1、2020/7/23,1,第五章 光的偏振,光的偏振,第五章,2020/7/23,2,1 自然光與偏振光,一. 光的偏振性,1.定義 偏振：,偏振現(xiàn)象,橫波,振動面,波振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性.,2.偏振態(tài)的種類：,橢圓偏振光,自然光、,平面偏振光(線偏振光)、,部分偏振光、,圓偏振光、,2020/7/23,3,自然光 （非偏振光）,一 般 光 源 發(fā) 出 的 光,圓 偏 振 光,橢圓 偏 振 光,左 旋,右 旋,偏振態(tài)的分類,部分偏振光,完全偏振光,左 旋,右 旋,平面偏振光 （線偏振光）,一般，用單色光討論偏振態(tài)。,2020/7/23,4,二. 自然光與偏振光,1 平面偏振光(線偏振光

2、),振動面,光振動方向與傳播方向決定的平面稱為振動面,2020/7/23,5,線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解,表示法：,2020/7/23,6,獨立、同一原子不同時刻發(fā)的光,普通光源(自發(fā)輻射產(chǎn)生)一般發(fā)射自然光,獨立、不同原子同一時刻發(fā)的光,D = (E2-E1) / h,E1,E2,波列,波列長 L = c D t,發(fā)光時間 Dt 10-8 s,原子發(fā)光：瞬息萬變的初相位；此起彼伏、方向不定的間歇振動。,自發(fā)輻射躍遷,2. 自然光,2020/7/23,7,自然光,特點,在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動的概率均等.,E 沒有優(yōu)勢方向,這種大量振幅相同、各種振動方向都有、彼此沒有固定

3、相位關(guān)系的光矢量的組合叫非偏振光或自然光。,總光強,圖示法,可以分解為彼此獨立、振幅相等、振動方向互相垂直、不相干的兩束線偏振光.,2020/7/23,8,3. 部分偏振光,可以看成自然光和線偏振光的混合.,偏振度,意義：對各種偏振程度不同的光給以定量描述。,注意：Imax、Imin的方向 必須相互垂直,2020/7/23,9,偏振度,0P1,平面偏振光:,Imin=0，P=1,自然光：,Imax=Imin，P=0,部分偏振光：,Io 總光強 IP 偏振光的光強 In 自然光的光強,IP=0 P=0 自然光,In=0 P=1 線偏振光,2020/7/23,10,2 線偏振光和部分線偏振光,振動

4、方向相互垂直的兩列光波的疊加,振動 垂直,相位 相同,說明：,一束線偏振光,自然光,偏振片,線偏振光,?,兩束垂直 、同相的線,一.線偏振光的表示,2020/7/23,11,二. 起偏和檢偏,1.起偏,(1)物質(zhì)的二向色性， (2)反射和折射， (3)雙折射, (4)散射， .,從自然光獲得偏振光叫“起偏”，相應(yīng)的光學(xué)器件叫“起偏器”。,3. 物質(zhì)的二向色性起偏,二向色性：,如:電氣石對o光和e光的吸收有很大差異.,晶體對光振動選擇吸收的特性。,2. 起偏的途徑,利用某種形式的不對稱性,如,2020/7/23,12,電氣石,Z,1mm厚的電氣石可將o光吸收凈，e光卻有剩余可制成偏振片.,人造偏

5、振片：,聚乙烯醇,加熱拉伸,碘液浸染,玻片保護(hù),偏振片的 透振方向：,偏振片透過電矢量的方向。,線偏振光,用偏振片獲得線偏振光,出射光強,2020/7/23,13,偏振片-大分子物質(zhì) 對振動方向反映出吸收系數(shù)不同,2020/7/23,14,形象說明偏振片的原理,通光方向,腰橫別扁擔(dān)進(jìn)不了城門,2020/7/23,15,4.檢偏,用偏振器件分析、檢驗光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏”。,偏振片既可“起偏”又可“檢偏”。,設(shè)入射光可能是自然光、線偏振光 或部分偏振光，如何用偏振片來區(qū)分它們？,以光線為軸轉(zhuǎn)動P:,I 不變？,I 變，有消光？,I 變，無消光？,2020/7/23,16,起偏器,檢偏器,一般情

6、況下 I =？,2020/7/23,17,I0,I,馬呂斯定律(1809),消光,三. 馬呂斯定律,線偏振光經(jīng)過偏振片前后的光強關(guān)系,2020/7/23,18,例題 1 用兩偏振片平行放置作為起偏器和檢偏器。在它們的偏振化方向成300角時，觀測一光源，又在成600角時，觀察同一位置處的另一光源，兩次所得的強度相等。求兩光源照到起偏器上光強之比。,解: 令I(lǐng)1和I2分別為兩光源照到起偏器上的光強。透過起偏器后，光的強度分別為I1/2和I2 /2。按照馬呂斯定律，透過檢偏器后光的強度為,所以,但按題意,即,2020/7/23,19,光強為 I0 的自然光相繼通過偏振片 P1、P2、P3后光強為I0

7、 /8，已知P1 P3，問：P1、P2間夾角為何？,解: 分析,I0,I3=I0/8,I1,I2,例題2,2020/7/23,20,書P309頁，例5.1,將兩塊理想的偏振片P1和P2共軸放置如圖所示，然后將強度為 I1的自然光和強度為I2的線偏振光同時垂直入射到P1上，從P1 透射后又入射到偏振片P2上，試問：,（1）P1不動，將P2以光線為軸轉(zhuǎn)動一周，從系統(tǒng)透射出來 的光強將如何變化？ （2）欲使從系統(tǒng)透射出來的光強最大，應(yīng)如何放置P1和P2？,透振方向,2020/7/23,21,解：,已知自然光強I1，線偏振光光強I2，設(shè)線偏振光振動方向與P1透振方向夾角為,則，經(jīng)P1后透射光強為,經(jīng)P

8、2后透射光強為,（1）將P2轉(zhuǎn)動一周，可得,時，光強最大,時，光強最小,（2）,由（1）中討論可知，,當(dāng)=0，180且=0時，系統(tǒng)光強最大。,先固定P1，轉(zhuǎn)動P2使透射光強達(dá)到最大； 然后同步轉(zhuǎn)動P1和P2，使透射光強達(dá)到最大即可。,2020/7/23,22,書P.312,例5.2,通過偏振片觀察一束部分偏振光。當(dāng)偏振片由對應(yīng)透射光強最大位置轉(zhuǎn)過60時，其光強減為一半。試求這束部分偏振光的強度之比和光束的偏振度。,經(jīng)偏振片P后透射光強最大為(=0),P,Ip,偏振片轉(zhuǎn)動60 (=60)后透射光強為,整理得,偏振度,2020/7/23,23,布儒斯特角,反射光 垂直入射面振動的成分多。 折射光？

9、,部分偏振光,偏振光,四. 反射和折射光的偏振,2020/7/23,24,布儒斯特定律,2020/7/23,25,平行玻璃板上表面反射光是偏振光.,？,注意：上表面的折射角等于下表面的入射角,通常玻璃的反射率只有7.5%左右，要以反射獲得較強的偏振光，你有什么好主意？,下表面的反射光是否也是偏振光？,2020/7/23,26,玻璃片堆,要提高反射線偏振光的強度， 可利用玻璃片堆的多次反射。,2020/7/23,27,例題：畫出下列圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)。,2020/7/23,28,應(yīng)用舉例, 制成偏光眼鏡，可觀看立體電影。, 若在所有汽車前窗玻璃和大燈前都裝上與 地面成45角、

10、且向同一方向傾斜的偏振片，,可以避免汽車會車時燈光的晃眼。, 測量不透明介質(zhì)的折射率？,2020/7/23,29, 在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時，去掉反射光的干擾,未裝偏振片,裝偏振片,2020/7/23,30,（C） 用偏光鏡消除了反射偏振光 使玻璃門內(nèi)的人物清晰可見,（A） 玻璃門表面的反光很強,（B） 用偏光鏡減弱了反射偏振光,2020/7/23,31,外腔式激光管加裝布儒斯特窗 以利于激光的形成，激光輸出為線偏振光.,光來回反射時，光強垂直分量反射損耗太大不能形成激光，這樣，光強平行分量就更易形成激光.,2020/7/23,32,1-2 小結(jié) 一、光的偏振態(tài) 自然光、線偏振光、部分偏振光 二

11、、線偏振光的獲得 偏振片法、反射和折射法、雙折射法 三、基本物理定律（光強變化） 1. 布儒斯特定律: 2. 馬呂斯定律: 四、偏振光的應(yīng)用實例 立體電影、汽車車燈、生物視覺、激光器的諧振腔、 偏光顯微鏡 等等,2020/7/23,33,作業(yè):3-5,作業(yè),索末菲曾寫信給他的學(xué)生海森堡，告誡他: “要勒奮地去做練習(xí), 只有這樣，你才會發(fā)現(xiàn)， 哪些你理解了,哪些你還沒有理解.”,3 5,2020/7/23,34,3光通過單軸晶體時的雙折射,2. e光(非常光): 不遵循折射定律.,一. 雙折射現(xiàn)象,一束光入射在介質(zhì)中折射為兩束光（o 光、e 光）的現(xiàn)象.,e,o,雙折射現(xiàn)象,1. o光(尋常光)

12、: 遵循折射定律.,2020/7/23,35,雙折射現(xiàn)象,2020/7/23,36,當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時,o 光的像不動，,e光的像圍繞 o 光的像旋轉(zhuǎn)。,2020/7/23,37,(如前圖，入射角= 0，但折射角 re 0) 且e光折射線也不一定在入射面內(nèi)。,1. 尋常光(o光),兩束折射光中，,遵守折射定律的折射光，稱尋常光(正常光),n1sin i = nosin ro,2. 非尋常光(e光),不遵守折射定律的折射光，稱非尋常光(非常光),(sini /sinre) const,2020/7/23,38,單軸晶體：方解石, 石英, 紅寶石等. 雙軸晶體：云母, 藍(lán)寶石, 橄欖石等.,1.

13、光軸: 不發(fā)生雙折射的任一直線.,二. 光軸與主截面,當(dāng)光在晶體內(nèi)沿 光軸 傳播時不發(fā) 生雙折射,光軸是一個方向,注意：,光軸在晶體內(nèi),2. 主截面：,（主平面：光軸+光線）,o光的主截面由o光的傳播方向與光軸組成； e光的主截面由e光的傳播方向與光軸組成。,2020/7/23,39,此情形下， o光的振動方向 e光的振動方向 (我們主要討論這種情況),3. 偏振特點,(1) o光、e光都是線偏振光,(2) o光的振動方向 o的主截面,e光的振動方向 e的主截面,(3) 當(dāng)光軸在入射面內(nèi)(或說“入射面包含光軸”)的情況下 ，,o光的主截面和 e光的主截面重合,2020/7/23,40,三. o

14、光和e光的相對光強,(1) 自然入射到晶體上：,垂直照射,Io= Ie,(2) 線偏振光入射到晶體上時：,晶體中：, 為 e 光傳播方向與光軸的夾角.,2020/7/23,41,出射光（空氣中）：,即：,2020/7/23,42,例題 強度為I 的自然光，垂直入射到方解石晶體上后又垂直入射到另一塊完全相同的晶體上。兩塊晶體主截面之間的夾角為 ，試求當(dāng) 分別等于 300 和 1800 時，最后透射出來的光束的相對強度（不考慮反射、吸收的損失）,例：5.4 P.321,解：,經(jīng)第一塊晶體后：,經(jīng)第二塊晶體后,相對強度為,2020/7/23,43,經(jīng)第二塊晶體后,由于兩塊晶體相同，兩主截面夾角為18

15、0，此時它們 光軸方向關(guān)于表面法線對稱，則e光在第一塊晶體中的 偏折方向與在第二塊晶體中的偏折方向相反，因而從 第二塊晶體出射的o光和e光傳播方向重合，成為一束 自然光。其強度為：,2020/7/23,44,振動方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相傳播速度（相速）。,4 光在晶體中的波面,1. 雙折射現(xiàn)象的定性解釋:,(1) 構(gòu)成晶體的原于、離子是各向異性的振子。,三個方向上有不同的固有頻率1、2和3,(2) 光入射時，粒子產(chǎn)生受迫振動,受迫振動發(fā)出的次波疊加形成晶體中的折射波,(3) 當(dāng)入射光中光矢量的振動方向與某一個重合時， 則受迫振動的位相與該方向的固有頻率有關(guān)， 振動頻率

16、與入射光頻率相同,2020/7/23,45,單軸晶體,1為平行于晶體的光軸方向的固有振動頻率,2為垂直于光軸方向的固有頻率,光軸,C 為晶體中作受迫振動的一個粒子, o光在各個方向上的速度都相同。 O光矢量波面為球面。,2 o光的波面,振動方向 o的主截面,沿著任何方向傳播的光，都使得振子在 垂直于光軸的方向上振動,與固有頻率為2有關(guān),因此在各個方向上有相同的速度0,2020/7/23,46,使振子作受迫振動的位相差與1有關(guān), e光波面為旋轉(zhuǎn)橢球面。 e光傳播方向不一定垂直于波面,3 e光的波面,e光的振動方向 e的主截面,對不同的傳播方向， 光振動的方向與光軸成不同的角度,CA1方向的振動光

17、軸,受迫振動和入射光的電矢量間的位相差與2有關(guān),這個方向上 速度 o,CA2方向的振動光軸,這個方向上的 速度 e,振動方向主截面的光是e光；e光在各個方向上的光速不同。,2020/7/23,47,雙折射的實質(zhì)可表述為： 晶體中o、e 兩光具有不同的相速。,o光波面為球面,e光波面為旋轉(zhuǎn)橢球面,沿光軸方向上，,o 光和 e 光的光矢量均在垂直于光軸方向振動,o 光和 e 光的相速相同,不發(fā)生雙折射,o、e 光波面在光軸方向相切,2020/7/23,48,在光軸的方向上， 兩種子波面相切,4、 正晶體與負(fù)晶體,單軸晶體分為正晶體和負(fù)晶體,正晶體： 0 e ， (no ne) 如石英、冰等,負(fù)晶體

18、： e o ， (ne no) 如方解石、紅寶石等, o光和 e光的子波面,2020/7/23,49,5 晶體中光的傳播方向,一. 單軸晶體內(nèi)o光與e光的傳播方向,研究方法：惠更斯作圖法，新波面為子波面的包絡(luò).,o光的傳播方向 垂直于o光的波面 e光的傳播方向 不垂直于e光的波面 （除光軸方向和垂直于光軸方向外）,O光振動方向 O光的主截面 O光在各個方向上的速度都相同 O光矢量波面為球面,(1)傳播方向 和 波面 的關(guān)系,(2) O光的特點,注意事項,2020/7/23,50,(3) e光的特點,e光的振動方向平行于主截面 沿光軸方向的速度為o ; 垂直于光軸方向的速度為e e光的波面是旋轉(zhuǎn)

19、橢球面,(4) o光、e光 波面之間的關(guān)系,o光、e光沿光軸方向的速度相同，故在波面光軸方向相切,1. 以i角入射到晶體， 光軸在入射面內(nèi),e o,晶體,vot,vet,A,B,D,re,2020/7/23,51,(2) 過A點作AB垂直BD; AB為入射光波面。,(3) 求出B到D的時間t, t=BD/C 入射面與主截面重會，則o光和e光在主截面內(nèi)。,(4)確定O光折射線方向：0光服從折射定律 以A為圓心， o t為半徑作半圓，過D 向半圓到切線交于O(切點)，連接AO 即為o光方向,惠更斯作圖法基本步驟,(1) 平行光入射界面上A、D兩點；,2020/7/23,52,(5) 確定e光折射線

20、方向： e光與o光 波面在光軸上相切。對負(fù)晶體,e光 波面是扁橢球，過D 作e光 波面切點E，連接AE，則為e光折射線。,(6) 畫出o光和e光的偏振態(tài)： o光與e光與光軸構(gòu)成的主平面重合且為紙平面， 則e光 電矢量振動方向在主平面內(nèi) o光 電矢量振動方向垂直于主平面,2020/7/23,53,o、e傳播方向相同 但速度不同，,vo ve,2. 光軸垂直于晶體表面，正入射,在晶體內(nèi)光沿光軸傳播,o、e速度相同,無雙折射,e = o,3. 光軸 界面且垂直于入射面 自然光正入射,有雙折射,2020/7/23,54,o、e傳播方向相同 但速度不同,惠更斯作圖法,4. 光軸 界面且位于入射面內(nèi) 自然

21、光正入射,有雙折射,3,4情況，即: o、e光重合,但有光程差 波晶片原理,2020/7/23,55,二、單軸晶體的主折射率,此特殊情況 (光軸 入射面)下， e光形式上 滿足折射定律，,例：光軸 界面，且垂直入射面， 自然光斜入射,注意：此圖中為e振動， | 為o振動,n1 sin i1= no sin i2o n1 sin i1= ne sin i2e,o光主折射率,e光主折射率,2020/7/23,56,對嗎？,例題,用方解石切割成正三角形截面的棱鏡，自然光以i 角入射，定性畫出o光、e光的振動方向，傳播方向。,光軸,解：方解石負(fù)晶體垂直 光軸方向v evo,o光,e光,e光,o光,o光

22、、e光只在晶體內(nèi)部才有意義！,2020/7/23,57,6 偏振器件,偏振器（起、檢、偏器）,玻璃片堆，,偏振棱鏡.,一.尼科爾棱鏡（1828）,由兩塊特殊要求加工的直角方解石用加拿大樹膠粘合而成。,二向色性偏振片（人造偏振片），,玻璃片，,2020/7/23,58,偏振光產(chǎn)生過程,對 Na光： no=1.658, ne=1.486, n膠=1.550,2020/7/23,59,可以用作起偏器與檢偏器,Ie=（1/2）I,是入射光矢量振動方向與棱鏡主截面之間的夾角,Ie= I cos2,入射光光強為 I,2020/7/23,60,前一半,二、沃拉斯頓棱鏡（偏光分束鏡 ）,方解石 no ne,后

23、一半,注意：光在兩塊方解石 中都是垂直光軸傳播。,折射角小于入射角,折射角大于入射角,由兩個方解石直角棱鏡粘合而成,2020/7/23,61,請你練習(xí),畫出自然光垂直通過洛匈棱鏡（方解石磨制） o光、e光的傳播方向，振動方向！,o光,e光,o光,e光,A中的o光變?yōu)锽中的e光：遠(yuǎn)法線折射,A中的e光與B中的o光折射率相等方向不變.,洛匈棱鏡：,可用于強激光情況.,2020/7/23,62,光軸與晶體表面平行的單軸晶體 o光和e光可以沿同一方向傳播，這樣的晶體叫做波片,想想，屬于我們前面講的哪種情況？,三. 波（晶）片,1. 什么是波片,2020/7/23,63,2. 光在波片中的傳播,結(jié)構(gòu)：是

24、光軸平行表面的 晶體薄片。,厚度為d，,d,o光：Eo=Ao cos(t- z/vo),其中：Ao=A sin Ae=A cos,e光：Ee=Ae cos(t- z/ve),晶體中：,晶體中e 、o光的相位差：,2020/7/23,64,d,nodo光在波片中的光程,nede光在波片中的光程,光程差： = (no- ne) d,出射晶體后： (晶體厚度為d）,其中：,2020/7/23,65,從晶片出射的是兩束 傳播方向相同、 振動方向相互垂直、 振幅分別為Ao和Ae的、 相位差為的 線偏振光。,自然光入射晶片：,o光、 e光光強比1，無固定相位差,線偏振光正入射晶片:,o、e光振幅關(guān)系：,A

25、0 = Asin Ae = Acos,2020/7/23,66,3. 定義：,1/4波片：,半波片：,與光軸夾角為的線偏振光 經(jīng)過半波片后，出射光偏轉(zhuǎn)2 ,仍為線偏振光 !,全波片：,2020/7/23,67,作業(yè)： 6 11,作業(yè),逆水行舟用力撐，一篙松勁退千尋；古云“此日足可惜”，吾輩更應(yīng)惜秒陰。 董比武,6 11,2020/7/23,68,7 橢圓偏振光和圓偏振光,圓偏振光電矢量大小不變，末端在波面內(nèi) 描繪出一個圓。,一、圓偏振光和橢圓偏振光的描述,1. 定義,2020/7/23,69,橢圓偏振光電矢量大小改變，末端在波面內(nèi) 描繪出一個橢圓。,迎著光線方向看，,順時針右旋,逆時針左旋,2

26、020/7/23,70,2. 描述,橢圓偏振光可通過兩列頻率相同，振動方向相互垂直， 沿同一方向傳播的線偏振光疊加得到。,端點軌跡方程：,y 振動超前x 振動, 橢圓,2020/7/23,71, = 0,討論,線偏振光,光矢量位于、象限, =,線偏振光,光矢量位于、象限,2020/7/23,72, 0， 右旋, 0， 左旋,橢圓偏振光,AxAy 橢圓偏振光,Ax=Ay 圓偏振光, =其他值,斜向橢圓偏振光,2020/7/23,73,y,D,D,2020/7/23,74,晶片是光軸平行表面的晶體薄片。,通過厚為d的晶片， e光、 o光產(chǎn)生相位差：,振幅關(guān)系：,1. 晶片,二. 橢圓偏振光和圓偏振

27、光的獲得,2020/7/23,75,則出射光為圓偏振光。,若,且,2. 波（晶）片,1/4波片, 線偏振光圓偏振光, 線偏振光線偏振光,可從線偏振光獲得橢圓或圓偏振光（或相反）,（是對某個確定波長 而言的）,波片厚度滿足,線偏振光橢圓偏振光,2020/7/23,76,三、自然光改造成橢圓或圓偏振光,自然光入射：,無固定相位差,e,自然光,合成后為橢圓偏振光,(1) 橢圓偏振光的獲得,線偏振光通過一晶片后 可分解為 兩束線偏振光,傳播方向相同,振動方向垂直,振幅,Ao = Asin,Ae = Acos,相位差,2020/7/23,77,(2) 圓偏振光的獲得,若 = 45,且晶片是 /4 片,出

28、射光為圓偏振光,2020/7/23,78,小結(jié),自然光,線偏振光(光軸與主軸重合),線偏振光,( =0, 90) 線偏振光,( =45) 圓偏振光,橢圓偏振光(正橢圓),1/4波片的作用,2020/7/23,79,8 偏振態(tài)的實驗檢定,第一步:,五種情況分成了三組， 線偏振光已被檢出,第二步:,2020/7/23,80,例題 如圖， P1 、P2 為透振方向平行的偏振片， K 是主折射率為 no 和 ne 的波晶片，其光軸平行于折射表面。若波長為 的入射光經(jīng)圖示系統(tǒng)后被消光。 求此晶片的光軸方向和厚度。,解: 入射光經(jīng) P1 變?yōu)榫€偏振光，經(jīng) K 后能被 P2 消光， 說明其振動而轉(zhuǎn)過90。

29、因 /2 片 才能使線偏振光振動面轉(zhuǎn)過2 角，故此晶片為/2 片，其光軸與 P1 成 45，最小厚度為,2020/7/23,81,作業(yè)：12, 13, 14,作業(yè),崇德:追求高尚品德； 博雅:學(xué)習(xí)廣博知識； 培養(yǎng)高雅情趣； 弘志:胸懷恢弘志向； 信勇:為人誠實守信； 做事敢為人先。 共勉之,12, 13, 14,2020/7/23,82,9 偏振光的干涉,光波干涉的條件： 頻率相同、振動方向一致或有平行分量、有固定的位相差。,兩個振動方向互相垂直的直線偏振光干涉嗎?,如果這兩光投影在某一方向上，它們將會在這個方向上發(fā)生干涉，這就是偏振光的干涉。,合成后為橢圓偏振光,傳播方向相同,振動方向垂直,

30、振幅,Ao = Asin,Ae = Acos,相位差,線偏振光通過一晶片后 可分解為 兩束線偏振光,2020/7/23,83,一. 偏振光干涉的實驗裝置,2020/7/23,84,一. 偏振光干涉的實驗裝置,二. 線偏振光干涉的強度分布,A2o,A2e,在P2 后：,在P1 后：線偏振光A1,波片C,2020/7/23,85,干涉光強：,波片引入的位相差：,P1，P2在波片光軸的同側(cè)。, + P1，P2在波片光軸的異側(cè)。,2020/7/23,86,相長干涉,相消干涉,若單色光入射，,則屏上為等厚條紋。,且d不均勻，,P1，P2在波片光軸的同側(cè),P1，P2在波片光軸的異側(cè),相消干涉,相長干涉,2

31、020/7/23,87,特例：,（1）P1 / P2，,（2）P1 P2，,P1，P2在波片光軸的異側(cè),2020/7/23,88,10 光彈性效應(yīng),一. 彈光效應(yīng) 光測彈性儀,均勻透明介質(zhì) 應(yīng)力 異性透明介質(zhì),檢驗 ： 透明材料內(nèi)部的應(yīng)力分布. 如： 天文望遠(yuǎn)鏡鏡頭，玻璃、塑料工件的質(zhì)量,實驗表明,（s : 應(yīng)力 C: 材料系數(shù)）,光測 彈性學(xué)：進(jìn)行(解決)工程設(shè)計中 介質(zhì)的應(yīng)力分析 ( 問題 ).,2020/7/23,89,2020/7/23,90,2020/7/23,91,本章結(jié)束,謝謝大家,2020/7/23,92,作業(yè)： 15 21,作業(yè)： 15 21,為學(xué)應(yīng)須畢生力， 攀高貴在少年時

32、。 蘇步青,2020/7/23,93,例題,例1 試設(shè)計三種使偏振光的振動面轉(zhuǎn)過90的方法.,光所通過的晶體類旋光物質(zhì)厚度 l 與線偏振光振動面轉(zhuǎn)過角度 的關(guān)系為 = l ,式中為旋光率(度/毫米)。要使振動面轉(zhuǎn)過90所需晶體厚度 l=90/ 。,半波片不改變?nèi)肷渚€偏振光性質(zhì)，但可使其振動面轉(zhuǎn)過2角。當(dāng)半波片的光軸與入射線偏振光的振動方向成 =45角時,振動面就轉(zhuǎn)過90。,解：,(2)用半波片。,(1)用旋光物質(zhì)(如石英)。,2020/7/23,94,（3）用兩個偏振片P1 和 P2 ,先讓P2 繞光的傳播方向轉(zhuǎn),并停在出射光強為零的位置上，此時P2的偏振化方向與入射線偏振光的振動方向相互垂直

33、。,然后在 P2 前面插入 P1 ，只要 P1 與P2 的偏振化方向不垂直也不平行，那么由P2 出射的線偏振光的振動方向相對入射線偏振光的振動方向轉(zhuǎn)過 90 ，其振幅矢量如圖所示，圖中A為入射線偏振光的振幅。,2020/7/23,95,例題17-14 如圖所示，偏振片P1和P2相互正交，當(dāng)入射于偏振片P2的偏振光已是橢圓偏振光時，在視場E處的振幅如何？如果P2和P1不相正交，則又如何？,2020/7/23,96,解 按題意,所以,它代表振幅為A2e和A2o兩相干線偏振光之間的相位差，按同方向振幅的疊加，得合振幅為,當(dāng)偏振片 P1和P2相互正交，,2020/7/23,97,如果P1和P2不正交，

34、設(shè)這時P2和晶片C光軸間的夾角為,例如,由此可知，把偏振片P2旋轉(zhuǎn)一周在觀察透射光時，我們將看到透射光強連續(xù)變化，但光強為零的位置并不可能出現(xiàn)。,2020/7/23,98,例題17-15 如圖所示，偏振片P1和P2相互正交，當(dāng)入射于偏振片P2的偏振光已是圓偏振光時，在視場E處的振幅矢量的量值如何？如果P2和P1不相正交，則又如何？,解 按題意知,2020/7/23,99,如果偏振片P1和P2相互正交，則由上題結(jié)果可得振幅為,如果偏振片P1和P2不相互正交，設(shè)P2的偏振 化方向與晶片C光軸間的夾角為 。這時,2020/7/23,100,所以此時視場E處的振幅為,這一結(jié)果表明，當(dāng)圓偏振光入射于偏振

35、片時，我們把偏振片旋轉(zhuǎn)一周而觀察透射光時，可看見透射光的光強并不會有所變化。,2020/7/23,101,若為單色光入射，且晶片d不均勻，則屏上出 現(xiàn)等厚干涉條紋。,若為白光入射，有三種情況：,如晶片d 均勻，屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的互補色，這叫（顯）色偏振。,如晶片d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。,如紅色相消綠色；藍(lán)色相消黃色。,2020/7/23,102,練習(xí)題1,一束部分橢圓偏振光，沿著z方向傳播，通過一個完全線偏振的檢偏器。當(dāng)檢偏器的透振方向沿y 軸時，透射光強度最小，其值為I0 ，當(dāng)透光方向沿 軸時，透射光強度最大，其值為1.5 I0 .求： （1）偏振器透光方向與 x軸成

36、 角時，透射光強度如何？ （2）若使原來的光束先通過一個1/4 波片，而后再通過檢偏器，且使1/4 波片的光軸沿著 x軸方向，則當(dāng)檢偏器的透光方向與 x軸成 30o角時, 透過的光的強度最大，試求出此最大強度，并求出入射光強中非偏振成分的比例。,2020/7/23,103,練習(xí)題2,如圖， 正交尼科耳N1和N2之間插入一晶片，其主截面z z 與第一個尼科耳N1夾角 ，晶片對波長為的光的o 光、e 光折射率分別為 ，若透過第二個尼科耳光強極大，求晶片的最小厚度以及透射光與入射光光強之比。 已知,2020/7/23,104,練習(xí)題3,在偏振方向正交且平行放置的兩偏振片P1，P2之間平行插入一方解石

37、薄片，厚度為310-3mm，光軸與表面平行。已知光軸與P1成45o角，問： （1）可見光中不能通過此裝置的波長為多少？ （2）若使所有的光都不能通過此裝置，光軸與P1的夾角是多少？（方解石no=1.658, ne=1.486, 且認(rèn)為波長為400nm-700nm的光均為此值）,2020/7/23,105,練習(xí)題4,用一偏振片檢驗橢圓偏振光時，透過偏振片的光強將隨偏振片的旋轉(zhuǎn)角度變化，對于已設(shè)定的坐標(biāo)系統(tǒng)，已知合成為橢圓偏振光的兩個垂直振動之間的相位差為，試導(dǎo)出透射光強隨偏振片旋轉(zhuǎn)角度變化的普遍公式。,2020/7/23,106,練習(xí)題5,如圖所示，在平面反射鏡上相繼放置一個1/4波片和一個偏振片，偏振片的透光軸與1/4波片的光軸夾角為. 光強為I0 的自然光垂直入射. 試求反射光經(jīng)上述偏振系統(tǒng)后的光強。,2020/7/23,107,練習(xí)題6,在偏振光干涉的裝置中，兩尼科耳棱鏡的主截面夾60o角，兩者之間插入一頂角=