清华大学物理课件光的偏振

光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光
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
分 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片偏 振线ຫໍສະໝຸດ 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
左旋
反射镜
右旋 反射光
B
反射镜
B
光隔离器
P
B M
·· ··
磁致旋光物质
令 45 ，则2 90，
消除反射光的干扰
（本章编者：李桂琴 崔砚生）
波动光学部分结束
二. 晶体的主折射率，正晶体、负晶体
光矢量振动方向与晶体光轴的夹角不同, 光的传播速度也不同。
光轴
························votc
光轴 vot
o光: e光:
n0 0 o no ,
e
ne
c
e
n0 ，ne称为晶体的主折射率
光轴
正晶体 : ne> no
vet
(e< o) vot 负晶体 : ne<
四. 磁致旋光
磁致旋光物质
B
d
旋转的角度 V d B
V─费德尔常量，V ~ 104 105 m1 T1
• 对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由
旋光物质本身决定的，与光的传播方向无关。
左旋
入射光
反射镜
反射光
左旋
反射镜
• 对磁致旋光物质，光沿B 与逆B 方向传
播，振动面旋向相反。
入射光
偏光分no 束(1.镜658:沃4)＞拉n斯(顿1.5棱5)镜＞ne1(21方.4解光8石6轴o4·)
方解石 n0＞ne
光·轴···方解石··e ··
二. 晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏
1. 晶片─相位延迟片
晶片是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
通过厚为d的晶片，o、e光产生相位差：
振幅关系
Ao Ae
ne
no d
Asin Acos
2
从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向
相互垂直、频率相等、相位差的线偏振光，
它们合成为一束椭圆偏振光。
, , 3 时为圆偏振光
4
22
2. 波 （ 晶 ）
片
(1)
四分之一波片
ne
no
d
4
2
从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）
起偏振角
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
由 n1 sin i0 n2 sin r0 n2 cos i0
有
tg i0
n2 n1
n21
—布儒斯特定律 (1812年)
若 n1 =1.00 (空气)，n2 =1.50 (玻璃)，
则：空气 → 玻璃
自然光斜入射
sin i sin ro
c
o
n0
sin i sin re
c
e
ne
····i ····cΔt
oeΔΔtt
r0 ·r·e e
o
• 光轴
··晶体
e o
3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射
·· ··
··
·· 晶体
光轴
光轴 ··· ···
oe oe
·· 方解石
oe
此时e光的波面不再与其波射线垂直了
·· ····
垂直板面的光振动较强
四. 圆偏振光, 椭圆偏振光
右旋圆 偏振光
右旋椭圆 偏振光
y
传播方向 y
E
x
0
x
z
/2
某时刻右旋圆偏振光E随z的变化
五. 偏振度
P
Ip It
Ip In I p
It —部分偏振光的总强度 In —部分偏振光中包含的自然光的强度
Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强 度完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P
自然光的分解
一束自然光可分解为两束振动方向相互 垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。
Ex Ey
I Ix Iy
自然光的表示法： · · ·
三. 部分偏振光
部分偏振光
部分偏振光的分解
部分偏振光可分解为两束振动方向相互 垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。
部分偏振光的表示法：
··
平行板面的光振动较强
=自1然光 ( 非偏振光 )
P
=部0分偏振光
0<P<1
偏振度的另一种表示：P Imax Imin
Imax Imin
§2 偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律
一. 起偏
• 起偏：从自然光获得偏振光
• 起偏器: 起偏的光学器
•件起偏的原理：利用某种光学的不对称性
• 偏振片 微晶型
非·偏·振·光
光轴 线偏振光
§5 晶体光学器件
一. 晶体起偏器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器
某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异， 这叫晶体的二向色性
电气石
光轴
电气石
e光
····
光轴
可产生线偏振光
2. 偏振棱镜
偏光镜: 格兰─汤姆孙棱镜
吸收涂层
··光·•轴·方·解石·i
方解石
o
加拿大·树·胶·光e·轴• ··
光轴的取向使o光、e光(n对= 1.应55) 的恰是no、 ne 。
§6 偏振光的干涉
一. 偏振光干涉装置
偏振片P1 单色 自然光
晶片C
偏振片P2
偏振化方向
d
光轴方向 偏振化方向
二. 偏振光干涉的分析
1. 振幅关系 Ao A1sin Ae A1cos
P1 C A1
Ae
Ao A2o
P2 A2e
在P2 后，两束光振动方向平行，振幅为：
A2o Ao cos A1 sin cos
—— 线偏振光→圆偏振光
4 0,
—— 线偏振光→线偏振光
2
0， ， ——线偏振光→椭圆偏振光
42
(2) 二分之一波片
ne no d
2
光轴 Ae入= Ae出入
A出 A入
A0出
A0入
使线偏振光振动面转过2 角度
(3) 全波片
ne no d 2
三. 椭圆与圆偏振光的检偏
用四分之一波片和偏振片P可区分出自然
F
··
P1 S
C
P2
有机玻璃
干涉
dF
应力→各向异性→各向不同→n各向不同
在一定应力范围内：
ne
no
kF S
各处FS不2同d →ne 各 n处o
k d 2 F S
不同→出现干涉条纹
F 变→ 变→干涉情况变。
S
二. 电光效应
1.克尔效应 (1875年) 电光效应也叫电致双折射效应
+ 45 P1
A2e Ae sin A1 sin cos A2o
2. 相位关系 通过晶体C后
c
2d
ne
no
此两束光合成为一束椭圆偏振光
通过P2 后
c
2d
ne
no
（若P1、P2夹角小于，则无附加相差）
2k d 2k 1 , (k 1,2, ) ne no 2 —相长干涉
(2k 1) d k ne no —相消干涉
向附加了双折射效应→ P2 透光。
泡克尔斯效应引起的相位差
p
2
no3rV
—— 线性电光效应
no—o光在晶体中的折射率；
V —电压；
r — 电光常数。 应用 :
三. 磁致双折射
科顿—穆顿效应
§8 旋光现象 一. 物质的旋光性
使线偏振光的振动面发生旋转
旋光物质
d
旋转的角度： a d a — 旋光率
在出射面上:
R
nRd
2
0
R L
L
nLd
2
0
由图示，有：
1 2
[
R
L ]
L
1 2
[
R
L
]
1[
2
R
L
]
(nR
nL
)
d
令
a
(nR
nL
)
—— 旋光率
则 ad
三. 量糖术 对溶液有 a c d a c a ── 溶液的旋光率
c ── 溶液的浓度
a ── 溶液的比旋光率 “量糖计”
例如，方解石晶体(冰洲石)
102° A
• 光轴是一特殊的方向,凡平 光轴 行于此方向的直线均为光轴。
B
单轴晶体：只有一个光轴的晶体
双轴晶体：有两个光轴的晶体
4. 主平面和主截面 主平面：晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面。
o光的 主平面
····
e光的 主平面
光轴 o光
光轴
e光
主截面：晶体表面的法线与晶体光 轴构成的平面。
二. 菲涅耳的解释 线偏振光可看作是
同频率、等振幅、有确定相位差的左(L )、
右(R )旋圆偏振光的合成。
E
· EL
ER
o
L R nL nR