椭圆偏振光幻灯片.ppt

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1、椭圆偏振光第1页，共21页，编辑于2022年，星期六32132141振振动合成示意合成示意图21第2页，共21页，编辑于2022年，星期六M是起偏器，是起偏器，经它可从自然光中它可从自然光中获得垂直射向波片得垂直射向波片C的的线偏光。偏光。波片波片C光光轴平行于晶体表面，透振方向与光平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之方向之间的的夹角角 垂直射入波片的垂直射入波片的线偏光，分解成偏光，分解成O光其振光其振动方向垂直于入射面，方向垂直于入射面，垂直光垂直光轴；分解成的；分解成的e光振光振动方向平行于入射面，平行于光方向平行于入射面，平行于光轴。入射波片的入射波片的线偏光的振幅偏光的振幅17-5

2、椭圆偏振光、偏振光、圆偏振光、偏振光的偏振光、偏振光的检验 椭圆偏振光、偏振光、圆偏振光的偏振光的产生生 第3页，共21页，编辑于2022年，星期六若若C为1/4波片，即波片，即=/2，且若，且若=450，则从从C出射出射圆偏振光偏振光若若C为1/4波片，且波片，且 450、900或或00，则出射出射椭圆偏振光偏振光 若若C不不为波波长片也不是半波片，即片也不是半波片，即 k 时，且且 450、900或、或、00 时，则从从C垂直出射垂直出射椭圆偏振光。偏振光。经过波片后，波片后，O光和光和e光光 的相位差：的相位差：振振动合成示意合成示意图第4页，共21页，编辑于2022年，星期六 线偏振光

3、垂直通偏振光垂直通过波片后的偏振波片后的偏振态当垂直入射的当垂直入射的线偏光振偏光振动方向与方向与 波片光波片光轴间夹角角=00或或=900时，则无无论波片的厚度是多少，出射波片的厚度是多少，出射 的的线偏光与入射光相同。偏光与入射光相同。当使用当使用 1/2 波片波片时，出射的，出射的 O光、光、e 光有光有 的相位延的相位延迟，出射的出射的线偏光与入射偏光与入射线偏光偏光 的振的振动方向方向对于光于光轴 OC 方方 向向对称。称。OCOCO 第5页，共21页，编辑于2022年，星期六若若C为波波长片片时，出射的，出射的 O光、光、e 光的相位差光的相位差为2 的整数倍，的整数倍，这相当于无

4、相相当于无相 位延位延迟，即波，即波长片不改片不改变 入射入射线偏振光的状偏振光的状态。OC 第6页，共21页，编辑于2022年，星期六线偏光垂直通过波片后的偏振态线偏光垂直通过波片后的偏振态d 出射光的偏振态出射光的偏振态波长片波长片 任意任意 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同任意任意 00或或900 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同1/2波片波片 出射线偏光振动方向与入射光出射线偏光振动方向与入射光 振动方向对于光轴对称，两者间夹角振动方向对于光轴对称，两者间夹角2 1/4波片波片450 圆偏振光圆偏振光 00或或900 线偏光线偏光 900 450 长短轴之比为长短轴之比为tan

5、 或或Ctan 的正椭圆偏光的正椭圆偏光非波片非波片 00 450非半波片非半波片 900 =450非波片非波片 非半波片非半波片 非非1/4波片波片椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光第7页，共21页，编辑于2022年，星期六 偏振偏振态的的检验自然光通自然光通过1/4波片波片 后，仍然是自然光。后，仍然是自然光。电振振动方向和方向和 1/4 波波 片光片光轴垂直的垂直的线偏光，偏光，出射的偏振出射的偏振态不不变。椭圆偏光通偏光通过光光 轴与其短与其短轴方位一方位一 致的致的1/4波片后，出波片后，出 射射线偏光。偏光。OCOC第8页，共21页，编辑于2022年，星期六七种偏振态的检验七

6、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

7、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 相同则为相同则为第9页，共21页，编辑于2022年，星期六 偏振片偏振片M与与N的透振方向相互垂直（的透振方向相互垂直（M N)17-6 分振分振动面的干涉面的干涉偏振光干涉偏振光干涉入射自然光入射自然光起偏器起偏器线偏光偏光偏振光干涉偏振光干涉椭圆 偏光偏光检偏器偏器第10页，共21页，编辑于2022年，星期六因子因子 来源于投影中，来源于投影中，和和 反向反向输出光出光强与其振幅的平方成正比。与其振幅的平方成正比。相干相

8、相干相长相干相消相干相消第11页，共21页，编辑于2022年，星期六 偏振片偏振片M与与N的透振方向相互平行的透振方向相互平行（M/N)结论结论：除除=450 以外，出射光强均不为零，以外，出射光强均不为零，即即 M/N时，不易得到相干相消为零的视时，不易得到相干相消为零的视 场。视场相干结果仍然由波片的厚度场。视场相干结果仍然由波片的厚度 d 决定。决定。第12页，共21页，编辑于2022年，星期六 互互补原理原理 M N与与M/N输出的相干光出的相干光强互互补结论：在分振动面干涉的装置中，在相互垂直的方位上在分振动面干涉的装置中，在相互垂直的方位上 输出光强互补，输出光强互补，即一个旋转的

9、检偏器从任意两个即一个旋转的检偏器从任意两个 相互垂直的方位，相互垂直的方位，对任意偏振态的光所检出的光对任意偏振态的光所检出的光 强之和，必然等于被检验的偏振态的光强。强之和，必然等于被检验的偏振态的光强。这称为互补原理。这称为互补原理。第13页，共21页，编辑于2022年，星期六 互互补原理原理例：在正交的偏振片例：在正交的偏振片M、N 之间放一个如图所示的楔形之间放一个如图所示的楔形 波片。该波片的光轴平行于波片。该波片的光轴平行于 楔面，且与偏振片楔面，且与偏振片M的透振的透振 方向有一固定夹角。方向有一固定夹角。若当若当M/N看到所示的等厚直线形条纹，则当看到所示的等厚直线形条纹，则

10、当M N时，时，根据互补原理原来的暗条纹就变成了亮条纹，亮条纹根据互补原理原来的暗条纹就变成了亮条纹，亮条纹 则变成暗条纹，且条纹的对比度要比前者好。则变成暗条纹，且条纹的对比度要比前者好。第14页，共21页，编辑于2022年，星期六 色偏振（互色偏振（互补原理的原理的应用）用）M/N取不同厚度的云取不同厚度的云 母片将它母片将它们贴在在 玻璃板上，放在玻璃板上，放在 两个用白光照明两个用白光照明 的正交偏振片的正交偏振片M、N 之之间，其厚度，其厚度 使其呈使其呈现红、绿、蓝三色。三色。这两个偏振片在由正交向平行方位两个偏振片在由正交向平行方位过渡渡时，出射光的出射光的颜色，亮度色，亮度发生

11、生变化的化的现象，称象，称 为色偏振色偏振。当当M、N平行平行时，则呈呈现青、品、黄。青、品、黄。白光中去掉白光中去掉红为青；白光中去掉青；白光中去掉绿为品；白中去品；白中去蓝为黄。黄。M N第15页，共21页，编辑于2022年，星期六 光光弹现象象17-7 人人为双折射双折射现象象透明的各向同性介透明的各向同性介质在机械在机械应力作用下，力作用下，显示出光学上的各向示出光学上的各向 异性，与异性，与OO为光光轴的双折射的双折射类似，似，这种种现象叫做象叫做光光弹效效应。实验表明，在一定表明，在一定胁强强范范围内：内：S为材料材料 E受力的面受力的面积。为胁强光学系数光学系数现已成已成为光光测

12、弹性学基性学基础。第16页，共21页，编辑于2022年，星期六 克克尔效效应某些各向同性的透明介某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外（如非晶体和液体），在外电场 的作用下，的作用下，显示出双折射示出双折射现象，称象，称为克克尔效效应。当外当外电场撤消撤消时，这种性种性质立即消失，立即消失，因此，也称因此，也称为电致双折射致双折射现象象。光光轴沿沿电场强度的方向度的方向+-cc两光通两光通过厚度厚度为 的液体的液体时，光程差光程差为：第17页，共21页，编辑于2022年，星期六若入射光的若入射光的线偏振方向与外偏振方向与外电场方向成方向成450角，且角，且M与与N 偏振方向相互垂直，偏

13、振方向相互垂直，调节电压使其使其发生相生相长干涉，干涉，则有：有：若去掉盒内若去掉盒内电场，则没有光从没有光从N透出。透出。整个系整个系统起起“光开关光开关”的作用。的作用。通通过控制外加控制外加电压，可，可调节输出的光脉冲的出的光脉冲的长短和短和频率，率，把把电讯号号转变成光成光讯号。号。由于光由于光电效效应几乎没有几乎没有惯性，性，电讯号的控制速度可达号的控制速度可达10-9 m/s。“光开关光开关”,“光光调制器制器”“光断光断续器器”有极快的速度启有极快的速度启闭光路或光路或调制光制光强，目前，目前 广泛广泛应用于高速用于高速摄影、影、电影、影、电视和激光通和激光通讯等等许多多领域。域

14、。在在电场、磁、磁场中，材料光学性中，材料光学性质的研究，的研究，在在实际应用中有着广用中有着广阔的前景的前景第18页，共21页，编辑于2022年，星期六17-8 旋光旋光现象象实验发现，线偏光通偏光通过某些透明介某些透明介质后，它的后，它的电振振动方方 向将向将绕着光的着光的传播方向旋播方向旋转过某一角度某一角度，称，称为旋光旋光现象。象。这种介种介质称称为旋光物旋光物质。如石英、糖、酒石酸。如石英、糖、酒石酸钾钠等等 为滤色片；色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片 M与与N之之间，将会看到，将会看到视场由原来的零由原来的零变亮，把亮，把检偏器偏

15、器 N 旋旋 转一个角度，又可得到零一个角度，又可得到零视野。野。是旋光物是旋光物质，例如是晶面与光，例如是晶面与光轴垂直的石英片垂直的石英片在迎光矢量在迎光矢量图上，上，电矢量振矢量振动方向逆方向逆时针方向旋方向旋转 的物的物质，称，称为左旋偏振光；反之左旋偏振光；反之为右旋偏振光右旋偏振光。第19页，共21页，编辑于2022年，星期六实验证明：振明：振动面旋面旋转的角度的角度 与材料的厚度与材料的厚度d、浓度度C 以及入射光的波以及入射光的波长 有关。有关。对于固体：于固体：定定义 为旋光系数，它是入射光波旋光系数，它是入射光波长的函数的函数对于液体：于液体：式中式中C为溶液的溶液的浓度。

16、度。把磁性物把磁性物质的的样品，放在两个正交的偏振片之品，放在两个正交的偏振片之间，沿光，沿光传播播 方向加磁方向加磁场 B，则发现线偏光通偏光通过样品后，振品后，振动面旋面旋转过一一 个角度个角度 ，实验表明表明：V叫做叫做费尔德德(Verdet)系数。系数。称为磁致旋光现象称为磁致旋光现象。第20页，共21页，编辑于2022年，星期六当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上 电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向 左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动 面旋转过面旋转过2，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离 器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。右旋右旋左旋左旋反射面反射面第21页，共21页，编辑于2022年，星期六