3偏振光的干涉

组成线偏振光的左旋圆和右旋圆沿光轴通过L 厚 的晶体,产生的相位差为

2l

( nl nR ).
y
C


旋光晶体
L
x
右旋物质中，右旋圆振动矢量转 过的角度比左旋圆大，合成线偏 振光振动面向右转过一个角度．
左 线偏 振光 右 右
右旋圆 偏振光
左旋圆 偏振光
证明菲涅耳旋光理论的实验
3. 磁光效应(Magneto-optical effect)--Faraday 效应 直线偏振光通过放在磁场中透明介质（如玻璃）时发生旋光现象
时, (波长片) 出射光强最大.
cos 1,
(b) 当
(2k 1) (半波片)时, cos 1, I // I 0 (1 sin 2 2 ) / 2, 出射光强最小.
由于M和N垂直与平行两种情况下, 相干光相位差差, 所以对于给定的晶体薄板, 在垂直时出射光为干涉最大, 而在平行时却为干涉最小;反之依然.且有
cos 1 2 sin 2 2 ( A2 o A2e ) 4 A2 o A2e sin 2 2 sin sin cos cos cos( ) 2 2 2 A1 [cos ( ) sin 2 sin 2 sin ] 2
2 A2o A1 sin sin A1 cos sin
2 1 2 2


注意：α，θ取锐角
A2o A2e
α
y
P1 θ
A2e A1 cos cos A1 sin cos
) A12 sin 2 2 cos 2 I 2 A cos sin (1 cos 2 I A sin 2 sin 2
2 1 2 2
45

A12 I (1 cos ) 2
P2
I // I A2 常量 一般情况下 1
▲ P1 和P2 的透振方向相互平行
用单色光照射 d
P
θ
y x
P E1
·
o
以z为轴 旋转波片， 改变y相 z 对于P1和 P2的方向
波片厚度 d 确定， 恒定（no-ne变化很小）
V2 nL KL 2 d
2
2
V 0
P2后消光 使得 P2后光强极大
V 0
高速Kerr 开关， 响应频率~1010Hz
b. Pockels 效应（1893年） 一些晶体（电光晶体），加上外电场后，单轴晶体成为双轴晶 体，双折射大小与电场强度得一次方成正比 Pockels 效应（线性电光效应）
I I // I 0 / 2.
这两种情况光强互补.
若用白光作光源, 对于同一厚度的波片, 垂 直时出射光颜色与平行时出射光颜色互补,即两 种情况下的出射光加起来为白光.在由垂直向平 行过度时,出射光颜色会发生突然的变化,这种现 象叫做色偏振.
(3) 等厚干涉
当偏振光的干涉装置中的晶片厚度不 均匀时，具有相同厚度的地方，将产生同 样的干涉光强，形成等厚干涉花样． M
极值条件
3 0, , , 2 2 3 5 , , 4 4 4

I// 取极大 I// 取极小
▲ P1 和P2 的透振方向相互垂直
用单色光照射
y x
P
d
P
·
θ
E1
o
以z为轴 旋转波片， 改变y相 z 对于P1和 P2的方向
波片厚度 d 确定， 恒定（no-ne变化很小） 3 0, , , I⊥=0，取极小 2 2 极值条件 3 5 , , I⊥取极大 4 4 4
2
关于 的讨论
y
θ
A2e Ae A1 Ao α P2 A2o P1
▲
两部分组成
▲
由波片引起的位相差 2 ( no ne ) d
由P1 和P2 的相对透振方向引起 的位相差
1、P1 和P2 在相同的象限内，A2o和
y
Ae A2e α θ
P1 A1
A2e 方向相同，无附加光程差
L
cL
（为旋光系数）
溶液旋光物质:
（C为溶液浓度）
费涅耳的旋光理论
沿晶体光轴传播的平面偏振光由两个沿相反方向旋 转的、等频率的圆偏振光组成；在旋光晶体中，这两个 圆振动有不同的传播速度，在右旋晶体中右旋圆传播得 快，在左旋晶体中左旋圆传播得快． 左旋晶体: 右旋晶体:
nl nR , vl vR , nl nR , vl vR ,
(钠)自然光
C
N
I0
偏振片 晶片 偏振片 劈尖晶片的等厚干涉花样
5-10电光效应(Induced optical effects)
各向同性物质
外界作用
各向异性物质
各向异性物质
外界作用
物质的 各向异性变化
1. 机械感应---光弹效应(Photoelasticity) 各向同性或异性材料在外力作用下可产生各向异性的变化， 例如：玻璃或塑料 通常情况下，拉伸 拉伸或压缩 各向异性
电致双折射, 双折射大小与电场强度有关 a. Kerr 效应（1875年） 各向同性透明介质在电场下成为单轴双折射 材料，光轴平行于电场，平行于电场的光振动的折 射率为 n || ，垂直于电场的光振动的折射率为 n⊥
a. Kerr 效应（1875年）
----- 各向同性透明介质在电场下成为单轴双折射材料，光轴 平行于电场，平行于电场的光振动的折射率为 n ||，垂直于 电场的光振动的折射率为 n⊥
5-9 偏振光的干涉--干涉色(Interference colors)
——分振动面干涉
1. 平行偏振光的干涉 2. 偏振干涉滤光器 3. 会聚偏振光的干涉
条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定
一、 偏振光干涉典型的实验装置
在两块共轴的偏振片P1 和P2 之间放一块厚度为d的波片， 光轴方向如图 y 光轴方向
液 体 中 的 效 应 装 置
Kerr盒（内装电致双折射材料）
Kerr
光轴平行于入射面时的o光和e光的相对位相延迟 Kerr 实验发现: n n|| n E
V n ne n0 KE 2 K d
2
2
二次电光效应
K 为Kerr系数
o光和e光的相对位相差: P1 P2
▲ P1 和P2 的透振方向相互平行



] 2
A12 2 2 2 45 I // A12 [1 sin 2 ] [1 cos ] I // A1 [1 sin 2 sin ] 2 2 2
▲ P1 和P2 的透振方向相互垂直
2k
时(波长片)，
cos 1,
cos 1,
I 0,
(b) 当
出射光强为零. (半波片)时,
(2k 1)
I ( I 0 / 2) sin 2 2 , 出射光强最大.
讨论（2）: 固定不动.
(a) 当
2k
I // I 0 / 2,
d
x
α
·
P1
θ
E1
z
o
P1 的作用：获得线偏振光
波片的作用：将入射的线偏振光分解成两束相互垂直的、有 固定位相差的线偏振光 P2 的作用：把两束线偏振光引到同一方向上来
二、 线偏振光干涉的强度分布
设P1 与y（波片光轴）的夹角为θ，P2 与y的夹角为α P2 y 过P1 后振幅为 A1
α
θ A2e Ae A1 Ao A2o
磁致旋光 ---Faraday 效应
实验发现： 旋转角
Faraday 效 应
= vBl
Verdet 常数，与材料性质、 温度、波长等有关
Verdet 常数<0 右旋；
Verdet 常数>0 左旋；
控制电压，即可控制旋光角度，从而控制第二个偏 振片后的光强
光调制器
Faraday旋光效应与天然旋光物质的旋光的区别：
用，会有规则地排列
向异性。
液晶，从而产生类似于晶体的各
设计薄层的厚度使得，不加电压时，通光 （透 射光由于 分子扭曲，自然产生90度的旋转）。 加电压时，通光强度随电压的变化而变化 液晶显示
P1
过波片后分为
Ao A1 sin
Ae A1 cos
过P2 后振幅为 A2o Ao sin A1 sin sin
A2e Ae cos A1 cos cos
设两振动为相干的，位相差为 ，合振动强度为 2 2 I A2 A2o A2e 2 A2o A2e cos
明暗条 纹条件
cos 1 2 (no ne )d (2k 1) cos 1
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(no ne )d 2k
(k 1,2,3)
暗条纹
(k 1,2,3)
明条纹
I0 I (sin 2 2 )(1 cos ). 4
出射光强与 有关，与有关． 讨论（1）: 若一定. (a) 当
Ao
A2o P2
2、P1 和P2 在不同的象限内，A2o和 A2e 方向相反，附加光程差为π
0 2 0 (no ne )d
关于光强I 的讨论
2 2 I A2o A2e 2 A2o A2e cos A12 [cos 2 ( ) sin 2 sin 2 sin 2
波片厚度 d 确定，用不同波长的光入射时，透射光的强弱 随波长的不同改变。
三、 色偏振（略） 四、 偏振光干涉条纹的形成 在前面的实验装置中，视场中只有均匀的亮暗或色彩变化 （为什麽？），要观察到条纹，须把波片换成劈尖形的。 y d
P
x
P
·
2
θ
E1
z
o
P1 和P2 的相互垂直，用单色光照射时，Δφ与d有关
Pockels 实 验
n kE
---- 一次电光效应
所需电压比Kerr效应要低，同样可做成高速开关
5.11 线偏振光沿晶体光轴传播振动面的旋转
P1
单色自然光
旋光效应
C
P2
旋光晶体 线偏振光在一些物质中传播时，振动面会转过一个角 度，这种现象叫做旋光现象．这种物质叫做旋光物质．
L
线偏振光振动 面转过的角度
天然旋光物质中的旋转角与光的传播方向有关； Faraday效应的旋转角与传播方向无关，只与磁场方向 有关。
天 然 旋 光 物 质
正向通过 ：
反向通过 ：
天然物质的旋光性
正向通过 ：
反向通过 ：
Faraday效应中的旋光性
上图示：天然物质的旋光性
下图示：Faraday效应中的旋光性
Faraday效应的旋光特性
透光轴
X 前 进
光隔离器
磁场 B
前进 Z
Y
偏 返回 振 片
返回
反 射 镜
电光效应和磁光效应的一些应用 光开关----制外加的电磁场即可控制光路的开和关； 光调制器---电磁信号转换为光信号。 显示器件---磁信号转换成显示画面，如液晶显示器。
4. 液晶( Liquid crystal ) 一些大分子或长链分子的溶液，在局部范围内由于相互作
成为正单轴材料；
压缩
干涉色的分布
C d (ne n0 )d 2 工程应用 2
成为负单轴材料；
受力分布
应力分析 ------ 光弹力学
2. 电感应---电光效应(Electro-optical effect)
在一些各向同性材料上加上电场 各向异性