光的偏振2

c ne ve
光轴 vot
vet
点波源波面为旋转 椭球面,振动方向 始终在其主平面内. （如图）
10
n0 ，ne称为晶体的主折射率.
正晶体：
光轴 vet
ne＞no
(ve＜ vo)，
vot
如石英、冰等。
子波•源
负晶体：
ne＜no
正晶体 (vo > ve)
(ve ＞vo)， 如方解石、红宝石等。
光轴
有时常称光轴为e轴.
Ae
Acos
22
从晶片出射的是两束传播方向相同、振动 方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差 的线偏振光，它们一般合成为一束椭圆偏振光.
当 ， ，3 …时为圆偏振光。
4
22
所以, 椭圆(圆)偏振光可用 晶片来获得.
2. 波（晶）片
对某个波长而言，当o、e光在晶片中的 光程差为的某个特定倍数时，这样的晶片 叫波晶片，简称波片。
光轴
Ae入= Ae出入
A出 A入
A0出
A0入
∴ 若线偏振光入射时,
出射光仍是线偏振光，
只是振动方向转过2角.
当 时，转过
4
2
若入射的是圆偏振光(已有/2),经1/2波 片(又有 ),出来仍是圆偏振光,但是
左旋右旋
26
若入射的是椭圆偏振光,经 1/2 波片,出来仍是 椭圆偏振光,但是旋转的方向改变,而且椭圆的 长轴转过 2 角. ③ 全波片：
部分 ?
椭圆
(部) (线)
I
片
P (转)
4
（光轴∥长或短轴）
变 ， 无 消 光— ？ 为 部 分 偏 振 光 变 ， 有 消 光— ？ 为 椭 圆 偏 振 光
29
自然光 圆偏振光
四 自然光 分 之 一 线偏振光 波 片
偏 振
线偏振光
I不变
片
（ 转
线偏振光
I变, 有消光
动
）
以入射光方向为轴
部分 部分偏振光 四 偏振光
光的偏振 (2)
1
§5.4 双折射现象 一.双折射现象 (透过方解石看字成双像)
o 光 e光
双 折折射射现现象
方解石晶体 CaCO 3 纸面
2
(演示)
e
e•
··· o ···
•o
方解石
一束光入射到各向异性的媒质中分成 两束光的现象。
以入射线为轴转方解石,光点o不动， e 绕o转，用偏振片检验，二者都是偏振光，
某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，
这就是晶体的二向色性.
例如,电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收
很弱，用它可产生线偏振光：(晶体偏振器)
光轴 电气石
e光
····
光轴
16
天然晶体偏振器尺寸不大，成本高。 现今广泛使用偏振片（人工使具有二向色性 的细微晶粒的光轴在塑料薄膜上定向排列）。 但利用晶体二向色性获得的偏振光 不够纯，强度也不大。
o光的子波，各方向传播
的速度相同为v0，点波源波面 为球面,振动方向始终垂直 其主平面.(如图)
光轴
························vot
o光只有一个光速vo
一个折射率no.
c n0 v0
9
e光的子波,各方向传播的速度不同。
e光在平行光轴方向
上的速度与o光的速度 相同为v0; e光在垂直光轴方向 上的速度与o光的速度 相差最大，记为 ve， 其相应的折射率为 ne.
vot• vet
子波源 负晶体 (vo < ve )
11
四.晶体中光传播方向的惠更斯作图法：
在特殊情况下（入射面包含光轴或垂直 光轴），可以按惠更斯作图法在纸面上作图， 找出o光，e光的传播方向。
下面以负晶体(ve ＞vo) 为例:
1. 光轴‖晶体表面，
自然光入射:
光轴
作图：------
o, e在方向上虽没分开，
sin
e
e
e
14
3. 光轴与晶体表面斜交，自然光 入射
作图: ------
·· ··
晶体
光轴 ··· ···
oe oe
·· 光轴 ··
·· 方解石
oe
o光、e光的振动方向如何？
这正是前面双折射现象演示中的双折射情形。
注意:此时e光的波面不再与其传播方向垂直了。
15
五. 晶体偏振器件
1. 晶体的二向色性、晶体偏振器
2. 偏振棱镜 偏振棱镜可得高质量的线偏振光。 （书上的例子自学）
17
例1. 格兰-汤姆逊偏振棱镜
吸收涂层
··光·•轴·方·解石·i
方解石
o
···光e·轴 ··
加拿大树胶 •
(n = 1.55)
光轴的取向使o光、e光对应的
恰是主折射率no、 ne 。
no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864)
因为(正)椭圆或圆偏振光的两个垂直分量 已经有了相位差/2, 经1/4波片以后,又有 ± /2的相位差,所以出来的就是相位差为 0或的线偏振光了.
② 二分之一波片
ne no
d
2
25
作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。
若入射点处线偏振光分解的o、e光同相 则出射点处仍是线偏振光: o、e光反相
一般不遵从折射定律
sin i
const
sin re
折射线一般不在入射面内。
4
2. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时 不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。
例.方解石晶体是由平行六面体构成的。 六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行 四边形，A点和B点是三个钝角的会合点， AB线与三条棱边的夹角相等。
13
2. 光轴∥晶体表面，且入射面，自然光斜入射
作图：------
此种情况下，在
····i ····cΔt
n oeΔΔtt
r0 ·r·e e
o
• 光轴
··晶体 e o
入射面（纸面）内，
o光，e光都
满足折射定律，
即
sin i c
sin
0
r v o光、e光的振动方向如何？
o
sin i
o
c
r v n o光 ----道；e光 ---- 点.
(入射光可有约10 0 范围内偏差).
19
例2.沃拉斯顿棱镜
（偏光分束镜） 光从棱镜1进入棱镜2时：
光轴
o光(点)变e光
· 2
1
方解石 o
光·轴···方解石··e ··
光密光疏 折射角＞入射角;
e光(道)变o光
光疏光密
no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864) 折射角＜入射角， 二者分开。
但速度上是分开的，仍
·· ··
晶体
e ··o e ··o
是两束光。∴ 还是有双折射的。
12
一快（ e 光）一慢
(o光)两束光。
·· ··
光轴
晶体
e光,o光的振动方向 如何？
方法：先找它们的
e
· ·o e
··o
主平面。
o光 ------- 点
e光 ------- 道 若光轴垂直晶体表面，
还有没有双折射？
ne no
d 2
晶片也称为相位延迟器.
21
在晶体内, o、e光的振动方向如何?
y
Ae
Ax
λ
Ao
光轴 P Ae A
线偏振光
Ao
光轴 d
先找主平面: 0光振动是其主平面;
e光振动在其主平面内.
迎着光看,入射到晶片上的光振幅 可分解为o光和e光两个振幅如图.
o、e光振幅关系：
Ao Asin
5
A
B
光轴
方解石晶体的光轴
实验发现AB的方向即光轴的方向。 如果将A或B磨平，使磨面与光轴垂直， 当光线垂直磨面入射时，无双折射现象。
6
只有一个光轴的晶体称单轴晶体， 如方解石、石英,冰等；
有两个光轴的晶体称双轴晶体, 如云毋、硫磺，兰宝石等。 （本章只讨论单轴晶体的双折射）
3.主平面和主截面 主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成 的平面,称为该光线的主平面。
进入空气后,均是由光密→光疏， ∴ 可得到进一步分开的二束线偏振光。
20
§5.5 椭圆偏振光和圆偏振光
一.椭圆偏振光和圆偏振光的获得
1.晶片：光轴平行表面的晶体薄片。
y
Ae
Ax
λ
Ao
光轴 P Ae A
线偏振光
Ao
d
光轴
它正是惠更斯作图法的例1(晶体中一快一慢)
通过厚度为d的晶片， o、e光产生相位差：
ne no d , 2
它对波长为的光没有影响（相位延迟了2）。 但是对别的波长的光来说是有影响的.
27
二.椭圆与圆偏振光的检偏
用1/4 波片和偏振片 P 可区分出 自然光和圆偏振光 或部分偏振光和椭圆偏振光。
自然 ? 圆
(自) (线)
I
片
P (转)
4
不变 —？为自然光 变，有消光—？为圆偏振光 28
分 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片
偏 振
线偏振光
I变, 无消光
片
（ 转
线偏振光
I变, 有消光
动
）
光轴平行最大光强或最小光强方向放置或 光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置
30
23
① 四分之一波片
ne no d
4
2
作用：从线偏振光获得(正)椭圆或圆偏振光
（或相反）
——圆(o光,e光分量的振幅相等)
4
0， ， ——椭圆
42
0 线偏振光(只有平行于光轴的分量)
2 线偏振光(只有垂直于光轴的分量) 24
(正)椭圆或圆偏振光,经1/4波片为什么可以 获得线偏振光呢?
对第一个棱镜是o光，它由光密→光疏，
让其入射角＞临界角(约690)，
∴ 在交界面全反射,被涂层吸收。
18
吸收涂层
··光·•轴·方·解石·i
方解石
o
···光e·轴 ··
加拿大树胶 •
(n = 1.55)
no (1.6584)＞n (1.55)＞ne(1.4864)
对第一个棱镜是e光，它绝大部分透射，并且 沿入射方向射出第二个棱镜，即为所要的 非常纯的线偏振光。
且偏振方向互相垂直。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。
3
二.几个重要的概念
1.寻常光（o光）和 非寻常光（e光）
寻常光（ordinary
自然光
n1
i
n2
(各向异
re
性媒质) ro
e光 o光
light）：
遵从折射定律 n1 sin i n2 sin ro
非寻常光（extra-ordinary light）：
0光有0光的主平面； e光有e光的主平面.
7
实验表明:
O 光振动其主平面; e光振动在其主平面内
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
o光，e光的主平面可能重合， 也可能不重合；
主截面： 晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。
8
三.晶体的主折射率，正晶体、负晶体
惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的 晶体中,子波源会同时发出o光、e光两种子波.