大學(xué)物理-光的偏振

1、§1 光的偏振狀態(tài),一. 線偏振光,線偏振光可沿兩個(gè)相互垂直的方向分解,第三章 光的偏振 (Polarization of light),線偏振光的表示法：,二. 自然光,一束自然光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、等幅的、不相干的線偏振光。,自然光的表示法：,三. 部分偏振光,部分偏振光可分解為兩束振動(dòng)方向相互垂直的、不等幅的、不相干的線偏振光。,部分偏振光的表示法：,四. 圓偏振光, 橢圓偏振光,五. 偏振度,Ip

2、 —部分偏振光中包含的完全偏振光的強(qiáng)度,It —部分偏振光的總強(qiáng)度,In —部分偏振光中包含的自然光的強(qiáng)度,完全偏振光 (線、圓、橢圓 ) P =1,自然光 ( 非偏振光 ) P = 0,部分偏振光 0 < P < 1,偏振度的另一種表示：,§2 偏振片的起偏和檢偏，馬呂斯定律,一. 起偏,起偏的原理：利用某種光學(xué)的不對(duì)稱性,偏振片,微晶型,分子型,起偏：從自然光獲

3、得偏振光,起偏器: 起偏的光學(xué)器件,非偏振光I0,線偏振光 I,偏振化方向 (透振方向),,二. 馬呂斯定律,,,I0,I,偏振片的起偏,??馬呂斯定律（1809）,——消光,三. 檢偏,用偏振器件分析、檢驗(yàn)光的偏振態(tài),思考：,I不變?？是什么光,I變，有消光?？是什么光,I變，無消光?？是什么光,§3 反射和折射光的偏振 *散射光的偏振,一. 反射和折射時(shí)光的偏振,i = i0 時(shí)，反射光只有S分量,i 0 — 布儒斯

4、特角或 起偏角,i0 +r0 = 90O,由,有,—布儒斯特定律 (1812年),若 n1 =1.00 (空氣)，n2 =1.50 (玻璃)，則：,二. 玻璃片堆起偏和檢偏,1. 起偏,當(dāng)i =i0時(shí),自然光從空氣→玻璃,2. 檢偏 ...,玻璃片堆,*三. 散射光的偏振,1.散射光的產(chǎn)生,2.散射光的偏振,§4 光在晶體中的傳播, 雙折射,,方解石,o,e,一. 雙折射的概念,1. 雙折射,n1,n2,,,,,,i,ro

5、,re,(各向異性媒質(zhì)),自然光,o光,e光,,,,2.尋常光和非尋常光,o光 : 遵從折射定律,e光 : 一般不遵從折射定律,e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。,3. 晶體的光軸,當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。,例如，方解石晶體(冰洲石),光軸是一特殊的方向,凡平行于此方向的直線均為光軸。,單軸晶體：只有一個(gè)光軸的晶體,雙軸晶體：有兩個(gè)光軸的晶體,4. 主平面和主截面,主平面：晶體中光的傳播方向與晶

6、體 光軸構(gòu)成的平面。,主截面：晶體表面的法線與晶體光 軸構(gòu)成的平面。,二. 晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體,光矢量振動(dòng)方向與晶體光軸的夾角不同,光的傳播速度也不同。,o光:,e光:,n0 ，ne稱為晶體的主折射率,正晶體 : ne> no,負(fù)晶體 : ne< no,(?e< ?o),(?e>?o),三. 單軸晶體中光傳播的惠更斯作圖法(?e>

7、;?o),1. 光軸平行晶體表面，自然光垂直入射,o, e在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。,2. 光軸平行晶體表面，且垂直入射面， 自然光斜入射,3. 光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射,此時(shí)e光的波面不再與其波射線垂直了,§5 晶體光學(xué)器件,一. 晶體起偏器件,1. 晶體的二向色性、晶體偏振器,某些晶體對(duì)o光和e光的吸收有很大差異，這叫晶體的二向色性,電氣石,可產(chǎn)生線偏振光,2. 偏振棱鏡,偏光鏡: 格蘭─

8、湯姆孫棱鏡,偏光分束鏡 :沃拉斯頓棱鏡,光軸的取向使o光、e光對(duì)應(yīng)的恰是no、 ne 。,no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864),方解石 n0＞ne,二. 晶體相移器件，圓和橢圓偏振光的起偏,1. 晶片─相位延遲片,晶片是光軸平行表面的晶體薄片。,通過厚為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：,振幅關(guān)系,從晶片出射的是兩束傳播方相同、振動(dòng)方向相互垂直、頻率相等、相位差??的線偏振光，它們合成為一束橢圓偏振光。,時(shí)為圓偏振

9、光,2. 波（晶）片,(1) 四分之一波片,—— 線偏振光→圓偏振光,—— 線偏振光→線偏振光,從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）,——線偏振光→橢圓偏振光,(2) 二分之一波片,使線偏振光振動(dòng)面轉(zhuǎn)過2? 角度,(3) 全波片,三. 橢圓與圓偏振光的檢偏,用四分之一波片和偏振片P可區(qū)分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光,四分之一波片,偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）,以入射光方向?yàn)檩S,,四分之一波片,偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）,光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)

10、方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長(zhǎng)軸或短軸放置,,,§6 偏振光的干涉,一. 偏振光干涉裝置,二. 偏振光干涉的分析,1. 振幅關(guān)系,在P2 后，兩束光振動(dòng)方向平行，振幅為：,通過晶體C后,此兩束光合成為一束橢圓偏振光,通過P2 后,（若P1、P2夾角小于?，則無附加相差?）,2. 相位關(guān)系,—相長(zhǎng)干涉,—相消干涉,若單色光入射，且d不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。,三. 色偏振,白光入射，晶片d均勻,屏上由于某種顏色干涉相消

11、，而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色這叫（顯）色偏振。,若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。,如 紅色相消→綠色；藍(lán)色相消→黃色，,§7 人工雙折射,人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。,一. 光彈效應(yīng)(應(yīng)力雙折射效應(yīng)),應(yīng)力→各向異性→?各向不同→n各向不同,在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：,各處 不同→各處 不同→出現(xiàn)干涉條紋,變→ 變→干涉情況變。,二. 電光效應(yīng),電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng),1.克爾效應(yīng) (1875年),不加

12、電場(chǎng)→液體各向同性→P2不透光,加電場(chǎng)→液體呈單軸晶體性質(zhì)，,——二次電光效應(yīng),E — 電場(chǎng)強(qiáng)度，k — 克爾常數(shù),克爾效應(yīng)引起的相位差為：,克爾盒相當(dāng)于半波片， P2透光最強(qiáng) 。,時(shí)，,光軸平行 ? P2透光,2. 泡克爾斯效應(yīng)(1893年),硝基苯 ，若l =3cm,d=0.8cm,λ=600nm的黃光，則產(chǎn)生?? k=?時(shí)的電壓

13、 。,克爾盒的應(yīng)用 : ...克爾盒的缺點(diǎn) : ...,不加電場(chǎng)→ P2 不透光,加電場(chǎng)→晶體變雙軸晶體→原光軸方,泡克爾斯效應(yīng)引起的相位差,—— 線性電光效應(yīng),no—o光在晶體中的折射率；V —電壓；r — 電光常數(shù)。,應(yīng)用 :,三. 磁致雙折射,科頓—穆頓效應(yīng),向附加了雙折射效應(yīng)→ P2 透光。,§8 旋光現(xiàn)象,一. 物質(zhì)的旋光性,使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn),,,,?,?,,,a — 旋光率,

14、,二. 菲涅耳的解釋,線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左(L )、右(R )旋圓偏振光的合成。,旋轉(zhuǎn)的角度：,光通過旋光物質(zhì)后，初相要滯后,設(shè)入射時(shí)L、R初相為0，旋光物質(zhì)長(zhǎng)d,在出射面上:,由圖示，有：,令,—— 旋光率,則,三. 量糖術(shù),對(duì)溶液有,── 溶液的旋光率,c ── 溶液的濃度,── 溶液的比旋光率,“量糖計(jì)”,四. 磁致旋光,旋轉(zhuǎn)的角度,V─費(fèi)德爾常量，,對(duì)自然旋光物質(zhì)，振動(dòng)面的左旋或右旋是由旋光物質(zhì)本