椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验

17-8 旋光现象 实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方 向将绕着光的传播方向旋转过某一角度，称为旋光现象。
这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等
F
M
C
N
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C 是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片 F 为滤色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片 M与N之间，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器 N 旋 转一个角度，又可得到零视野。
•• 互补原理 ••• MN与M// N输出的相干光强互补
A
2 出
A
2 出//
2 A cos sin (1 cos )
2 2 2
A2 cos4 A2 sin 4 2 A2 cos2 sin 2 cos2 A2 (cos2 sin 2 ) 2 A2

C
当使用 1/2 波片时，出射的 O光、e 光有的相位延迟， 出射的线偏光与入射线偏光 的振动方向对于光轴 OC 方 向对称。
A入
Ae
A出
AO
O
AO
C
A入
Ae
若C为波长片时，出射的 O光、e 光的相位差为2 的整数倍，这相当于无相 位延迟，即波长片不改变 入射线偏振光的状态。

AO
O
线偏光垂直通过波片后的偏振态

AON 和AeN 反向 因子±来源于投影中，
输出光强与其振幅的平方成正比。
AO
AON

o
AeN
A
2 出
A A
2 eN
2 ON
2 AON AeN cos
2 A2 cos2 sin 2 (1 cos ) 2 A2 cos2 sin 2 [1 cos(2 / (no ne )d )]
在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转 的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。
实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度d、 浓度C 以及入射光的波长 有关。 d 定义为旋光系数，它是入射光波长的函数 对于固体：
对于液体：
M
Cd 式中C为溶液的浓度。
B
N
把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播 方向加磁场 B，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一 个角度 ，实验表明：
00或900 900 450
00 450 900
=450
椭圆偏振光
• 偏振态的检验 ••自然光通过1/4波片
后，仍然是自然光。
••电振动方向和 1/4 波
片光轴垂直的线偏光， 出射的偏振态不变。
A出 A入
C
O
••椭圆偏光通过光
轴与其短轴方位一 致的1/4波片后，出 射线偏光。
波片C光轴平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之间的夹角
垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动方向垂直于入射面，
垂直光轴；分解成的e光振动方向平行于入射面，平行于光轴。 入射波片的线偏光的振幅 A I 0 / 2
Ae A cos
AO A sin
若C为1/4波片，即=/2，且若=450，则从C出射圆偏振光 若C为1/4波片，且450、 900或00，则出射椭圆偏振光 若C不为波长片也不是半波片，即 k 时，且450、
2
若入射光的线偏振方向与外电场方向成450角，且M与N 偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：
2k '1 l (ne no ) klE 2
2
k ' 0,1,2,
若去掉盒内电场，则没有光从N透出。 整个系统起“光开关”的作用。 通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率， 把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性， 电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开关”,“光调制器” “光断续器”有极快的速度启闭光路或调制光强，目前 广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。 在电场、磁场中，材料光学性质的研究， 在实际应用中有着广阔的前景
• 克尔效应
某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场 的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。
M
c+
I0 2
N
• I •
0
光轴沿电场强度的方向
-
c'
当外电场撤消时，这种性质立即消失， 因此，也称为电致双折射现象。
两光通过厚度为 l 的液体时， 光程差为： l (n
e
no ) klE
起偏器
o
椭圆 偏光
线偏光
M
c
Ae
N
AO A sin
Ae A cos
AO
AON

(no ne )d 2 /
o
AeN
AO A sin Ae A cos
AON A sin cos
AeN A cos sin
M
c
Ae
N
2 / (no ne )d
M
N M
• • I
0
•• 色偏振（互补原理的应用）
取不同厚度的云 母片将它们贴在 玻璃板上，放在 两个用白光照明 的正交偏振片M、 N 之间，其厚度 MN 使其呈现红、绿、 蓝三色。 当M、N平行时，则呈现青、品、黄。
M // N
白光中去掉红为青；白光中去掉绿为品；白中去蓝为黄。
这两个偏振片在由正交向平行方位过渡时， 出射光的颜色，亮度发生变化的现象，称 为色偏振。
900或、 00 时，则从C垂直出射椭圆偏振光。
经过波片后，O光和e光 的相位差：
2 (no ne )d
振动合成示意 图
• 线偏振光垂直通过波片后的偏振态
C
Ae
A入 A入
AO
O
O
当垂直入射的线偏光振动方向与 波片光轴间夹角=00或=900时， 则无论波片的厚度是多少，出射 的线偏光与入射光相同。
d
波长片
任意 1/2波片

任意
00或900
出射光的偏振态
与入射光偏振态相同
与入射光偏振态相同 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2 圆偏振光 线偏光 长短轴之比为tan或Ctan 的正椭圆偏光 椭圆偏振光

450
1/4波片 非波片 非半波片 非波片 非半波片 非1/4波片
椭圆偏振光、圆偏振 光、偏振光的检验
1
1
2
2
振动合成示意图
1
2
1 4
2
3
2
2
3
2
17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验 • 椭圆偏振光、圆偏振光的产生 C
M
Ae

• •
I0
I0 2
c A O o
d M是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片C的线偏光。
结论：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，即一个旋转的检偏器从任意两个 相互垂直的方位， 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。 这称为互补原理。
•• 互补原理
例：在正交的偏振片M、 N 之间放一个如图所示的楔形 波片。该波片的光轴平行于 楔面，且与偏振片M的透振 方向有一固定夹角。 若当M//N看到所示的等厚直线形条纹，则当MN时， 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。
VlB
V叫做费尔德(Verdet)系数。
称为磁致旋光现象。

B
右旋

B

左旋
反射面

B

B
B
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 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2，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。
两明两暗 但暗方位 与未插入 1/4波片时 相同则为
两明两暗 但暗程度 与前不同 则为
圆 偏 光
自 然 光
自加 然圆 光偏 光
自加 然线 光偏 光
自椭 然圆 光偏 加光
17-6 分振动面的干涉—偏振光干涉
• 偏振片M与N的透振方向相互垂直（MN)
C
入射自然光
M
• • I
0
c
I0 2
检偏器
N
偏振光干涉
C
O
七种偏振态的检验 把检偏器对着被检光旋转一周，若得到 两明两零 光强不变 两明两暗
在光路中插入1/4波片,并使光轴与检 在光路中插入1/4波片， 再旋转检偏器，若得 得的暗方位相重合,再旋转检偏器,若
线 偏 振 光
两明 两零 则为
光强 不变 则为
两明 两暗 则为
两明 两零 则为 椭 圆 偏 光
提纲 17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验 • 椭圆偏振光、圆偏振光的产生 • 线偏振光垂直通过波片后的偏振态 • 偏振态的检验 17-6 分振动面的干涉—偏振光干涉 • 偏振片M与N的透振方向相互垂直（MN) • 偏振片M与N的透振方向相互平行（M//N) •• 互补原理 •• 色偏振（互补原理的应用） 17-7 人为双折射现象 ZLCAI • 光弹现象 • 克尔效应 17-8 旋光现象 作业：17-18、17-19、17-22
17-7 人为双折射现象
• 光弹现象
E M
F
现已成为光测弹性学基础。
N
o
• • I
0
I0 2
o' F
透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向 异性，与OO’为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。 实验表明，在一定胁强强范围内：
S为材料 E受力的面积。
k 为胁强光学系数
F (ne no ) k S
2 // (no ne )d
2 出// 2 4 2 4 2 2
AO AON
o
2
A A cos A sin 2 A cos sin cos //
结论：除=450 以外，出射光强均不为零，
即 M // N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 d 决定。
(no ne )d (2k 1) / 2 , k 0,1,2 相干相长 (no ne )d k , k 1,2
相干相消
• 偏振片M与N的透振方向相互平行（M//N)
AeN A cos cos
M
N
c
AeN
Ae
AON A sin sin