复旦大学《大学物理》课件-第五章光(1).pdf

dnneo)(2自然光垂直入射波片时，晶体内o光和e光的传播速度不同，相位不同。从晶体出射时，这两束 线偏振光之间有 dnneo)(相位差 光程差 光光轴轴ABO e 改变光的偏振态；改变光的偏振态；表面互相平行、光轴与晶体表面平行的单轴晶体。表面互相平行、光轴与晶体表面平行的单轴晶体。一波片（Wave Plate):（相位延迟片）（相位延迟片）椭圆偏振光椭圆偏振光电矢量的端点在垂直于光传播方电矢量的端点在垂直于光传播方 向的平面内画出一个椭圆向的平面内画出一个椭圆 圆偏振光圆偏振光电矢量的端点在垂直于光传播方向电矢量的端点在垂直于光传播方向 的平面内画出一个圆的平面内画出一个圆。两列频率相同两列频率相同、振动方向互相垂直振动方向互相垂直，且沿同一且沿同一方向传播的线偏振光叠加可得椭圆偏振光方向传播的线偏振光叠加可得椭圆偏振光。yyxxyyxxkztAkztAEEeeeeE)cos()cos(消去（）得 k zt 222222sincos)(AEAEAEAEyxxyyxx右旋右旋（right-handed）迎着光的传播方向迎着光的传播方向，电矢量电矢量端点描出的椭圆端点描出的椭圆（圆圆）沿顺时针方向旋转沿顺时针方向旋转,叫右旋椭叫右旋椭圆圆（圆圆）偏振光偏振光。左旋左旋（left-handed）迎着光的传播方向迎着光的传播方向，电矢量电矢量端点描出的椭圆端点描出的椭圆（圆圆）沿逆时针方向旋转沿逆时针方向旋转。叫左旋叫左旋椭圆椭圆（圆圆）偏振光偏振光。222222sincos)(AEAEAEAEyxxyyxx 二二.四分之一波片四分之一波片 四分之一波片四分之一波片(/4波片波片):晶体厚度晶体厚度恰能使恰能使o光和光和e光光程差为光光程差为/4的晶片的晶片 即即 dnneo)(4dnneo)(22线偏振光通过线偏振光通过/4波片后将变为椭波片后将变为椭圆圆(圆圆)偏振光偏振光 光轴光轴 线偏线偏振光振光 椭圆椭圆(圆圆)偏振光偏振光 讨论：圆或圆或主轴与波片光轴平行主轴与波片光轴平行的的正椭正椭圆偏振光通过圆偏振光通过/4波片后可变为线波片后可变为线偏振光偏振光 0或或 位相差为位相差为 的两相互垂的两相互垂直谐振动的合成直谐振动的合成 2经波片经波片:产生产生 位相差位相差 2线偏线偏振光振光 线偏线偏振光振光 圆偏圆偏振光振光 椭圆偏椭圆偏振光振光 正椭圆正椭圆:(圆圆)透射时透射时:三三.二分之一波片二分之一波片 二分之一波片二分之一波片(/2波片波片):晶体厚度晶体厚度恰能使恰能使o光和光和e光光程差为光光程差为/2的晶片的晶片 即：即：dnneo)(2dnneo)(2 线偏振光通过线偏振光通过/2波片后仍为线偏波片后仍为线偏振光振光，但振动方向与原振动方向相但振动方向与原振动方向相比转过比转过2 角角 oAeA讨论：讨论：圆偏振光通过圆偏振光通过/2波片后仍为圆偏振光，但波片后仍为圆偏振光，但 转动方向与原来的相反转动方向与原来的相反 四四.偏振光的检验偏振光的检验 方法：第一步：让光通过检偏器第一步：让光通过检偏器,并让并让检偏器旋转一周，则检偏器旋转一周，则 线偏振光线偏振光:两次光强最大两次光强最大,两次为零两次为零 部分偏振光和椭圆偏振光：部分偏振光和椭圆偏振光：两次光强最大两次光强最大,两次最小两次最小,但不为零但不为零 检偏检偏器器 自然光和圆偏振光：自然光和圆偏振光：光强始终不变光强始终不变 第二步：区别自然光与圆偏振光，第二步：区别自然光与圆偏振光，部分偏振部分偏振光与椭圆偏振光光与椭圆偏振光 圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光：由两个有确定位由两个有确定位相差的相互垂直的光振动合成而成相差的相互垂直的光振动合成而成 自然光和部分偏振光：自然光和部分偏振光：不同振动面上的光不同振动面上的光振动彼此独立，即两个相互垂直的振动之间振动彼此独立，即两个相互垂直的振动之间没有恒定的位相差没有恒定的位相差 基本方法：基本方法：在检偏器前加一块在检偏器前加一块/4波片波片 区别自然光和圆偏振光区别自然光和圆偏振光:检偏器检偏器 经经/4波片后圆偏振光成为线偏振光，转动波片后圆偏振光成为线偏振光，转动检偏器，有最大光强和消光的为圆偏振光检偏器，有最大光强和消光的为圆偏振光，没有变化的则为自然光，没有变化的则为自然光 区别部分偏振光和椭圆偏振光区别部分偏振光和椭圆偏振光:/4波片的光轴方向平行于椭圆偏振光的波片的光轴方向平行于椭圆偏振光的长轴或短轴长轴或短轴,经经/4波片后椭圆偏振光变为波片后椭圆偏振光变为线偏振光线偏振光，可根据光强的变化进行区别可根据光强的变化进行区别 偏振态的实验检验偏振态的实验检验 Experimental Identification of Polarization）检验工具检偏器+已知光轴方向的1/4波片 线偏振光线偏振光 二次消光 圆偏振光圆偏振光1/4波片 自然光自然光1/4波片检偏器强度无变化 椭圆偏振光椭圆偏振光检偏器停在二强二弱的最佳位置 前插入1/4波片使其光轴与检偏器透射 方向平行变成线偏振光检偏器旋转360 二次最强、二次消光。检偏器转动360 二次最强 最后得二次最强、二次最弱。部分偏振光部分偏振光步骤与检验椭圆偏振光相同，偏振态的实验检验（偏振态的实验检验（Experimental Identification of Polarization）偏振态的实验检验（Experimental Identification of Polarization）补偿器通过它可得任意相位差的器件。Balinet补偿器：光轴互相垂直的两块劈状石英。)(2)()(2eo21oe2eo1nnddnndnnd光通过补偿器的不同地方，可得任意相位差。通过d1和d2后两束光的相位差：偏振态的实验检验（Experimental Identification of Polarization）一一.偏振光干涉原理偏振光干涉原理 起偏器起偏器 1P检偏器检偏器 2P 单色单色自然光自然光 eo双折射晶片双折射晶片 光轴光轴 d光学光学5.5 5.5 偏振光的干涉偏振光的干涉 经晶片：经晶片：o光和光和e光的位相差为光的位相差为 dnneo)(2-振动方向垂直，位相差固定振动方向垂直，位相差固定 1P2P1AeAoA振幅为振幅为 sin1AAocos1AAe经检偏器：经检偏器：o光和光和e光都沿检偏器的偏振化方光都沿检偏器的偏振化方向振动，但振幅矢量方向相反向振动，但振幅矢量方向相反(附加位相差附加位相差)-满足相干条件满足相干条件 1P2PeAoA1AoA2eA2振幅为：振幅为：cos2ooAAsin2eeAAsincos1Asincos1A-振幅相等振幅相等 两相干偏振光总的位相差为两相干偏振光总的位相差为 dnneo)(2讨论：讨论：2k 或或 (no-ne)d=(2k-1)/2:(2k+1)或或 (no-ne)d=k:干涉极大，视场最亮干涉极大，视场最亮 干涉极小，视场最暗干涉极小，视场最暗 白光入射则出现色彩白光入射则出现色彩-色偏振色偏振 晶片厚度不均匀时，出现干涉条纹晶片厚度不均匀时，出现干涉条纹 二二.人工双折射人工双折射 各向同性非晶体在人为条件下，变为各向各向同性非晶体在人为条件下，变为各向异性而产生的双折射现象异性而产生的双折射现象 1.光弹性效应光弹性效应 检偏器检偏器 2P起偏器起偏器 1PFF在机械力作用下产生的双折射现象在机械力作用下产生的双折射现象 实验表明：实验表明：kpnneok：比例系数比例系数，p：压强压强 eodnneo)(2kpd2即即 随随 p的变化而变化，材料内部胁强的变化而变化，材料内部胁强不均匀时将出现干涉条纹不均匀时将出现干涉条纹 检偏器检偏器 2P起偏器起偏器 1P 2.克尔效应克尔效应 在强电场作用下产生的双折射现象在强电场作用下产生的双折射现象 l克尔盒克尔盒 实验表明：实验表明：02kEnneok：克尔系数克尔系数，E：电强强度电强强度，0：光在真光在真空中的波长空中的波长 eo经极板后两光的光程差为经极板后两光的光程差为 02)(klElnneo022dUkl即电压变化时即电压变化时 变化，从而使透过变化，从而使透过P2的光的光强随之变化强随之变化-可制作为“光开关”可制作为“光开关”