大学物理波动光学章节-偏振光的干涉
第4讲 偏振光的干涉
P
A1
C 光轴
A1
Ao
Ae
A 光轴
A o Ae
A2 o
A2 e
圆偏振光偏振片A相干的偏振光
偏振光的干涉
偏振光的干涉
偏振光的干涉
复色光入射: 晶体对不同波长的光干涉条件各不相同 在检偏器后应看到不同的颜色——色偏振
色偏振: 取不同厚度的云母片
将它们以各种图案贴在 玻璃板上,并将其放在两 个用白光照明的偏振片 之间,出射光的颜色和亮 度会发生变化.旋转上面 的偏振片,可呈现彩色斑 斓的图案花纹.
大学物理
波动光学
第19讲 偏振光的干涉
偏振光的干涉
干涉条件: 频率相同、振动方向相同、相位差恒定
一、相干偏振光的获得: 单色线偏振光垂直入射晶面
(光轴//晶面)分成的o、e光重叠而成.
两个同频率相互垂直简谐振动的合成:
x A1 cos( t 1)
y A2 cos( t 2)
合成以后为椭圆轨迹方程
u
T
Δ
2π d
no
ne
(2k 1) π 2
(2k 1)π
正椭圆 线偏振光
偏振光的干涉
椭圆偏振光: 光矢量端点在 垂直于光传播方向的截面 内描绘出椭圆轨迹.检偏器 旋转一周,光强两强两弱.
圆偏振光: 光矢量端点在垂直 于光传播方向的截面内描绘出 圆形轨迹.检偏器旋转一周,光 强无变化.
二、波片
偏振光的干涉
x2 A12
y2 A22
2xy A1 A2
cos(2
1 )
sin
2 (2
1 )
自然光
偏
E
振
Ee
光 Eo
偏振光的干涉
偏振光的干涉
蓝色（485.4nm）相消 →黄色（585. 3 nm）。 红色（656.2 nm）相消→绿色（492.1nm）； 若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。
色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法,用显微镜观察 各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些结构.
这时克尔盒相当于一块半波片。
应用:
光开关
P1 45
Δk
l
2π
k d2
U
2
+
P2 45
P1 P2
克尔盒 l
d
当U=0时，Δk 0 ,光通不过 P2, 关！
当U为半波电压时，克尔盒使线偏振光的振动面
转过 2 =900，光正好能全部通过 P2，开！
克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109次。
过Ｎ2后的相干光强为
N1 A
Ao
C
N2
Ae
600 Ae2
Ao2
I Ao22 Ae22 2 Ao2 Ae2 cos( / 2)
Ao22 Ae22 ( Asin 300 cos 600 )2 ( A cos2 300 )2
5 8
A2
5 16
I0.
出射光为线偏振光．
人工双折射
人工双折射是用人工的方法造成材料的 各向异性, 从而获得双折射的现象。
一.应力双折射（光弹性效应）
将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。 加力的方向即光轴的方向。
在观察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：
··P1
SF C P2
有机玻璃
P1 P2
偏振光干涉
（4）注意：（a）只有 0 和 两个取值
， ，
（b） 2（no ne）d
（c）有多种取值 入
例： 一块厚度为0.04mm的方解石晶片，其光轴平行于 表面，将它插入正交偏振片之间，且使主截面与第一 个偏振片的透振方向成 θ （ θ ≠ 0°、90°）试问哪些 光不能透过该装置。
, x d
n
P1 // P2
：I2
E012 2
(1 cos )
2（no ne）d
2．显色偏振
(no ne )d＝C 时，讨论 变化的影响
1）若入射光是单色光 1：
， 且： 1 21（no ne）d 2k (k 0,1,)
则：
P1 P2：I2 0; (消光)
P1
//
P2：I2
E021; (极大)
向 P2的透振方向投影
若两个投影分量方向相同，则 0 若两个投影分量方向相反，则
（3）确定依据
光束到达偏振片P2时，若 入 0
则两垂直光振动同步：Ee
Ee1
cos(t )e
Eo Eo1 cos(t )o
正e轴是和两同o 轴步的瞬正时方光向振向动向P2 投P2影的的投相影 cos(t 出)o
I2 Ee22 Eo22 2Ee2 Eo2 cos出
o
出 入
Eo2
Ee2
Eo1
P2
e 光轴
Ee1
E01 P1
4）坐标轴投影相位差
（1）定义：两垂直光振动通过偏振片P2 时， 沿透振方向投影产生的相位差。
（2）确定方法：e 轴和 o 轴的正方向分别
， ，
（3）从波晶片出射后
Ee Ee1 cos(t )e
偏振光的干涉
Δ
2π
no
ne
d
思索1 画出P A时振幅投影图
思索2 比较P A与P A情况 阐明为何
多采用P A情形观察偏振光干涉
思索3 自然光入射波片后旳偏振状态是什么?
14
3) 干涉现象
Δ
2π
no
ne
d
π
在装置拟定后
相位差与晶体 与波长 与波片厚度有关
•波长拟定 石英劈尖等厚条纹
P
石英 A
等厚
条纹
3
二、线偏振光经过波晶片后旳偏振状态
结论:
1)o 光 e 光传播方向相同 同一点源发出旳o 光 e 光不分开
线偏振光 与入射面 有一夹角
2) o 光 e 光振动方向垂直
o 光轴 e 光轴
o.A.
能够用光轴来阐明o e光 振动方向
3) o 光 e 光旳光程差 (no ne )d
d
o
e
4
4) 线偏振光经过波晶片后旳偏振状态
令 al
π
旋光率 a (nR nL )
与 nR
nL 有关
52
三、 量糖术
对旋光溶液有 = a • C • l
a ·C = a — 溶液旳旋光率 C — 溶液旳浓度 a — 溶液旳比旋光率
“量糖计”可分析旋光（同分）异构体旳成份 广泛用在化学和制药等工业中 例如：
氯霉素天然品为左旋 合成品为左右旋各半 称合霉素 其中只有左旋有疗效 用量糖术可 分离出左旋品（左霉素） 疗效同天然品 53
57
光隔离器：
P
B M
·· ··
磁致旋光物质
令 = 45° 则 2 = 90 反射光通但是P
这么能够消除反射光旳干扰
5.9 偏振光的干涉
C
P1
P2
C
P1
解：（1）两束偏振方向 相互垂直的偏振光之间 的总位相差为：
''
2
( n0 ne ) d
物理科学与信息工程学院 14
在晶片厚度d使得处 ' ' (2K 1) ，将发生干涉 相消，出现暗纹，即 2 '' (n0 ne )d (2 K 1) （K＝0，1，2，3，）
P1, P2
A2e A1 cos
2
' 2 A2o A1 sin
4 2
Ao
X
由此可得到，从P2透射的合光强为：
I // A (cos sin 2 sin cos cos ). 2 2 2 2 I // A (1 2 sin cos 2 sin cos cos ).
(c) 当=45时，则
2 1
I // A (1 sin
2 1
2 2
A ) (1 cos ) 2
物理科学与信息工程学院 9
(2)在两块偏振片的透振方向相互 垂直的情况下，即P1P2，则 P2 +=/2， 1＝ 。因此
C
Ae A2e
Y
A1
P1
'
本节结束
物理科学与信息工程学院 23
最后从偏振片P2透射出来的光，其振幅是A2o和A2e这 两束光的相干叠加的结果。设A2o和A2e之间的相位差 为，则相干叠加后的强度为：
2 2 I A2 A o 2 e 2 A2 o A2 e cos ' A12 (sin 2 sin 2 cos 2 cos 2 1 2 sin 2 sin 2 cos '
大学物理第六章 波动光学(3)
178第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振一．基本要求1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用；3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象；5．了解偏振光的应用。
二．内容提要和学习指导（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得：①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。
偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。
布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。
当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射（或/2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。
一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。
其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。
另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。
o 光和e 光均是线偏振光。
o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。
光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。
在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。
利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。
2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α20cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。
②利用反射和折射偏振。
③利用偏振棱镜。
（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。
《偏振光的干涉》课件
二、光的干涉
光的干涉原理
解释光的干涉现象及其基本原理。
同源光干涉
探索同一源头产生的光波的干涉效应。
自发光干涉
研究由反射产生的光波的干涉现象。
差别干涉
了解不同光源产生的干涉效果。
三、偏振光的干涉
1
马吕斯干涉法
2
深入研究马吕斯干涉法及涉仪表
4
介绍可以利用偏振光进行干涉实验的 仪器设备。
探索微波偏振干涉仪的特点 以及在通信和雷达技术中的 应用。
五、总结
1 偏振光干涉的意义
总结偏振光干涉对科学和技术的重要性。
2 相关技术发展前景
展望偏振光干涉技术的未来发展趋势。
3 课程总结
回顾本课程的重点内容，并强调学习成果。
《偏振光的干涉》PPT课 件
欢迎来到《偏振光的干涉》的课程！在这个课程中，我们将深入探讨偏振光 的概念、干涉原理以及其在各个领域的应用。让我们开始我们的旅程吧！
一、偏振光简介
光的偏振概念
了解什么是偏振光及其特 点。
偏振光的产生方法
学习偏振光的产生和传播 方式。
偏振片的原理与种类
探索偏振片的原理以及常 见的种类。
偏振光的干涉类型
介绍偏振光的干涉现象以及不同类型 的干涉。
英腾腾干涉仪
探索英腾腾干涉仪的原理，并了解其 用途。
四、偏振光干涉应用
偏振显微镜
探索偏振显微镜的原理及其 在生物学和材料研究中的应 用。
偏振干涉光谱仪
了解偏振干涉光谱仪的工作 原理，并研究其在化学和光 学领域中的应用。
微波偏振干涉仪的 应用
14.6偏振光的干涉
λ
4
所以这样厚度的晶片称为四分之一波片. 所以这样厚度的晶片称为四分之一波片.
首 页 上 页 下 页退 出
波片C为四分之一波片， 波片C为四分之一波片，且 θ = 时，则晶体中 4 光与e光的振幅相等， o光与e光的振幅相等，即Eo＝Ee，此时通过晶片后的 光将成为圆偏振光 圆偏振光. 光将成为圆偏振光. 如果将晶片C换成二分之一波片， 如果将晶片C换成二分之一波片，θ仍保持 ，则 4 o光、e光通过晶片后的位相差为π，且振幅相等，合 光通过晶片后的位相差为π 且振幅相等， 成后仍为线偏振光 不过振动方向将旋转90 线偏振光， 90° 成后仍为线偏振光，不过振动方向将旋转90°.
首 页 上 页 下 页退 出
2.克尔效应——电致双折射 克尔效应 电致双折射 某些非晶体或液体在强电场作用下， 某些非晶体或液体在强电场作用下 ， 使分子定 向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质， 向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质，这 一现象称为克尔效应. 一现象称为克尔效应.
首 页 上 页 下 页退 出
二者振幅相等. 二者振幅相等. 由以上分析可知， 由以上分析可知 ， 透过偏 振片 P2 的两束光是频率相 振动方向相同、 同 、 振动方向相同 、 振幅 相等和位相差恒定的相干 光 ， 因而可以观察到偏振 光的干涉现象. 光的干涉现象.
图14.20 偏振光干涉振幅矢量图
首 页 上 页 下 页退 出
图14.19 偏振光的干涉
首 页 上 页 下 页退 出
14.20是通过偏振片 是通过偏振片P 薄晶片C和偏振片P 图14.20是通过偏振片P1、薄晶片C和偏振片P2的光的 振幅矢量图. 这两束光透过P 振幅矢量图. 这两束光透过P2后的振幅分别为
21.4 偏振光的干涉
光程差
( no − ne ) d
3
no —— o 光主折射率 ne —— e 光主折射率
第21章 光的偏振
2. 光强分析
Ao = A sin θ 1
Ao2 = Ao cosθ = A sin θ ⋅ cos θ 1
Ae = A cos θ 1
Ae2 = Ae sin θ
1 • P
= A sin θ ⋅ cos θ 1 2πd ∆ϕ = ∆ϕc + π = no − ne + π
6 第21章 光的偏振
白光
• •
P1
P2
屏
偏振片1 偏振片
偏振片2 偏振片
相位差与装置的关系: 相位差与装置的关系
P1 ⊥ P2
∆ϕ =
2π
P || P2 1
λ 2π ∆ϕ = ( no − ne ) d λ
( no − ne ) d + π
思考1 画出P 思考 画出 ⁄ ⁄ A时振幅投影图 时振幅投影图 思考2 比较 思考 比较P ⁄ ⁄ A与P ⊥ A情况 说明为什么 与 情况 多采用P 多采用 ⊥ A情形观察偏振光干涉 情形观察偏振光干涉 思考3 自然光入射波片后的偏振状态是什么? 思考 自然光入射波片后的偏振状态是什么
9
第21章 光的偏振
硫代硫酸钠晶片的色偏振图片
10 第21章 光的偏振
石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹） 石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）
11 第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
12
第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
13
第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
14
第十七章-波动光学偏振
偏振光 I0振动方向与 P2 偏振化方向之间的夹角
.
.
P1
P2
自然光
线偏振光
A
0
A
0
I
0
I
P2偏振化方向
a
·
a =0或a =1800时, I=I0光强最强
a=900或a=2700时, I=0光强最弱
----马吕斯定律
反映出光矢量的振动方向对传播方向的不对称性
.
.
P1
P2
自然光
线偏振光
A
0
A
0
I
0
一.布儒斯特定律
玻璃
空气
玻璃
2. 特殊入射角的情况
反射光 -- 完全偏振光 ，且光振动方向垂直于入射面 折射光 -- 部分偏振光
当以起偏角 i0 入射时，反射光与折射光垂直
(i0 称为起偏角或布儒斯特角 )
入射角满足
----- 布儒斯特定律
证明（由布儒斯特定律 和折射定律）----自证
近线偏振光
光轴
电气石晶片
·
·
起 偏
检 偏
起偏器
检偏器
起偏器
偏振光的获得与检验
自然光
偏振光
偏振化方向
0
180
90
27 0
0
180
90
27 0
0
180
90
27 0
偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化
0
180
90
27 0
自然光通过旋转的检偏器，光强不变
消光
不变
入射光
入射光
入射光
推论
例.若 n1=1.00(空气)，n2=1.50(玻璃)。
6_5偏振光的干涉
8
2．显色偏振
( no ne ) d , 0 2 ( no ne ) d . 而 :
2
(no ne )d＝C时，讨论 变化的影响
1）若入射光是单色光 1 ： 且： 1
2
1 1 则： P P2：I 2 0;(消光) 2 P // P2：I 2 E01 ;(极大) 1
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
演示 完
人工双折射 人为地造成各向异性
k d 2π F Δ ne no π π S 2πd
FF
白光
屏
偏振片1
FF
d
偏振片2
说明
(1) 各处 p 不同
不同
出现干涉条纹
(2) 应力分布越集中的地方条纹越细密
2、电致双折射(电光效应) （1）克尔效应(二次电光效应)
45 + 45 P2 d
2、平行偏振器干涉场与垂直偏振器干涉场互补。
互补色：任何两种彩色如果混合起来能够成为 白色，则其中一种称为另一种的互补色。 红+青 蓝+黄 绿+紫 天空蔚蓝色+朝阳桔红
显色偏振：偏振光干涉时出现彩色的现象。 — —是检验双折射极为灵敏的方法 偏光显微镜就是根据显色偏振的原理制成的 （医药、化工、金相学、矿物学）.
2
∵刚进入波片表面时，o光和e光的相位相等，
偏振光的干涉
—偏光显微术。
硫代硫酸钠晶片的色偏振图片
5.3 偏振光的干涉条纹
若单色自然光入射，且晶片为尖劈状（厚度 d 不均匀） ， 则屏上会出现平行的等厚干涉条纹： P1 P2 屏 C
单色自然光
P 1 P 2 1
2
k d1 (no ne ) 2 2 (ne no )d 2 (2k 1) 2 (2k 1)
1
2
1
(no ne )d 2k
cos 1 1
I 0
I // A1
2
但此时对于另外一单色光的波长λ2满足 2 2 (ne no )d (2k 1)
2
cos 2 1
I A1
2
I // 0
则：屏上由 若白光入射，且晶片d 均匀， 于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色， 这叫（显）色偏振。
互补色：任何两种彩色如果混合起来能够成为白色， 则其中一种称为另一种的互补色。
蓝色（485.4nm）相消 →黄色（585. 3 nm）。 红色（656.2 nm）相消→绿色（492.1nm）；
若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。
色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法,用显微镜观察 各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些结构.
夹角的平分线平行，强度为 I 0 的单色自然光沿轴向通过这一系统． （1 ）指出光透过λ/4波片后的偏振态；
（2 ）求透过第二个尼可耳棱镜的光强度和偏振性质（忽略反射和介质吸收）．
I0 解：（1 ）自然光经过尼可耳棱镜，成为线偏振光，强度为 ． 2
．线偏振光的振动方向与光轴夹角为 30 ，进入晶体后分解为o光和e光，
2
Ae 2 Ae cos A1 cos cos
大学物理光学知识点总结(干涉衍射偏振(二)2024
大学物理光学知识点总结(干涉衍射偏振（二）引言概述:大学物理光学是研究光的基本性质和现象的学科，其中包括了干涉、衍射和偏振等重要的知识点。
在本文中，我们将对大学物理光学中的干涉、衍射和偏振知识进行总结，帮助读者更好地理解和掌握这些重要的光学概念。
正文内容:一、干涉1. 连续光波干涉的基本原理2. 杨氏双缝实验的干涉原理3. 干涉截带和干涉条纹的特性4. 干涉现象的应用——薄膜干涉5. 干涉横纹和纵纹的解释二、衍射1. 菲涅尔衍射和菲涅尔衍射积分公式2. 衍射与光波的波阵面3. 点光源和光屏上的衍射图样4. 衍射条纹的特性和衍射极限5. 衍射现象的应用——衍射光栅三、偏振1. 偏振光的概念和分类2. 偏振光的振动方式3. 偏振光的传播规律——马吕斯定律和布儒斯特定律4. 偏振器的原理和种类5. 偏振现象的应用——偏振光在光学仪器中的应用四、干涉衍射的综合应用1. 单缝衍射和双缝干涉的关系2. 由单缝衍射引出的光学仪器——楞次圆板3. 多缝衍射和光栅的关系4. 干涉衍射在人类视觉中的应用5. 干涉衍射在激光技术中的应用五、物理光学的未来发展与应用前景1. 光学计算与光学信息处理2. 纳米材料与纳米光学技术3. 超材料与超透镜技术4. 光学成像与三维显示技术5. 生物医学光学与光谱学总结:本文总结了大学物理光学中的干涉、衍射和偏振等知识点。
我们通过对干涉的原理、衍射的特性和偏振的应用等内容的详细讲解，帮助读者更好地理解和掌握这些知识。
同时，我们还介绍了干涉衍射的综合应用以及物理光学未来的发展与应用前景。
希望本文能对读者进一步学习和研究光学提供一定的帮助。
光学重点知识总结光的偏振和干涉现象
光学重点知识总结光的偏振和干涉现象光学重点知识总结——光的偏振和干涉现象光的偏振和干涉现象是光学中非常重要的概念和现象，对于光的性质和光在各种材料中的传播具有重要的影响。
本文将对光的偏振和干涉现象进行总结和探讨。
一、光的偏振光的偏振是指光波中电场矢量的振动方向固定的现象。
当光波中的电场矢量在一个平面上振动时，我们称这样的光波为偏振光。
实际上，自然光往往是非偏振光，其中的电场矢量在各个方向上均匀分布。
1. 偏振光的产生偏振光可以通过偏振器产生。
偏振器是一种具有选择性透过能力的光学器件，它可以使电场矢量振动的方向得到约束。
常见的偏振器有偏光片和偏振镜等。
2. 偏振光的传播特性偏振光的传播特性与普通光有所不同。
例如，偏振光在穿过偏振片时会发生透射和反射，其中透射光的振动方向与偏振片的偏振方向一致，而反射光的振动方向则与偏振方向垂直。
二、光的干涉现象干涉是指两束或多束光波相互叠加而产生的明暗相间的条纹现象。
干涉实验证明了光是波动的性质，也揭示了光的波动特性。
1. 干涉的种类干涉可以分为两种类型：单色干涉和多色干涉。
单色干涉是指由单一波长的光波产生的干涉现象，而多色干涉则是由多种不同波长的光波混合而成的干涉现象。
2. 干涉的条件干涉的产生需要满足两个条件：一是干涉光源的相干性，即光源发出的光波具有特定的相位关系；二是光束的叠加，即多束光波叠加产生干涉。
常用的干涉实验装置有杨氏双缝干涉、迈克尔逊干涉仪等。
3. 干涉现象的应用干涉现象在实际中有广泛的应用。
例如在制造薄膜、光纤、光栅等方面，干涉技术都得到了广泛的应用。
干涉现象也为光学仪器的精密测量提供了重要手段。
三、其他相关知识除了光的偏振和干涉现象之外，还有其他一些光学重点知识值得了解。
1. 光的衍射衍射是指光波在通过孔径或物体边缘时发生弯曲和散射的现象。
衍射现象也是光的波动性质的体现，它使得光具有了在垂直传播方向上的扩展能力。
2. 光波的干涉和衍射公式干涉和衍射现象可以用数学公式进行描述。
大学物理波动光学章节偏振光的干涉
波晶片
d
• • •
e光 o光
线偏振光垂直入射波晶片 后，o 光, e 光传播速度不 同而产生了相位差。
出射 o 光 e 光的相位差为
2λπ(none)d
波晶片分类
no
ne
d(k1)
4
1 4 波片
no
ne
d(k1)
2
半波片
no ne dk
全波片
二. 线偏振光经过波晶片后偏振状态
，I0
Ⅰ
Ⅱ
••
?Ⅲ
偏振片1
••
偏振片1
波晶片
偏振片2
相干条件的实现：
相位差与装置的关系：
起偏器 保证两光有确定相位差
波晶片 保证从一次发光中分出 两束光，其光程差为 no ne d
检偏器 保证两光振动方向相同
P1 P2
2πdnone π
现象
••
偏振片1 楔状波晶片体
偏振片2
(1) 波片厚度均匀
§14.14 偏振光的干涉
一. 典型装置 二. 线偏振光通过波晶片后的偏振状态 三. 相干区 干涉强度 四. 偏振状态的检验
一. 偏振光干涉典型实验装置
屏
光源
偏振片1
波晶片
偏振片2
• 两个正交的偏振片 • 波晶片 光轴平行于入射表面的晶体薄片 • 三个元件表面平行 自然光正入射
波晶片（光轴平行于表面且厚度均匀的晶体）
波晶片
偏振片2
Ⅰ区：线偏振光，强度
I
1 2 I0
Ⅱ区：两束线偏振光。其频率相同、
波晶片
传播方向相同，且同一点光 d
•
源发出的o光和e光不分开、
• •
振动方向相互垂直、光程差为
大学物理(波动光学知识点总结)
01
圆孔、屏幕和光源。
实验现象
02
在屏幕上观察到明暗相间的圆环，中心为亮斑。
结论
03
圆孔衍射同样体现了光的波动性，中心亮斑是光线汇聚的结果。
光栅衍射实验
实验装置
光栅、屏幕和光源。
实验现象
在屏幕上观察到多条明暗相间的条纹，每条条纹都有自己的位置 和宽度。
结论
光栅衍射是由于光在光栅上发生反射和折射后相互干涉的结果， 形成多条明暗相间的条纹。
02
光的干涉
干涉现象与干涉条件
干涉现象
当两束或多束相干光波在空间某一点 叠加时，光波的振幅会发生变化，产 生明暗相间的干涉条纹。
干涉条件
要产生干涉现象，光波必须具有相同 的频率、相同的振动方向、相位差恒 定以及有稳定的能量分布。
干涉原理
光的波动性
光波在传播过程中，遇到障碍物或孔洞时，会产生衍射现象。衍射光波在空间 相遇时，会因相位差而产生干涉现象。
利用光纤的干涉、折射等光学效应，检测温度、压力、位移等物理量。
表面等离子体共振传感器
利用表面等离子体的共振效应，检测生物分子、化学物质等。
光学信息处理
全息成像
利用干涉和衍射原理，记录并再现物 体的三维信息。
光计算
利用光学器件实现高速并行计算，具 有速度快、功耗低等优点。
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大学物理(波动光学知识 点总结)
• 波动光学概述 • 光的干涉 • 光的衍射 • 光的偏振 • 波动光学的应用实例
01
波动光学概述
光的波动性质
01
02
03
光的干涉
当两束或多束相干光波相 遇时，它们会相互叠加， 形成明暗相间的干涉条纹。
13.6 偏振光的干涉
偏振光的干涉* 一. 偏振光干涉装置d 晶片C偏振片P2偏振化方向单色自然光偏振片P1偏振化方向光轴方向二. 偏振光干涉的分析1. 振幅关系P 2 P 1 C A 1 A e A o A 2oA 2e α在P 2 后，两束光振动方向平行，振幅为： 1sin o A A α=1cos e A A α=21cos sin cos o o A A A ααα==⋅212sin sin cos e e oA A A A ααα==⋅=通过晶体C 后两束光合成为一束椭圆、圆或线偏振光通过P 2 后2. 相位关系P 2 P 1 C A 1 A e A o A 2o A 2eα 2c e o d n n πφλ∆=-2c e o d n n φφπππλ∆=∆+=-+—相消干涉 （若P 1、P 2夹角小于α，则无附加相差π） —相长干涉• 发生相长或相消干涉时，是线偏振光212,(1,2,)2e o k k d k n n λφπ-∆=→=⋅=-(21)e ok k d n n φπλ∆=+→=-P 2 P 1 C A 1 A e A o A 2o A 2e αd 晶片C α 偏振片P 2偏振化方向单色自然光 偏振片P 1 偏振化方向 光轴方向 若单色光入射，且d 不均匀，则屏上出现等厚干涉条纹。
亮纹 暗纹 212,(1,2,)2e o k k d k n n λφπ-∆=→=⋅=-2(21)2e o k k d n n λφπ∆=+→=-石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）例: 计算各处光强 0I 012I 012I ?I =2222222cos o eo e I A A A A φ=++∆解: 同方向, 不同相位振动叠加 d晶片C α 偏振片P 2偏振化方向 单色自然光 偏振片P 1 偏振化方向 光轴方向212sin cos o eA A A αα=⋅=220cos sin (1cos )I I ααφ=+∆2c e o d n n πφφππλ∆=∆+=-+P 2 P 1C A 1A e A oA 2o A 2eα三. 色偏振白光入射，晶片d 均匀，不同波长对应不同相位差屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色这叫（显）色偏振。
12.6 偏振光的干涉
产生偏振光干涉的装置如图所 产生偏振光干涉的装置如图所 示，它与获得偏振光的不同之 处只是在晶片C的后面再加上 处只是在晶片 的后面再加上 一块偏振片P 并使P 一块偏振片 2，并使 2与P1 的偏振化方向正交。 的偏振化方向正交。 单色自然光垂直入射偏振片P1，通过 1后成为线偏振 通过P 单色自然光垂直入射偏振片 再通过晶片C成为椭圆偏振光 成为椭圆偏振光。 光，再通过晶片 成为椭圆偏振光。椭圆偏振光是由两束振 动方向互相垂直、频率相同、 动方向互相垂直、频率相同、有一定相位差的线偏振光合成 这两束光再射入P 只有沿P 的。这两束光再射入 2时，只有沿 2的偏振化方向的光振动 才能通过。这样就得到了两束振动方向相同、频率相同、 才能通过。这样就得到了两束振动方向相同、频率相同、相 位差恒定的相干光。 位差恒定的相干光。
从图12-16还可以看出， 2 o和 A2 e的方向相反，这表明从晶 还可以看出， 的方向相反， 从图 还可以看出 A 射出时， 产生了附加的相位差π 片C射出时，两束光通过偏振片 2后，产生了附加的相位差π， 射出时 两束光通过偏振片P 这一附加的相位差和P1、P2的偏振化方向间的相对位置有关， 这一附加的相位差和 的偏振化方向间的相对位置有关， 在二者平行时就没有附加相位差。 在二者平行时就没有附加相位差。 由于从晶片C射出时， 由于从晶片 射出时，两束光的相位 射出时 差满足
φ =
2π
λ
(no ne )d
再考虑到附加相位差，从偏振片P 再考虑到附加相位差，从偏振片P2 射出的两束相干光的相位差为： 射出的两束相干光的相位差为：
φ =
2π
λ
( no ne ) d + πφ =当 Nhomakorabea2π
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椭圆偏振光 1 4 波片
(椭圆的长或者短轴 与晶片的光轴重合)
线偏振光 偏振片
光强有变化， 且有消光现象
第二步： 用四分之一波片区分圆偏振光和自然光 用四分之一波片区分椭圆偏振光和部分偏振光
各种偏振光经过1 4 波晶片,偏振片后的光强变化
自然光
1 4 波片
(以光线为轴转动)
自然光 偏振片 光强无变化
圆偏振光 1 4 波片
线偏振光
偏振片
光强有变化， 且有消光现象
部分偏振光 1
4 波片
部分偏振光
偏振片
光强有变化， 无消光现象
••
偏振片1
波晶片
偏振片2
相干条件的实现：
相位差与装置的关系：
起偏器 保证两光有确定相位差
波晶片 保证从一次发光中分出 两束光，其光程差为 no ne d
检偏器 保证两光振动方向相同
P1 P2
2πdnone π
P1 // P2
2πdnone
2. 干涉现象
••
偏振片1
(1) 波片厚度均匀
楔状波晶片体
波晶片
偏振片2
Ⅰ区：线偏振光，强度
I
1 2 I0
Ⅱ区：两束线偏振光。其频率相同、
波晶片
传播方向相同，且同一点光 d
•
源发出的o光和e光不分开、
• •
振动方向相互垂直、光程差为
no ne d
三. 相干区 干涉强度
1. 相干光的振幅
AoA 1siθn
A12
1 2
I0
A1 P1
C
AeA 1coθs
波晶片
d
• • •
e光 o光
线偏振光垂直入射波晶片 后，o 光, e 光传播速度不 同而产生了相位差。
出射 o 光 e 光的相位差为
2λπ(none)d
波晶片分类
no
ne
d(k1)
4
1 4 波片
no
ne
d(k1)
2
半波片
no ne dk
全波片
二. 线偏振光经过波晶片后偏振状态
，I0
Ⅰ
Ⅱ
••
?Ⅲ
偏振片1
偏振片2
A 2 2 A A 2 22 o 2 1 2 AA 12s2 e in 2 2 22 A (1o 2 A co e 2 sc ) os
单色光入射，屏上光强均匀分布。转动元件，屏上光强改变。
白光入射，屏上出现彩色，转动偏振片或波片，光强、色
彩都变化。
白光照射时，屏上由于某种颜色干涉相消, 而呈现它的 互补色，这叫(显) 色偏振。
Ao
A o 2 A o co A 1 s sθ ic n θ os
A e 2 A e sθ i n A 1 sθ ic n θ os相干光的光程差
c 2πdnone 为投影引入的附加相位
c π 2 π dn o n e π
Ⅲ区： o 光和e 光经过偏振片2 后，振动方向平行，振动频
率相同，相位差恒定，满足干涉条件。
3. 叠加的光强
A 2 2 A 2 o 2 A 2 e 2 2 A o 2 A e 2 c os
1 2A 1 2si2n 2(1cos)
2 πdnoneπ2kπ — 干涉相长
2 π dn o n e π (2 k 1 )π— 干涉相消
讨论
1. 典型装置
(2) 波片厚度不等
出现干涉条纹。
石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
不同成熟度的棉纤维在偏振光显微镜下的图形
四. 偏振状态的检验
第一步：用偏振片旋转 观察出射光强变化 将5种偏振态分成3组
• 线偏振光
•自然光 圆偏振光 •部分偏振光 椭圆偏振光
§14.14 偏振光的干涉
一. 典型装置 二. 线偏振光通过波晶片后的偏振状态 三. 相干区 干涉强度 四. 偏振状态的检验
一. 偏振光干涉典型实验装置
屏
光源
偏振片1
波晶片
偏振片2
• 两个正交的偏振片 • 波晶片 光轴平行于入射表面的晶体薄片 • 三个元件表面平行 自然光正入射
波晶片（光轴平行于表面且厚度均匀的晶体）