第十四章-光的偏振.pptx

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1、1横波的偏振性横波的偏振性 沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即沿纵波的传播方向作任意平面，波的运动情况相同，具有对称性，即 纵波纵波的振动相对于传播方向是轴对称的。的振动相对于传播方向是轴对称的。第1页/共65页2横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。横波的振动相对于传播方向不是轴对称的。第2页/共65页3 2 2、振动面的概念、振动面的概念 振动方向与传播方向组成的平面。振动方向与传播方向组成的平面。1 1、偏振、偏振 波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。波的振动方向相对于传播方向的不对称性，叫偏振。这就是说，横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。这就是说，

2、横波具有偏振性，而纵波不具备偏振性。光是横波，应该具有偏振性。光是横波，应该具有偏振性。第3页/共65页4自然光自然光1 1、自然光是非偏振光、自然光是非偏振光其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。其根源仍在热原子发光具有间歇性和独立性。光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。光波虽然是横波，但普通光源发出的光是自然光，不是偏振光。普通光源中每个原子所发出的光其普通光源中每个原子所发出的光其位相关系位相关系及及振动方向振动方向都是都是随机随机的。的。第4页/共65页5cExyz 一串光波列是横波。但从宏观上看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动，一串光波列是横波。但从宏观上

3、看，光源发出的光中包含了所有方向的光振动，振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。振动面可以分布在一切可能的方位，任何方向光矢量对时间的平均值是相等的。所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。所以自然光的光振动对光的传播方向是轴对称而又均匀分布的。第5页/共65页6 光光振振动动的的振振幅幅在在垂垂直直于于光光波波的的传传播播方方向向上上，既既有有时时间间分分布布的的均均匀匀性性，又又有有空空间间分分布布的的均均匀匀性性，具具有有这这种种特特性性的的光光就就叫叫自自然然光光 。(或或者者说说，具具有有各各个个方方向向的光振动的光振动，且又，且又无固

4、定的位相关系无固定的位相关系的光的光)。结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。结论：自然光的横波性被发光的随机性所破坏或掩盖。第6页/共65页72 2、自然光的分解、自然光的分解一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。一个简谐振动总可以分解为两个相互垂直的振动。且一般且一般 例如，一个振幅为的振动可分解为例如，一个振幅为的振动可分解为第7页/共65页8自自然然光光在在各各个个方方向向上上都都有有振振动动，其其中中每每个个振振动动都都可以这样分解，即可以这样分解，即由对称性知，有由对称性知，有所以，所以，没有一个方向的振动优于其它方向。这个结果没有一个方向的振动优于其它方向。这个结

5、果与坐标系无关。与坐标系无关。第8页/共65页9xy.表示该光的振动面就在纸平面内。表示该光的振动面就在纸平面内。表示该光的振动方向垂直于纸平面；表示该光的振动方向垂直于纸平面；3 3、自然光的表示、自然光的表示 由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在由于自然光的波振幅在垂直于传播方向的平面内，在各个方向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向各个方向上的分布平均相等，因此将波振幅在该平面内向任意的两个正交方向进行分解，都可以得到两个振动方向任意的两个正交方向进行分解，都可以得到两个振动方向互相垂直且振幅相等的振动，故此自然光常用下图表示：互相垂直且振幅相等的振动，故此自然光常用下图

6、表示：第9页/共65页10线偏振光线偏振光如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动时，这种光称为如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动时，这种光称为线偏振线偏振光光.第10页/共65页11部分偏振光部分偏振光这种光在垂直于光的传播方向的平面内，各方向的振动都有，但它们的振幅大小不相这种光在垂直于光的传播方向的平面内，各方向的振动都有，但它们的振幅大小不相等，称为等，称为部分偏振光部分偏振光.例例：晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越晴朗蔚蓝色的天空中所散射的日光多是部分偏振光，散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高接近垂直，

7、散射光的偏振度越高。第11页/共65页12偏振片的起偏和检偏偏振片的起偏和检偏1 1、偏振器、偏振器：把自然光变成为全偏振光的仪器。：把自然光变成为全偏振光的仪器。有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动光矢量具有选择性吸有些晶体（例如硫酸金鸡钠硷）对互相垂直的两个分振动光矢量具有选择性吸收，这种现象称作晶体的收，这种现象称作晶体的二向色性二向色性。14-2 14-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定律马吕斯定律起偏起偏：把自然光变成偏振光。把自然光变成偏振光。第12页/共65页13偏振器偏振器透光轴透光轴自然光自然光偏振光偏振光自然光通过这种晶体薄片后，自然光通过这种晶体薄片后，只剩

8、下一个方向的振动，而另一个方向的振动则被只剩下一个方向的振动，而另一个方向的振动则被吸收。吸收。这种晶体薄片就可做偏振片。这种晶体薄片就可做偏振片。第13页/共65页14 偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫偏振片上允许通过光振动的方向叫做偏振片的偏振化方向。也叫透光轴透光轴。2 2、偏振片的偏振化方向、偏振片的偏振化方向第14页/共65页15 自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化自然光通过偏振片后即成为线偏振光，线偏振光的振动方向与偏振片的偏振化方向相同。此时的偏振片称为方向相同。此时的偏振片称为起偏器起偏器。若入射自然光的光强为若入射自然

9、光的光强为I0 0，其通过偏振片后，光强降为，其通过偏振片后，光强降为I0 0/2/2。第15页/共65页16 自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振自然光通过起偏器后成为偏振光，这时旋转偏振片就可得到不同方向的偏振光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的光。可是人眼对光振动的方向不敏感，无论怎样旋转偏振片，都感觉不到光强的变化。变化。3 3、自然光、偏振光、部分偏振光的检验、自然光、偏振光、部分偏振光的检验 如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成如果入射的是线偏振光，若偏振化方向与线偏振光的振动方向成9090角，则线

10、角，则线偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显偏振光将完全不能通过。因此，当转动偏振片时，在视场中就可看到光强的明显变化，并有消光现象。变化，并有消光现象。第16页/共65页17偏振片转一周偏振片转一周消光消光线偏光线偏光部分偏光部分偏光强强度度变变，无无消光消光自然光自然光强度不变强度不变透光轴透光轴 如果入射的是部分偏振光，则如果入射的是部分偏振光，则转动偏振片时，视场中光强有变化，转动偏振片时，视场中光强有变化，但不十分明显，无消光现象。但不十分明显，无消光现象。应用应用：制成安全汽车灯；：制成安全汽车灯；在大房间内的风洞上装上两块可自由旋转的偏振片，可使

11、室内光线具有浪漫在大房间内的风洞上装上两块可自由旋转的偏振片，可使室内光线具有浪漫色彩。色彩。第17页/共65页18 光强为光强为I0 0的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成的线偏振光，当其振动方向与偏振片的偏振化方向的成角时，则透过角时，则透过偏振片的光强为：偏振片的光强为：注意两点：注意两点：入射光必须是线偏振光，不是自然光；入射光必须是线偏振光，不是自然光；是与是与coscos2 2正比，而不是与正比，而不是与coscos正比。正比。马吕斯定律马吕斯定律AI0I第18页/共65页19证明：证明：ON1表示入射线偏振光的振动方向，ON2表示检偏器的透光轴方向，两者的夹角为.入射

12、线偏振光的光矢量振幅为E0，将此光矢量沿ON2及垂直于ON2的方向分解为两个分量，它们的大小分别为E0cos 和E0sin，其中只有平行于检偏器透光轴方向ON2的分量可以透过检偏器.由于光强和振幅的平方成正比，所以透过检偏器的透射光强I和入射线偏振光的光强I0之比为第19页/共65页20偏振器偏振器自然光自然光检偏器检偏器I I1 1I I2 2 如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式中的如果入射到检偏片的线偏振光是穿过起偏器的光，则公式中的角就是两偏振片角就是两偏振片的偏振化方向之间的夹角。的偏振化方向之间的夹角。第20页/共65页21例14.2要使一束线偏振光通过偏振片后振动方

13、向转过90，至少需要让这束光通过几块理想偏振片？在此情况下，透射光强最大是原来光强的多少倍？解至少需要两块理想偏振片解至少需要两块理想偏振片(如图如图14.7所示所示).其中其中P1透光轴与线偏振光振动方向的夹角为透光轴与线偏振光振动方向的夹角为，第二块偏振，第二块偏振片透光轴与片透光轴与P1透光轴夹角为透光轴夹角为(90).设入射线偏振光设入射线偏振光原来的光强为原来的光强为I0，则透射光强，则透射光强当290，即45时，.第21页/共65页2214-3 14-3 反射与折射时光的偏振反射与折射时光的偏振 光光在在两两种种介介质质界界面面上上的的行行为为比比较较复复杂杂。例例如如传传播播方方

14、向向可可能能改改变变，能能流流（即即振振幅幅）将将重重新新分分配配，位位相相可可能能突突变变。下下面面的的讨讨论论表表明明，在在界界面面上上可可能能还还有有偏偏振振特特性性的改变。的改变。第22页/共65页23一、反射光和折射光的偏振一、反射光和折射光的偏振在一般情况下，反射光和折射光在一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光。都是部分偏振光。n2n1反射光中是垂直入射面的反射光中是垂直入射面的E E矢量占矢量占优势，在折射光中则是平行入射面优势，在折射光中则是平行入射面的的E E矢量占优势。矢量占优势。反射光、折射光的偏振化程度随入射角反射光、折射光的偏振化程度随入射角i而变。而变。第23页

15、/共65页24 二布儒斯特定律二布儒斯特定律当入射角为某角度当入射角为某角度 i0 0 ，即满足，即满足时，反射光中只有垂直入射面的时，反射光中只有垂直入射面的矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振矢量而成为线偏振光，但折射光仍为部分偏振光，这一规律称之为布儒斯特定律。光，这一规律称之为布儒斯特定律。第24页/共65页25使反射光成为全偏振光时的入射角使反射光成为全偏振光时的入射角i0 0称为布儒斯特称为布儒斯特 角。角。n2n1 当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相当入射角为布儒斯特角时，反射线和折射线互相 垂直，即有垂直，即有第25页/共65页26证明：证明：由折射定律由折射定律由

16、布儒斯特定律有：由布儒斯特定律有：i0i0n1n2自然光自然光完全偏光完全偏光部分偏光部分偏光90o第26页/共65页27 必须说明的是：虽然反射光是必须说明的是：虽然反射光是E E矢量垂直于入射面的线偏振光，但反射光中矢量垂直于入射面的线偏振光，但反射光中的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的的垂直分量只占入射光中全部垂直分量的15%15%，即反射偏振光非常微弱，即反射偏振光非常微弱-这也这也说明了折射光依然是部分偏振光。说明了折射光依然是部分偏振光。第27页/共65页28三、应用、应用 用玻璃片堆获取偏振光用玻璃片堆获取偏振光i0接近完全偏振光接近完全偏振光第28页/共65页29第29页/共

17、65页30 在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是在激光器的谐振腔中开有布儒斯特窗，故激光是 偏振光。偏振光。也可用玻璃片作检偏器。也可用玻璃片作检偏器。在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，可在摄影机前头在强光下摄影时，反光强烈，为使成像后光线谐调、柔和，可在摄影机前头加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反射光很加偏振片，旋转偏振片可减少入射的反射光光强。在雪地，海洋上反射光很强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，强，为保护视力可带装有偏振片的眼镜，或在望远镜前加偏振片。或在望远镜前加偏振片。第30页/共65页31例例14.4如图如图14.10所示为一玻

18、璃三棱镜，材料的折射率为所示为一玻璃三棱镜，材料的折射率为n1.50，设光在棱镜，设光在棱镜中传播时能量不被吸收中传播时能量不被吸收.问：问：(1)一束光强为一束光强为I0的单色光，从空气入射到棱镜左侧界的单色光，从空气入射到棱镜左侧界面折射进入棱镜面折射进入棱镜.若要求入射光全部能进入棱镜，对入射光和入射角有何要求？若要求入射光全部能进入棱镜，对入射光和入射角有何要求？(2)若要求光束经棱镜从右侧折射出来，强度仍保持不变，则对棱镜顶角有何要求？图14.10 第31页/共65页32解解(1)若要求入射光全部折射到棱镜里，则要求其反射光强度为零若要求入射光全部折射到棱镜里，则要求其反射光强度为零

19、.对于自对于自然光这条件无法满足然光这条件无法满足.若入射光为光振动平行入射面的线偏振光，则在入射角若入射光为光振动平行入射面的线偏振光，则在入射角等于起偏振角的情况下，反射光束的强度为零，入射光将全部进入棱镜等于起偏振角的情况下，反射光束的强度为零，入射光将全部进入棱镜.因此因此要求入射光是振动方向平行于入射面的线偏振光要求入射光是振动方向平行于入射面的线偏振光.入射角入射角i01为为第32页/共65页33(2)当进入棱镜的光射到棱镜右侧界面，因它只包含平行入射面的光振动，只要以起偏振角入射，则其反射光的强度仍然为零，进入棱镜的光将全部折射出棱镜而保持强度不变.这时投射到界面AC的起偏振角i

20、02为因为 从图14.10上的几何关系可以看出第33页/共65页34分子中的一个电子振动时发出的光是偏振的，它的光振动方向总是垂直于光的传播方向(横波)，并和电子的振动方向在同一个平面内.但是，往各方向发出的光强度不同：在垂直于电子振动的方向，强度最大；在沿电子振动的方向，强度为零.一束光射到一个微粒或分子上，就会使其中的电子在光束内的电场矢量的作用下振动.此类振动中的电子会向其周围四面八方发射同频率的电磁波，即光.这种现象叫做光的散射.14-4 14-4 散射光的偏振散射光的偏振第34页/共65页35图14.11表示了这种情形，O处有一电子沿竖直方向振动，它发出的球面波向四周传播，各条光线上

21、的短线表示该方向上光振动的方向，短线的长短大致表示该方向上光振动的振幅.图14.11振动的电子发出的光的 振幅和偏振方向示意图 第35页/共65页36按照电磁理论，每个散射光波的振幅是与它的频率的平方成正比，而其光强又和它的振幅的平方成正比，所以散射光的强度和光的频率的4次方成正比.第36页/共65页37双折射现象双折射现象 寻常光和非常光寻常光和非常光且入射线、法线、折射线在同一平面内，且入射线、法线、折射线在同一平面内，这是光在各向同性均匀媒质中的折射这是光在各向同性均匀媒质中的折射现象。现象。例如光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英时。例如光从空气射向水、玻璃、或呈熔融态的石英时。当一

22、束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射光，折射定律为：当一束光投射到两种媒质的交界处，一般只能看到一束折射光，折射定律为：14-5 14-5 光的双折射光的双折射第37页/共65页38 但是，如果将光束射向各向异性的晶体中时，例如将一束光投向方解石（冰州石）但是，如果将光束射向各向异性的晶体中时，例如将一束光投向方解石（冰州石），透过方解石的光则有两束。，透过方解石的光则有两束。所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。所谓各向异性，是指晶体的物理性质与方向有关。v 各向各向(同同)异性的微观本质异性的微观本质 若组成固体的晶粒在空间的取向是若组成固体的晶粒在空间的取向是无规则的无

23、规则的，就表现出，就表现出各向同性；各向同性；若组成固体若组成固体的晶粒在空间有的晶粒在空间有一定的取向一定的取向，就表现出，就表现出各向异性。各向异性。第38页/共65页39v 能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。如方解石、石英、电气石、红宝石等。如方解石、石英、电气石、红宝石等。晶体晶体(固体固体)的各向异性的各向异性例：云母只容易沿一个平面劈开；例：云母只容易沿一个平面劈开；结晶的石墨在每两个相对面之间并不具有相同的电结晶的石墨在每两个相对面之间并不具有相同的电阻。阻。镍晶体只在一个确定的方向上容易被磁化。镍晶体只在一个确定的方向上容易被磁化。第3

24、9页/共65页401 1、双折射现象、双折射现象 当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射当一束光在晶体的表面折射时，在晶体内可产生两束折射光。这就是双折射现象。现象。第40页/共65页41 如果将光束如果将光束正入射正入射在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中在方解石上，并将方解石围绕着入射光束旋转，则发现其中一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。一光束不动，而另一光束跟着旋转一周。2 2、寻常光（、寻常光（o o光）和非寻常光（光）和非寻常光（e e光）光）在两折射光束中在两折射光束中v 有一束光有一束光遵守普通的折射定律遵守普通的折射定律，称为寻常光

25、，称为寻常光 (o(o光光)。不管入射光束方位如何，不管入射光束方位如何，o o光总在入射面内。光总在入射面内。第41页/共65页42注意：注意：o o光和光和e e光只有在双折射光只有在双折射晶体的内部晶体的内部才有意才有意 义义。v 另一束光另一束光不遵守普通的折射定律不遵守普通的折射定律，称，称非常光非常光 (e(e光光)。即使入射角为即使入射角为0 0，折射角也不等于，折射角也不等于0 0，而且，而且e e光往往不在入射面内。光往往不在入射面内。v o o光和光和e e光都是线偏振光。光都是线偏振光。第42页/共65页43晶体的光轴与光线的主平面晶体的光轴与光线的主平面v 方解石方解石

26、(冰洲石冰洲石CaCOCaCO3 3）v 能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。能产生双折射的晶体是非立方晶系的晶体。如方解石、石英、电气石、红宝石等。如方解石、石英、电气石、红宝石等。第43页/共65页44天然方解石晶体的外形为平行六面体，每个表面都是平行四边形天然方解石晶体的外形为平行六面体，每个表面都是平行四边形(或菱形或菱形),),锐角为锐角为 7878o o8 8 78 78o o钝角为钝角为 101101o o5252 102 102o o六面体共有六面体共有8 8个顶角，其中个顶角，其中2 2个由三面钝角组成个由三面钝角组成(称为钝隅称为钝隅)；而其余；而其余6 6个则由个则由一

27、个钝角和两个锐角组成。一个钝角和两个锐角组成。102o78o一个晶面一个晶面钝隅钝隅102o第44页/共65页45 方方解解石石光光轴轴方方向向是是从从它它的的一一个个钝钝隅隅所所作作的的等等分分角角线线。即即它它与与钝钝隅隅的的三三条条棱棱边边成等角。成等角。1 1、光轴、光轴v 晶体内存在一个特殊方向晶体内存在一个特殊方向，当光在晶体中沿此方向传播时，不发生双折射现象，当光在晶体中沿此方向传播时，不发生双折射现象，此特殊方向称为晶体的此特殊方向称为晶体的光轴光轴。注意：光轴不是指一条特定的直线，而是一注意：光轴不是指一条特定的直线，而是一特特定的方向。凡是与此方向平行的直线方向均为定的方向

28、。凡是与此方向平行的直线方向均为光轴方向。光轴方向。钝隅钝隅第45页/共65页46v 单轴晶体和多轴晶体单轴晶体和多轴晶体 一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；一般晶体只有一个光轴，称为单轴晶体，例如冰洲石、石英、红宝石等；也有些晶体有两个光轴或更多的光轴，它们称为双轴晶体或多轴晶体，也有些晶体有两个光轴或更多的光轴，它们称为双轴晶体或多轴晶体，如云如云母、硫磺、兰宝石等。母、硫磺、兰宝石等。我们只讨论单轴晶体。我们只讨论单轴晶体。第46页/共65页47 2 2、主平面、主平面o o光和光和e e光都是线偏振光，且：光都是线偏振光，且：光轴光轴O主主平平面面光轴光轴

29、e主主平平面面晶体中任何一条折射线与光轴所组成的平面叫做晶体的主平面。晶体中任何一条折射线与光轴所组成的平面叫做晶体的主平面。晶体中有两种主平面，即晶体中有两种主平面，即o o光和光和e e光的主平面。光的主平面。o o光的振动方向垂直于自己的主平面；光的振动方向垂直于自己的主平面；e e光的振动方向平行于自己的主平面。光的振动方向平行于自己的主平面。第47页/共65页483 3、主截面、主截面如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。如果某入射面与光轴共面，则该入射面就称之为主截面。若入射面为主截面，则若入射面为主截面，则o o光、光、光的主平面重合，此时光的主平面重合，此时、光的振

30、动方向互光的振动方向互相垂直。相垂直。第48页/共65页49用惠更斯原理解释双折射现象用惠更斯原理解释双折射现象 发生双折射现象，主要是因为晶体的物理性质是各向异性。晶体中的介电常数发生双折射现象，主要是因为晶体的物理性质是各向异性。晶体中的介电常数 r r与方向有关，因而光在晶体中的传播速度与方向有关，因而光在晶体中的传播速度 与光的传播方向与光的传播方向有关有关,从而光在介质中的折射率与方向有关。从而光在介质中的折射率与方向有关。1 1、双折射中的速度特征、双折射中的速度特征o o光在各个方向上的传播速度相同：光在各个方向上的传播速度相同：e e光在各方向上的传播速度不相同：光在各方向上的

31、传播速度不相同：第49页/共65页50 e e光不满足普通的折射定律，但仍然把光不满足普通的折射定律，但仍然把n ne e 叫作它的叫作它的 折射率。但此时折射率。但此时n ne e不再是常数。不再是常数。在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向在各向异性的晶体内，传播速度既和振动方向(指指 o o，e)e)有关，又和传播方向有关，又和传播方向(是否沿光轴是否沿光轴)有关。有关。其中其中n n0 0 ，n ne e 叫作晶体的主折射率叫作晶体的主折射率.沿光轴方向沿光轴方向 沿垂直光轴方向沿垂直光轴方向第50页/共65页51 2 2、o o光和光和e e光的子波面光的子波面 v o o光的子波

32、面光的子波面在在各向同性媒质中，一子波源发出的波沿各方向的传播速度均为各向同性媒质中，一子波源发出的波沿各方向的传播速度均为V Vc/n c/n，经，经 t t后，后，形成的波面是一个半径为形成的波面是一个半径为V V t t的球面。的球面。o o光在单轴晶体中的传播规律与在各向同性媒质中一样。光在单轴晶体中的传播规律与在各向同性媒质中一样。因此，因此，o o光的子波面是球面。经光的子波面是球面。经 t t后，形成的波面是一个半径为后，形成的波面是一个半径为V Vo o t t的球面。的球面。第51页/共65页52v e e光的子波面光的子波面 e e光沿各个方向传播速度不同。光沿各个方向传播

33、速度不同。沿光轴方向的传播速度与沿光轴方向的传播速度与o o光一样也是光一样也是V Vo o；垂直；垂直于光轴方向的速度是于光轴方向的速度是V Ve e。经经 t t后，后，e e光的子波面是绕光轴方向旋转的椭球面。在光轴方向，半径为光的子波面是绕光轴方向旋转的椭球面。在光轴方向，半径为 V Vo o t t；在垂直光轴方向，半径为；在垂直光轴方向，半径为V Ve e t.t.VoVe光轴光轴第52页/共65页533 3、正晶体和负晶体、正晶体和负晶体正晶体正晶体 V Vo o V Ve e e e光的波面在光的波面在o o光波面内。光波面内。负晶体负晶体 V Ve e VVo o e e光的

34、波面在光的波面在o o光波面外。光波面外。在垂直于光轴的方向上在垂直于光轴的方向上第53页/共65页54o o光和光和e e光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向上，两波面相距最远。光的子波面在光轴方向上相切；在垂直光轴方向上，两波面相距最远。光轴光轴正晶体正晶体负晶体负晶体o光e光光轴光轴第54页/共65页55 *14146 6 偏振光的干涉偏振光的干涉 人为双折射现象人为双折射现象椭圆偏振光与圆偏振光波片椭圆偏振光与圆偏振光波片 利用振动方向相互垂直的两个同频率简谐振动的合成可以获得椭圆偏振光和圆偏振光.图14.18椭圆偏振光的获得第55页/共65页56P为偏振片，C为单轴薄晶片，其光

35、轴平行于晶面且与P的透光轴夹角为.单色自然光通过偏振片后，成为线偏振光，设其振幅为E，光振动方向与晶片C光轴方向的夹角为，该线偏振光垂直于光轴进入晶片后分解为o，e两光，仍沿原方向前进(此时o，e光两主平面重合，且就在它们的传播方向与光轴所在的平面内)，o光的光振动垂直于主平面(即垂直于光轴)，e光的光振动则平行于光轴，其振幅分别为EoEsin，EeEcos.由于两光在晶体中的传播速度不同，晶片对o，e光的主折射率(e光在垂直于光轴方向的折射率)no和ne亦不相同，所以通过厚度为d的晶片后，它们之间将出现位相差 第56页/共65页57则通过晶片后的合成光为正椭圆偏振光.由于这时o，e光通过晶片

36、后的光程差为选择晶片厚度d，使得位相差 所以这样厚度的晶片称为四分之一波片.第57页/共65页58波片C为四分之一波片，且 时，则晶体中o光与e光的振幅相等，即EoEe，此时通过晶片后的光将成为圆偏振光.如果将晶片C换成二分之一波片，仍保持 ，则o光、e光通过晶片后的位相差为，且振幅相等，合成后仍为线偏振光，不过振动方向将旋转90.第58页/共65页59偏振光的干涉偏振光的干涉图14.1914.19是观察偏振光干涉的装置.P.P1 1，P P2 2是两个透光轴互相垂直的偏振片，C C为薄晶片，其光轴平行于晶体表面.单色自然光垂直入射于偏振片P P1 1，通过P P1 1后成为线偏振光，入射到晶

37、片时分解为o o光和e e光，通过晶片后则成为光振动方向相互垂直且有一定位相差的两束光.这两束光射入偏振片P P2 2时，只有与P P2 2透光轴平行的分振动才可以通过，这样就得到了两束相干的线偏振光.图14.19偏振光的干涉第59页/共65页60二者振幅相等.图14.20是通过偏振片P1、薄晶片C和偏振片P2的光的振幅矢量图.这两束光透过P2后的振幅分别为图14.20偏振光干涉振幅矢量图由以上分析可知，透过偏振片P2的两束光是频率相同、振动方向相同、振幅相等和位相差恒定的相干光，因而可以观察到偏振光的干涉现象.第60页/共65页61在P2后观察到的光强决定于两束透射光的总位相差式中第一项为两

38、光通过厚度为d的晶片所产生的位相差；第二项是由于E2o和E2e方向相反而引起的附加位相差.由此可知干涉的明暗条件为 如果晶片C是劈尖形状，则视场将出现明暗相间的干涉条纹.第61页/共65页62人为双折射现象人为双折射现象某些非晶体在受到外界作用(如机械力，电场或磁场等作用)时，失去各向同性的性质，也呈现出双折射现象，称为人为双折射现象.1.1.光弹性效应光弹性效应应力双折射应力双折射 本来是透明的各向同性的介质在机械应力作用下，显示光学上的各向异性，这种现象叫做光弹性效应，有时也称做机械双折射或应力双折射.第62页/共65页632.2.克尔效应克尔效应电致双折射电致双折射 某些非晶体或液体在强电场作用下，使分子定向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质，这一现象称为克尔效应.第63页/共65页64 *14147 7 旋光现象旋光现象 当线偏振光通过某些透明物质时，线偏振光的振动面将旋转一定的角度，这种现象称为振动面的旋转，也称旋光现象.能使振动面旋转的物质称为旋光物质，如石英、糖和酒石酸等溶液都是旋光物质.实验证明，振动面旋转的角度决定于旋光物质的性质、厚度或浓度以及入射光的波长等.第64页/共65页65感谢您的观看！第65页/共65页