WR第5章光的偏振

当 α = K π (K = 0,1 ⋯ 时， I2⊥ = 0, 出现消光现象 ,2 ) 当 α = (2K +1 π 时， sin2 =1 ) α
4 2
πd I2⊥ = I1 sin 2α sin [ (n0 − ne )] λ
2 2
2
I2⊥
达到极大。 达到极大。
因此，在两正交偏振片上， 不均匀， 因此，在两正交偏振片上，插入晶片厚度 d 或 (n0-ne)不均匀， 不均匀 将在屏上出现类似于等厚干涉条纹图样。 将在屏上出现类似于等厚干涉条纹图样。 4） 白光照射下干涉图样有彩色变化——叫色偏振 ） 白光照射下干涉图样有彩色变化 叫色偏振 5）当 ）
2）惠更斯作图法 ）
13
B A 折射表面 光轴方向 O A0′ Be′ B′ ′ 空气 方解石
e
14
光轴
O
e O (a)
e
光轴
(b)
光轴
光轴
(c)
e
O (d)
3. 偏振棱镜
15
*5.5
1. 波片
圆偏振光和椭圆偏振光
16
从单晶体切下来的薄片， 从单晶体切下来的薄片，其表面 与晶体的光轴平行。 与晶体的光轴平行。
Ee2 = E1 cosα cos β 22 Eo2 = E sinα sin β 1 1 = I1(cos2 α cos2 β + sin2 α sin2 β + sin2α sin2β cosδ ) 2 π β = −α δ3 = π Ee2 = 1 E1 sin2α = E02 3）当 P⊥ 2 ） 1 P 2
1 1 2 2 0 I3 = I2 cos (90 −θ ) = I0 sin2 2θ θ = 450 I2 = I0 cos θ 8 2
1 I3 = I0 sin2 2θ 8
II
λ
4
I I
P 2
λ
4
II
P 2
观察现象 结论
有消失 圆偏振光
无消失
有消失
无消失
自然光 椭圆偏振光 部分偏振光
*5.6 偏振光的干涉
1. 偏振光的干涉现象 2. 偏振光的干涉原理
O Ee2 P2 Ee
20
e
β α
Eo Eo2 E1 P1
Ee2 = Ee cos β = E1 cosα cos β
P // P β = α 1 2
δ3 =0
I2// = I1 − I2⊥
互补
*5.7 人工双折射
1. 光弹效应 2. 电光效应 a ）泡克耳斯效应： 泡克耳斯效应： b ）克尔效应： 克尔效应：
23
δ = (no − ne )l = klE
2
3. 旋光现象
1. 晶体和溶液的旋光性
旋光现象 1） 晶体 ） 晶体:
2. 晶体光学性质简介 .
（1）晶体的光轴 ） 晶体内部的一个特殊方向， 晶体内部的一个特殊方向， 称为晶体的光轴 光轴。 称为晶体的光轴。
10
单轴晶体 双轴晶体
（2）晶体主截面: ）晶体主截面
界面的法线和光轴构成的平面 方解石晶体光轴
（3）晶体主平面 ）晶体主平面:
晶体中某光线和光轴构成的平面
产生双折射的原因
24
θ = αd
振动面旋转角度， θ : 振动面旋转角度， 晶体的旋光度（ α : 晶体的旋光度（率） 。 2） 液体 ） 液体: θ = αcd c : 溶液浓度 ，
d : 晶体厚度 ，
α : 旋光率 。
左旋 右旋
25
2 磁致旋光
Ψ =V l B
l : 样品长度 B : 磁场 V : 费尔德常数
8
5.4 双折射现象
1. 晶体的双折射现象
寻常光（ 光 满足折射定律。 寻常光（o光）： 满足折射定律。 非常光（ 光 违背折射定律。 非常光（e光）： 违背折射定律。
偏振片
e光 o光
9
双折射现象
方解石晶体
动光 学 光学 波动
图 o光和 e 光
实验证明o光和 光都是偏振光 光都是偏振光。 实验证明 光和 e光都是偏振光。
δ = (no − ne )d
∆ϕ = ϕo −ϕe =
1/4波片 波片 半波片
光轴
2π
λ
(no − ne )d
(no − ne )d = ±
λ
4
∆ϕ = ±π / 2
∆ϕ = ±π
(no − ne )d = ±
λ
2
2. 圆偏振光和椭圆偏振光的产生和检验 .
利用振动方向互相垂直，频率相同的两个简谐运动能够合 利用振动方向互相垂直， 成为椭圆或圆运动的原理。 成为椭圆或圆运动的原理。 1/4波片 波片
x = Ax cos(ωt +ϕ1)
y = Ay cos(ωt +ϕ2 )
y2 xy + 2 −2 cosδ = sin2 δ 2 Ax Ay Ax Ay
π 2 A ≠ Ay 合成椭圆偏振光。 合成椭圆偏振光。 x
δ = ϕ2 −ϕ1
δ ≠ kπ ,δ = (2k +1)
δ = kπ
合成线偏振光。 合成线偏振光。
某一方向的光振动比与其垂直方向上的光 振动占优势的光， 振动占优势的光，称为部分偏振光 。
3
4. 椭圆偏振光和圆偏振光
频率相同，振动方向互相垂直， 频率相同，振动方向互相垂直，且有固 定相位差的两列线偏振光的合振动。 线偏振光的合振动 定相位差的两列线偏振光的合振动。 满足椭圆方程： 满足椭圆方程： x2
强度有变化， 强度有变化，但无消光
线偏振光 自然光或圆偏振光 部分偏振光或椭圆偏振光 a. 令入射光依次通过
四分之一 波片和偏振 片II，改变 II的透振方 ， 的透振方 向P2，观察透光强度变 化。
b. 四分之一波片的光轴方向
必须与第一步 I 片产生强度 极大或极小透振方向重合。 极大或极小透振方向重合。
17
α
λ
4(no − ne )
(no − ne ) d =
λ
4
d
d=
∆ϕ = π / 2
正椭圆 偏振光
α = π / 4时
圆偏振光
小结： 小结： 偏振光的获得和检验
1. 偏振光的获得
1) 线偏振光： 线偏振光：
18
从自然光获得线偏振光，用起偏器、波片、玻片堆、 从自然光获得线偏振光，用起偏器、波片、玻片堆、偏振 片、尼科耳棱镜等。 尼科耳棱镜等。 2) 椭圆偏振光： 椭圆偏振光： 自然光通过起偏器和一个波片。 自然光通过起偏器和一个波片。 起偏器
光轴
O光波阵面 光波阵面
ve
vO
e光波阵面
c ne = ve
ne 为主折射率
3. 用惠更斯原理说明双折射现象
1） 负晶体和正晶体 ） 正晶体: 正晶体
ne > n0 (ue < u0 )
如石英，碳，冰。 如石英，
12
负晶体: 负晶体
ne < n0 (ue > u0 )
如方解石，红宝石。 如方解石，红宝石。
2 2 I x = Ax = ∑Aix
2 2 I y = Ay = ∑Aiy 1 I x = I y = I0 2
2. 线偏振光
光的振动方向在同一平面内， 光的振动方向在同一平面内， 方向在同一平面内 只沿某一固定方向 固定方向振动的光 只沿某一固定方向振动的光 。
E
v
振动面
平面偏振
完全偏振
3. 部分偏振光
26
两个偏振方向正交放置的偏振片，以光强为I 例1. 两个偏振方向正交放置的偏振片，以光强为 0的自然单色 光照射，若在其中插入另一块偏振片， 光照射，若在其中插入另一块偏振片，求： （1） 若透过的光强为 0 /8，插入的偏振片方位角； ） 若透过的光强为I ，插入的偏振片方位角； （2） 若透过的光强为 ，插入的偏振片方位角； ） 若透过的光强为0，插入的偏振片方位角； （3） 能否找到合适的方位，使透过的光强为 0/2； ） 能否找到合适的方位，使透过的光强为I ； 波片， （4） 若在其中插入一块 波片，其光轴与第一块偏振片的偏 ） 若在其中插入一块1/4波片 振方向成30° 出射光的强度为多少？ 振方向成 °角，出射光的强度为多少？ 解: （1）设插入的偏振片与第一块偏振片偏振方向的夹角为θ， ） 则与第二块的夹角为90° 则与第二块的夹角为 °-θ。 自然光透过第一块偏振片后的光强为1/2I0。 自然光透过第一块偏振片后的光强为 。 由马吕斯定律透过第二， 由马吕斯定律透过第二，三个偏振片光强分别为
A = Ay x
合成圆偏振光。 合成圆偏振光。
5.2 线偏振光的获得与检验
1. 二向色性和偏振片
二向色性 : 某些物质能吸收某 一方向的光振动 , 而只让与这 个方向垂直的光振动通过, 个方向垂直的光振动通过 这种 性质称二向色性 性质称二向色性 。
4
起偏器
检偏器
二向色性
2. 透振方向 偏振化方向 )： 透振方向( ：
2. 检验偏振光
设有以下五种入射光：
自然光 , 圆偏振光 , 线偏振光 , 部分偏振光 , 椭圆偏振光。 椭圆偏振光。
第一步
令入射光通过偏振片I 令入射光通过偏振片 ， 的透振方向， 改变 I 的透振方向，观 察透射光强变化。 察透射光强变化。 强度无变化
19
P 1
I
观察现象 有消失 结论 第二步
11
寻常光线（ 光 光振动方向始终与光轴垂直， 寻常光线（O光） 光振动方向始终与光轴垂直， 在晶体中的传 播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。 播速度和折射率恒定，因而遵守折射定律。
c no = = 常量 vo
非常光线（ 光 非常光线（e光） 光振动方向和光轴夹角在晶体 中发生变化， 中发生变化，传播速度和折射 率也随之改变， 率也随之改变，因而不遵守折 射定律。 射定律。