光在晶体和液晶中传播课件.ppt

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1、CH 7-3相位延迟器相位延迟器phases delayer波晶片（波片波晶片（波片）厚度为厚度为d,d,光轴与两个表面平行光轴与两个表面平行的双折射晶体薄片称为波片。的双折射晶体薄片称为波片。当自然光垂直入射时，由晶体当自然光垂直入射时，由晶体出射的是振动方向相互垂直的出射的是振动方向相互垂直的线偏振光，它们沿原入射方向线偏振光，它们沿原入射方向同向传播，但传播速度不同。同向传播，但传播速度不同。对于方解石晶体对于方解石晶体e e光比光比O O光快光快。对于石英晶体对于石英晶体e e光比光比O O光慢光慢。相位延迟器相位延迟器e eO O光轴光轴d d石英光轴平行于表面光线垂直入射O O光和

2、光和e e光两者到达波片光两者到达波片的另一表面时，必然有的另一表面时，必然有相位差。相位差。设设 为为O O光超前于光超前于e e光光的相位的相位 则则其光程差为：其光程差为：e eO O光轴光轴d d石英*若若O O光和光和e e光的相位差为光的相位差为：光程差是波长的整数倍光程差是波长的整数倍波长片或全波片波长片或全波片*若若O O和和e e光相位差为光相位差为光程差是半波长的奇数倍光程差是半波长的奇数倍二分之一波长片或半波片二分之一波长片或半波片则则则则*若若O O和和e e光相位差为光相位差为光程差是半波长的奇数倍光程差是半波长的奇数倍称为二分之一波长片或半波片。称为二分之一波长片或

3、半波片。*若若O O光和光和e e光的相位差为光的相位差为光程差是波长的整数倍光程差是波长的整数倍该波片称为波长片或全波片。该波片称为波长片或全波片。方解石方解石称为四分之一波长片称为四分之一波长片则*若若O O和和e e光相位差为光相位差为光程差是光程差是 1/41/4波长的奇数倍波长的奇数倍波片的作用是使通过它的波片的作用是使通过它的O O光光和和e e光有相位上的光有相位上的改变，因此也称为相位延迟器。在偏振光分析改变，因此也称为相位延迟器。在偏振光分析中有着独特的作用。中有着独特的作用。四分之一波片四分之一波片 线偏振光垂直通过波片后的偏振态线偏振光垂直通过波片后的偏振态当垂直入射的线

4、偏光振动方向与当垂直入射的线偏光振动方向与波片光轴间夹角波片光轴间夹角=0=00 0或或=90=900 0时，时，则无论波片的厚度是多少，出射则无论波片的厚度是多少，出射的线偏光与入射光相同。的线偏光与入射光相同。当使用当使用 1/2 1/2 波片时，出射的波片时，出射的O O光、光、e e 光有光有 的相位延迟，的相位延迟，出射的线偏光与入射线偏光出射的线偏光与入射线偏光的振动方向对于光轴的振动方向对于光轴 OC OC 方方向对称。向对称。OCOOC 若若C C为波长片时，出射的为波长片时，出射的O O光、光、e e 光光的相位的相位差为差为2 2 的整数倍，这相当于无相位延迟，的整数倍，这

5、相当于无相位延迟，即波长片不改变入射线偏振光的状态。即波长片不改变入射线偏振光的状态。OC 补偿器补偿器-有效厚度可改变的波晶片有效厚度可改变的波晶片巴比涅补偿器巴比涅补偿器推动上劈推动上劈 改变改变 连续改变连续改变 补偿器补偿器连续可变连续可变o o光、光、e e光相差光相差 的装置的装置(1)使用细束宽光束使用细束宽光束d1d2AMB(2)索累索累补偿器补偿器改变改变d1连续改变连续改变d2-d1连续改变连续改变cd1d2BA圆起偏器圆起偏器 一一个个偏偏振振片片和和一一个个/4/4片片组组合合成成圆圆偏偏振振器器它它既既可可产产生生圆圆偏偏振振光光,也也可可以以检检测测圆偏振光及其旋转

6、方向圆偏振光及其旋转方向.o(P)P ez光轴光轴偏振片偏振片C/4片片M M是起偏器，经它可从自然光中获是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片得垂直射向波片C C的线偏光。的线偏光。波片波片C C光轴平行光轴平行于晶体表面，于晶体表面，透振方向与光透振方向与光轴方向之间的轴方向之间的夹角夹角 垂直射入波片的线偏光：垂直射入波片的线偏光：分解成分解成O O光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的分解成的e e光振动方向平行于入射面，平行于光轴光振动方向平行于入射面，平行于光轴。入射波片的线偏光的振幅入射波片的线偏光的振幅 椭圆偏振光、椭圆偏振光、圆偏

7、振光的产生圆偏振光的产生 若若C C为为1/41/4波片，即波片，即=/2/2，且若且若=45=450 0，则从，则从C C出射出射圆偏振光圆偏振光若若C C为为1/41/4波片，且波片，且 45450 0、90900 0或或0 00 0，则，则出射出射椭圆偏振光椭圆偏振光 若若C C不不为波长片也不是半波片为波长片也不是半波片，即即 k k 时，时，且且 45450 0、90900 0或、或、0 00 0 时，则从时，则从C C垂直出射椭圆偏振光。垂直出射椭圆偏振光。经过波片后，经过波片后，O O光和光和e e光光的相位差：的相位差：振动合成示意图振动合成示意图例例7.3-1 7.3-1 如

8、图如图,P,P1,1,P P2 2为透振方向平行的偏振片为透振方向平行的偏振片,K,K是主折射率为是主折射率为的波晶的波晶片片,其光轴方向平行于折射表面其光轴方向平行于折射表面.若波长为若波长为的的入射光经图示系统后被消光入射光经图示系统后被消光.求此波晶片的厚度求此波晶片的厚度.解解 入入射射光光经经P P1 1变变线线偏偏振振光光,经经K K后后能能被被P P2 2消消光光,说说明明其其振振动动面面转转过过9090.因因 片片才才能能线线偏偏 振振 光光 振振 动动 转转 过过 2 2,故故 晶晶 片片 为为 片片,其其光光轴轴与与P P1 1成成 ,最小厚度为最小厚度为P1P2K例例7.

9、4-2 一一束束波波长长的的主主轴轴在在光光轴轴的的左左旋旋椭椭圆圆偏偏振振光光,入入射射到到相相应应于于波波长为长为 的方解石片上的方解石片上,试求出射光的偏振态试求出射光的偏振态.已知方解石对已知方解石对 光光的的主主折折射射率率为为 ;对对 的的光主折射率为光主折射率为.解解 对对 的的 片的厚度片的厚度其中其中 波长为波长为 的单色光通过该晶片产生的相位差的单色光通过该晶片产生的相位差 即即对对 的的光光,该该晶晶片片为为 片片.入入射射正正椭椭圆圆偏偏振振光光,其其分分解解的的两两垂直振动相位差垂直振动相位差 ,经该晶片出射的经该晶片出射的o光和光和e光的相位差为光的相位差为故出射的

10、光为主轴之一为于故出射的光为主轴之一为于,象限的左旋椭圆偏振光象限的左旋椭圆偏振光.CH 7-4 偏振光的检验偏振光的检验ANALYSIS OF POLARIZED LIGHTANALYSIS OF POLARIZED LIGHT偏振光的检验偏振光的检验一一 偏振光通过偏振光通过 片后的偏振态的变化片后的偏振态的变化y(e)y(e)xoy(e)ox=0+/2y(e)x 0=0 xo入射光偏振态入射光偏振态经经 片后片后入入射射光光矢矢量量与与光光轴轴(e轴轴)成成0 或或9090,则则在在晶晶片片中中只只存存在在一一种种振振动动方方向向的的偏偏振振光光.经经 片片或或任任何何波波片片,出出射射

11、光偏振态均不变光偏振态均不变.说说 明明线线偏偏振振光光经经 片片后后成成为为主主轴轴之之一一在在光光轴轴上上的的正椭圆偏振光正椭圆偏振光入射光偏振态入射光偏振态经经 片后片后说说 明明y(e)ox 0=-/2 y（e)xo圆圆偏偏振振光光经经 片片成成为为光光矢矢量量与光轴成与光轴成45 的线偏振光。的线偏振光。o y(e)xy(e)oxy（e）xoy（e）xo凡凡主主轴轴之之一一在在光光轴轴上上的正椭圆偏振光，经的正椭圆偏振光，经 片后成为线偏振光。片后成为线偏振光。主主轴轴之之一一不不在在光光轴轴上上的的椭椭圆圆偏偏振振光光，经经 片片后后成成为为另另一一种种旋旋向向和和取取向向的的椭椭

12、圆圆偏振光偏振光二二.对圆偏振光与自然光、椭圆对圆偏振光与自然光、椭圆 偏振光与部分偏振光的鉴别偏振光与部分偏振光的鉴别将检偏器将检偏器P P旋转一周旋转一周椭圆偏振光有强弱或消光现象椭圆偏振光有强弱或消光现象自然偏振光或部分偏振光状态不变自然偏振光或部分偏振光状态不变 xPy一一 对椭圆（圆）偏振光光矢量旋转方向的鉴别对椭圆（圆）偏振光光矢量旋转方向的鉴别同理同理:左旋椭圆（圆）偏振光，同样左旋椭圆（圆）偏振光，同样装置出射光强为装置出射光强为、象限的象限的“8”8”字字测出椭圆（圆）偏振光经上述装置测出椭圆（圆）偏振光经上述装置的的光光强强分分布布，根根据据“8”8”字字 的的取取向向，鉴

13、鉴别别出出光光矢矢量量的的旋旋转转方方向向入射右旋入射右旋(圆圆)偏振光偏振光两垂直振动之间有初位相差两垂直振动之间有初位相差经方解石经方解石 片片位相差位相差、象限象限的线偏振光的线偏振光旋转旋转 片后的检偏器片后的检偏器出射光强为出射光强为、象限的象限的“8”8”字字七种偏振态的检验七种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得

14、的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两明两零两零则为则为光强光强不变不变则为则为两明两明两暗两暗则为则为圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光自加自加然线然线光偏光偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光加光两明两明两零两零则为则为两明两暗两明两暗但暗程度但暗程度与前不同与前不同则为则为两明两暗两明两暗但暗方位但暗方位与未插入与未插入1/4波片时波片时相同则为相同则为 阅读阅读 五种光的检验步骤五种光的检验步骤例例 7.4-1 7.4-1 一一束束主主轴轴之之一一在在波波晶晶片片光光轴轴方方向向的的左左旋旋椭椭圆圆偏偏振振光光,分分别别垂直入射到垂直入

15、射到 上上.试分别画出各出射光的偏振态试分别画出各出射光的偏振态.y y(e)x xy y(e)(e)x xy y(e)(e)x xx xy y(e)(e)入射偏振光入射偏振光 出射偏振态出射偏振态经经/8/8片片经经/4/4片片经经/2/2片片例例 7.4-2 7.4-2 单单色色平平行行自自然然光光相相继继垂垂直直照照射射到到一一透透明明物物P P及及一一 片片Q Q上上,P,P和和Q Q无无论论怎怎样样绕绕OOOO 轴轴旋旋转转时时,总总可可在在尼尼可可尔尔棱棱镜镜N N后后得得到到消消光光位位置置.问问:(1):(1)入射到入射到Q Q上是什么光上是什么光?(2)P?(2)P是什么物质

16、是什么物质?PNQOO 解解 (1)P(1)P、Q Q绕绕OOOO 旋旋转转时时可可得得到到消消光光位位置置,说说明明入入射射到到N N上上,即即 片片Q Q出射的是线偏振光出射的是线偏振光.则入射到则入射到Q Q上的光可能是圆偏振光或主轴之一在上的光可能是圆偏振光或主轴之一在 片片光光轴轴上上的的椭椭圆圆偏偏振振光光.然然而而P P、Q Q无无论论怎怎样样旋旋转转总总可可以以N N后后的的到消光位置到消光位置,故入射到故入射到Q Q上的只能是圆偏振光上的只能是圆偏振光.(2)(2)能将自然光转变为圆偏振光的装置是由偏振片与能将自然光转变为圆偏振光的装置是由偏振片与 片构成的片构成的圆偏振器圆偏振器.