晶体光学基础优秀课件

X
Y
没有优势方向
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、无固定相位关系 的线偏振光。
Ex Ey
IIxIy Ix I y
(三)部分偏振光及偏振度
偏振度：
P Ip Ip I In Ip
In —部分偏振光中包含的自然光的强度
完全偏振光 (线、圆、椭圆 ) P =1
自然光 ( 非偏振光 )
立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向 同时拍摄下景物的像，制成电影胶片。在放映时，通 过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步 放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上。
立体电影
如果用眼睛直接观看，看到的画面模糊不清，要看到 立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片。从两架 放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光。左右 两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产 生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。
观众用上述的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应 的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼 只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产 生立体感觉。这就是立体电影的原理。
实际放映立体电影是用一个镜头，两套图象交替地印 在同一电影胶片上，还需要一套复杂的装置。
偏振光有广泛的应用： 1）机械工业：利用偏振光的干涉分析机件内 部的应力分布——光测弹性力学； 2）化工、制药：利用振动面的旋转（旋光效应）， 测量溶液浓度；
3） 航海、航空：使用偏光天文罗盘；
4）地质、生物、医学：广泛使用偏振光干涉仪、 偏振光显微镜；
偏光显微镜(polarizing microscope) 研究对象：具有双折射性质的旋光物质。
特点：在镜筒中加了两块偏振片。
原理：无样品时，两偏振片互相垂直，视野是暗的。
有双折射性的生物组织：纤维、染色体、淀粉粒、细胞壁
区别肿瘤细胞：正常细胞对偏振光是左旋，而肿瘤细胞 对偏振光是右旋。
普 通 显 微 镜
偏 光 显 微 镜
第一节 偏振光概述
光的干涉和衍射现象：光的波动性 光的偏振和在光学各向异性晶体中的双折射 现象：光的横波性 一、偏振光和自然光
光的偏振态(Polarization of light)
光矢量E在垂直于传播方向的平面内的振动方 式（振幅与相位随方位的分布）称为光的偏振结构 或光的偏振态。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
P=0
部分偏振光
0<P<1
二、产生偏振光的方法
1、反射产生线偏振光
3.0
tp
反
1.2
ts
射
全
rs
0.2 0
B
偏
rp
振
-1.0 0
c
n=1/1.5
1
若 1 B（布儒斯特角）rs 0, rp 0
反射光波中没有p波,只有s波，是偏振光。
note：
v i 0 — 称为布儒斯特角或起偏角 v 折射光仍为部分偏振光 v 入射角为i 0 ， 反射光线垂直折射光线
线偏振光
完全偏振光 光的偏振态 自然光
部分偏振光
圆偏振光 椭圆偏振光 部分线偏振光 部分圆偏振光
部分椭圆偏振光
（一）完全偏振光－Ex，Ey相位关系完全确定 1.线偏振光：光矢量E的振动方位保持不变。
传播方向
E
·
振动面
线偏振光可
沿两个相互 Ex E0x cost
垂直的方向
Ey
E0 y
cos t
圆偏振光和椭圆偏振光可
以看成是两个同频，振动方向 相互垂直，并且有稳定的相位 关系的线偏振光合成的结果。 反之，任何一个圆偏振光和椭 圆偏振光可以分解成两个同频， 振动方向相互垂直，并且有稳 定的相位关系的线偏振光。
y Ey
Ex x
O
Ex E0xcost
Ey E0ycost
（二）非偏振光——自然光
分解
面对光的传播方向看
E0x E0 cos E0y E0 sin
Ey
E
x
Ex
2.圆偏振光和椭圆偏振光
在垂直于光传播方向的平面内，光矢量以一定的频率旋 转。椭圆偏振光：矢量端点轨迹为椭圆
圆偏振光： 矢量端点轨迹为圆
I0
I0
空间某一点的右旋圆和椭圆偏振光
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
极强的二向色性，光化学性质 稳定，强光照射不会褪色，但 膜片略变黑，透明度低
4、散射型偏振片产生线偏振光
利用双折射晶体的散射起偏，结构如图所示：两片具 有特定折射率的光学玻璃(ZK2)夹着一层双折射性很强 的硝酸钠(NaNO3)晶体。制作过程大致是：把两片光 学玻璃的相对面打毛，竖立在云母片上，将硝酸钠溶液 倒入两毛面形成的缝隙中，压紧二毛玻璃，挤出气泡， 使得很窄的缝隙为硝酸钠填满，并使溶液从云母片一边 缓慢冷却，形成单晶，其光轴恰好垂直云母片，进行退 火处理后，即可截成所需要的尺寸。
很强的二向色性。
非·偏·振·光
光轴 线偏振光
电气石晶片
一些各向同性的介质在受到外界作用时也会产生各 向异性，并具有二向色性。利用该特性获取偏振光 的器件叫做人造偏振片。
H偏振片 聚乙烯醇薄膜 碘溶液 拉伸、烘干
偏振度高，透明度低，对各色可见光有选择吸收，可 做得薄而大，价廉，广泛应用
K偏振片 聚乙烯醇薄膜 氯化氢中加热脱水
由于硝酸钠晶体对于垂直其光轴入射的黄绿光主
折射率为no=1.5854, ne=1.3369，而光学玻璃 (ZK2)对这一段光的折射率为n=1.5831，与no非常 接近，而与ne相差很大，所以, 当光通过玻璃与晶体
间的粗糙界面时，o光将无阻地通过，而e光则因受
n1
i0
n2
r0
2、折射产生线偏振光
当 1 B ，透射光是p波占优势的部分偏振光.
i0
3、选择性吸收产生线偏振光（二向色性偏振片）
二向色性是指有些各向异性的晶体对于光的吸收 本领除了随波长改变外，还随光矢量相对于晶体 的方位而改变。
例：当振动方向互相垂直的两束线偏振白光通过晶
体后呈现出不同的颜色。天然晶体中，电气石具有
晶体光学基础
立体电影
在观看立体电影时,观众要戴上一副特制的眼镜， 这副眼镜就是一对透振方向互相垂直的偏振片。这 样，从银幕上看到的景象才有立体感。如果不戴这 副眼镜看，银幕上的图像就模糊不清了。
人的两只眼睛同时观察物体，能 判断物体的远近，产生立体感。 这是由于人的两只眼睛同时观察 物体时，在视网膜上形成的像并 不完全相同，左眼看到物体的左 侧面较多，右眼看到物体的右侧 面较多，这两个像经过大脑综合 以后就能区分物体的前后、远近， 从而产生立体视觉。