解石晶体 冰洲石 光轴是一特殊的方向 凡平行于此方向的直线均为光轴 单轴晶体 只有一个光轴的晶体 双轴晶体 有两个光轴的晶体 16 方解石晶体光轴 17 4 主平面和主截面 主平面 晶体中光的传播方向与晶体光轴构成的平面 主截面 晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面 18 二 晶体的主折射率 正晶体 负晶体 光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同 光的传播速度也不同 沿光轴方向 光的传播速度相等 垂直于光轴的方向 光的传播速度差别最大 19 o光 e光 n0 ne称为晶体的主折射率 正晶体 ne no 负晶体 ne no e o e o 20 三 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法 e o 1 光轴平行晶体表面 自然光垂直入射 o e在方向上虽没分开 但速度上是分开的 2 光轴平行晶体表面 且垂直入射面 自然光斜入射 21 3 光轴与晶体表面斜交 自然光垂直入射 此时e光的波面不再与其波射线垂直了 22 23 四 偏振棱镜 24 偏光镜 格兰 汤姆孙棱镜 偏光分束镜 沃拉斯顿棱镜 光轴的取向使o光 e光对应的恰是no ne no 1 6584 n 1 55 ne 1 4864 方解石n0 ne 25 20 5波片偏振态的检验 半波片 从单轴晶体切下来的薄片 其表面与晶体的光轴平行 一 波片 线偏振光通过波片即可变为椭圆偏振光 26 二 偏振光的获得和检验 1 偏振光的获得 1 线偏振光 2 椭圆偏振光 从自然光获得线偏振光 用起偏器 波片 玻片堆 偏振片 尼科耳棱镜等 自然光通过起偏器和一个波片即可 2 检验偏振光 设入射光有以下五种 自然光 部分偏振光 线偏振光 圆偏振光 椭圆偏振光 27 第一步 第二步 令入射光通过偏振片I 改变I的透振方向 观察透射光强变化 观察现象 观察现象 结论 结论 有消失 线偏振光 有消失 圆偏振光 无消失 自然光 强度无变化 自然光或圆偏振光 a 令入射光依次通过四分之一波片和偏振片II 改变II的透振方向P2 观察透光强度变化 有消失 无消失 椭圆偏振光 部分偏振光 强度有变化 但无消光 部分偏振光或椭圆偏振光 b 四分之一波片的光轴方向必须与第一步I片产生强度极大或极小透振方向重合 28 20 6偏振光的干涉 一 偏振光干涉装置 29 二 偏振光干涉的分析 1 振幅关系 在P2后 两束光振动方向平行 振幅为 30 2 相位关系 来源 a 入射波片前的 1 设 1 0 b 波片引起的 2 c 坐标投影引起的 3 0或 通过晶体C后 此两束光合成为一束椭圆偏振光 通过P2后 若P1 P2夹角小于 则无附加相差 31 相长干涉 相消干涉 若单色光入射 且d不均匀 则屏上出现等厚干涉条纹 32 四人工双折射 人为地造成各向异性 而产生双折射 一 光弹效应 应力双折射效应 应力 各向异性 各向不同 n各向不同 在一定应力范围内 33 各处不同 各处不同 出现干涉条纹 变 变 干涉情况变 34 35 二 电光效应 电光效应也叫电致双折射效应 1 克尔效应 1875年 不加电场 液体各向同性 P2不透光 加电场 液体呈单轴晶体性质 36 二次电光效应 E 电场强度 k 克尔常数 克尔效应引起的相位差为 克尔盒相当于半波片 P2透光最强 时 光轴平行 P2透光 37 2 泡克尔斯效应 1893年 硝基苯 若l 3cm d 0 8cm 600nm的黄光 则产生 k 时的电压 克尔盒的应用 克尔盒的缺点 38 不加电场 P2不透光 加电场 晶体变双轴晶体 原光轴方 泡克尔斯效应引起的相位差 线性电光效应 no o光在晶体中的折射率 V 电压 r 电光常数 应用 三 磁致双折射 科顿 穆顿效应 向附加了双折射效应 P2透光 39 20 7旋光现象 一 物质的旋光性 使线偏振光的振动面发生旋转 a 旋光率 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 旋转的角度 40 光通过旋光物质后 初相要滞后 设入射时L R初相为0 旋光物质长d 41 在出射面上 由图示 有 令 旋光率 则 42 三 量糖术 对溶液有 溶液的旋光率 c 溶液的浓度 溶液的比旋光率 量糖计 四 磁致旋光 旋转的角度 V 费德尔常量 43 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 44 对磁致旋光物质 光沿B与逆B方向传播 振动面旋向相反 45 光隔离器 消除反射光的干扰 波动光学部分结束 46 晶体光学器件 一 晶体起偏器件 1 晶体的二向色性 晶体偏振器 某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异 这叫晶体的二向色性 电气石 可产生线偏振光 47 2 偏振棱镜 偏光镜 格兰 汤姆孙棱镜 偏光分束镜 沃拉斯顿棱镜 光轴的取向使o光 e光对应的恰是no ne no 1 6584 n 1 55 ne 1 4864 方解石n0 ne 48 二 晶体相移器件 圆和椭圆偏振光的起偏 1 晶片 相位延迟片 晶片是光轴平行表面的晶体薄片 通过厚为d的晶片 o e光产生相位差 振幅关系 49 从晶片出射的是两束传播方相同 振动方向相互垂直 频率相等 相位差 的线偏振光 它们合成为一束椭圆偏振光 时为圆偏振光 2 波 晶 片 1 四分之一波片 线偏振光 圆偏振光 线偏振光 线偏振光 从线偏振光获得椭圆或圆偏振光 或相反 50 线偏振光 椭圆偏振光 2 二分之一波片 使线偏振光振动面转过2 角度 3 全波片 51