第十四章第三課

1、巴比涅補償器巴比涅補償器d1d2光束垂光束垂直入射直入射光軸光軸上楔中上楔中 o o光光 e e光光下楔中下楔中 e e光光 o o光光 2012102dndndndnee附加相位差附加相位差21dd 2102ddnne210ddnne光程差光程差索列爾補償器索列爾補償器偏振光的干涉偏振光的干涉自自 學學145 偏振光的干涉偏振光的干涉偏振光的干涉同樣有重要的應(yīng)用。偏振光的干涉同樣有重要的應(yīng)用。 從干涉現(xiàn)象來說，從干涉現(xiàn)象來說，偏振光的干涉與自然光的干涉現(xiàn)象相同，偏振光的干涉與自然光的干涉現(xiàn)象相同，但實驗裝置不同：但實驗裝置不同： 自然光干涉是通過分振幅法或分波面法自然光干涉是通過分振幅法或分

2、波面法 獲得兩束相干光，進行干涉；獲得兩束相干光，進行干涉；偏光干涉則是利用晶體的雙折射效應(yīng)，偏光干涉則是利用晶體的雙折射效應(yīng)， 將同一束光分成振動方向相互垂直的兩束線偏振光，將同一束光分成振動方向相互垂直的兩束線偏振光， 再經(jīng)檢偏器將其振動方向引到同一方向上進行干涉，再經(jīng)檢偏器將其振動方向引到同一方向上進行干涉，即，通過晶片和一個檢偏器即可觀察到偏光干涉現(xiàn)象。即，通過晶片和一個檢偏器即可觀察到偏光干涉現(xiàn)象。光波通過晶片時，一般分成光波通過晶片時，一般分成 、 兩光波；兩光波； 但疊加時不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，但疊加時不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，原因是兩光波振動方向相互垂直。原因是兩光波振動方向相互垂直。若能使其

3、同方向振動，則將出現(xiàn)干涉現(xiàn)象若能使其同方向振動，則將出現(xiàn)干涉現(xiàn)象（ 、 兩光波，兩光波， 通過晶片后的頻率不變，而且相位差恒定）。通過晶片后的頻率不變，而且相位差恒定）。這種通過晶片后產(chǎn)生的干涉，就是偏振光干涉。這種通過晶片后產(chǎn)生的干涉，就是偏振光干涉。這時，應(yīng)考慮振動方向（由偏振器的取向決定）這時，應(yīng)考慮振動方向（由偏振器的取向決定）和相位差和相位差 （ 、 兩光波在晶體中光程差決定）兩光波在晶體中光程差決定）兩個因素對干涉光強兩個因素對干涉光強 的影響。的影響。 eoooeeI一一 實驗裝置實驗裝置d2P1P晶片的厚度為晶片的厚度為 ，光軸平行于晶片表面。，光軸平行于晶片表面。起偏器起偏器

4、 將入射的自然光變成線偏振光，將入射的自然光變成線偏振光，檢偏器檢偏器 則將有一定相位差、振動方向互相垂直的則將有一定相位差、振動方向互相垂直的線偏振光引到同一振動方向上，使其產(chǎn)生干涉。線偏振光引到同一振動方向上，使其產(chǎn)生干涉。 的偏振化方向與光軸夾角為的偏振化方向與光軸夾角為 。 1P1P2P 與與 偏振化方向夾角為偏振化方向夾角為 ； 二二 干涉光強公式干涉光強公式1P1A單色自然平行光通過單色自然平行光通過 變成振幅變成振幅 為的線偏振光，為的線偏振光， 線偏振光的光強度為線偏振光的光強度為2/0211IAIeo線偏振光垂直投射到晶片上，在晶片內(nèi)被分解為線偏振光垂直投射到晶片上，在晶片內(nèi)

5、被分解為振動方向互相垂直的兩束線偏振光振動方向互相垂直的兩束線偏振光( 光和光和 光光)。 cos,sin11AAAAeo兩光的振幅為兩光的振幅為 沿光軸振動沿光軸振動 光光 e垂直光軸振動垂直光軸振動 光光 o入射線偏振光與光軸夾角入射線偏振光與光軸夾角由于是垂直振動，而且相位差恒定，由于是垂直振動，而且相位差恒定，合成振動矢量端點軌跡一般為橢圓，合成振動矢量端點軌跡一般為橢圓，即從晶片出射的光，一般為橢圓偏振光。即從晶片出射的光，一般為橢圓偏振光。dnneo)(2兩光通過晶片后的相位差為兩光通過晶片后的相位差為1P2P 1AeAoAz2P)cos(cos)cos(1AAAeee)(sins

6、in)(90cos10AAAoo2P從從 出射兩束振動方向平行的出射兩束振動方向平行的線偏振光，振幅分別為線偏振光，振幅分別為)2(sin)(2sin2sincos2220II2P從從 出射的兩束光出射的兩束光頻率相同、振動方向平行、相位差恒定，是相干光。頻率相同、振動方向平行、相位差恒定，是相干光。將要產(chǎn)生干涉，干涉光強度為將要產(chǎn)生干涉，干涉光強度為dnneo)(2)(sinsin1AAo)cos(cos1AAed1P2P0I2/0I /2 eonnd0AAe 0/AAe 1 起偏器與檢偏器正交起偏器與檢偏器正交 )2(sin)(2sin2sincos2220II21PP 2光強度與晶片產(chǎn)生

7、的相位差和兩偏振器的取向有關(guān)光強度與晶片產(chǎn)生的相位差和兩偏振器的取向有關(guān) )2(sin2sin2220II2P從從 出射后的光強度為出射后的光強度為 2sin220II當當 或或 時，即光在晶片中的振動方向與時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一的透光軸一致時，無論相位差偏振器之一的透光軸一致時，無論相位差 是多少，是多少，從從 出射后的光強度為零；出射后的光強度為零；00902P這還是與相位差這還是與相位差 有關(guān)；有關(guān)；2sin2sin2220II2P045045當當 時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一的透光軸夾角為的透光軸夾角為 時，從時，從 出射

8、后的光強度最大出射后的光強度最大（相位差（相位差 不變的情況下），為不變的情況下），為當當 取其它值時（相位差取其它值時（相位差 不變的情況下），不變的情況下）， 光強度不是最大。光強度不是最大。（1）晶片為全波片）晶片為全波片0452/0I即晶片為半波片時，輸出光強得到加強。即晶片為半波片時，輸出光強得到加強。如果如果 ，則輸出光強最強，為，則輸出光強最強，為 。, 3, 2, 1, 0,) 12(nn當晶片產(chǎn)生的相位差為當晶片產(chǎn)生的相位差為（2）晶片為半波片）晶片為半波片即晶片為全波片時，輸出光強為零。即晶片為全波片時，輸出光強為零。無論無論 為多大，輸出光強都為零。為多大，輸出光強都為零

9、。, 3, 2, 1, 0,2nn當晶片產(chǎn)生的相位差為當晶片產(chǎn)生的相位差為2sin2sin2220II2 起偏器與檢偏器平行起偏器與檢偏器平行 )2(sin)(2sin2sincos2220II光強度與晶片產(chǎn)生的相位差和兩偏振器的取向有關(guān)光強度與晶片產(chǎn)生的相位差和兩偏振器的取向有關(guān) 2P從從 出射后的光強度為出射后的光強度為 21/ PPd1P2P0I2/0I /2 eonnd0AAe 0/AAe 2sin2sin1 2220II0這還是與相位差這還是與相位差 有關(guān)；有關(guān)；當當 或或 時，即光在晶片中的振動方向與時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一的透光軸一致時，無論相位差偏振器之一的透光軸

10、一致時，無論相位差 是多少，是多少，從從 出射后的光強度最強，為出射后的光強度最強，為 ；00902P2/0I2sin2sin1 2220II2sin1 220II2P045045當當 時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一時，即光在晶片中的振動方向與偏振器之一的透光軸夾角為的透光軸夾角為 時，從時，從 出射后的光強度最弱出射后的光強度最弱（相位差（相位差 不變的情況下），為不變的情況下），為當當 取其它值時（相位差取其它值時（相位差 不變的情況下），不變的情況下）， 光強度不是最弱。光強度不是最弱。（1）晶片為全波片）晶片為全波片045即晶片為半波片時，輸出光強最弱。即晶片為半波片時，輸出光

11、強最弱。如果如果 ，則輸出光強最強，為零。，則輸出光強最強，為零。, 3, 2, 1, 0,) 12(nn當晶片產(chǎn)生的相位差為當晶片產(chǎn)生的相位差為（2）晶片為半波片）晶片為半波片, 3, 2, 1, 0,2nn當晶片產(chǎn)生的相位差為當晶片產(chǎn)生的相位差為即晶片為全波片時，輸出光強最強，為即晶片為全波片時，輸出光強最強，為 。無論無論 為多大，輸出光強都為為多大，輸出光強都為 。2/0I2/0I2sin2sin1 2220II起偏器與檢偏器正交和平行，起偏器與檢偏器正交和平行， 兩種情況干涉輸出光強正好互補。兩種情況干涉輸出光強正好互補。使用全波片時，無論起偏器與檢偏器正交還是平行，使用全波片時，無

12、論起偏器與檢偏器正交還是平行， 轉(zhuǎn)動晶片時，輸出光強不變。轉(zhuǎn)動晶片時，輸出光強不變。使用半波片時，起偏器與檢偏器平行，使用半波片時，起偏器與檢偏器平行， 則輸出光強最弱；則輸出光強最弱；起偏器與檢偏器正交，則輸出光強最強，起偏器與檢偏器正交，則輸出光強最強， 而且有消光現(xiàn)象。而且有消光現(xiàn)象。由于弱光不易觀察和測量，強光易于觀察和測量，由于弱光不易觀察和測量，強光易于觀察和測量，所以，在進行平行偏振光干涉實驗時，所以，在進行平行偏振光干涉實驗時，一般是令起偏器與檢偏器正交，使用半波片。一般是令起偏器與檢偏器正交，使用半波片。)2(sin)(2sin2sincos2220 IIeonnd 2d1P

13、2P0I2/0I /2 eonnd0AAe 0/AAe 對單色光變化，出現(xiàn)干涉條紋，對白光有彩色條紋。對單色光變化，出現(xiàn)干涉條紋，對白光有彩色條紋。四四 出現(xiàn)干涉條紋的偏振光干涉出現(xiàn)干涉條紋的偏振光干涉2P棱角為棱角為 的楔形石英晶片置于兩個正交偏振片之間，的楔形石英晶片置于兩個正交偏振片之間，在準單色光入射時，位于在準單色光入射時，位于 后面的觀察屏上，后面的觀察屏上，可以出現(xiàn)一組平行的直條紋，可以出現(xiàn)一組平行的直條紋，或通過一透鏡將此條紋放大成像于觀察屏上。或通過一透鏡將此條紋放大成像于觀察屏上。偏振光的干涉，在工程上有著廣泛的應(yīng)用。偏振光的干涉，在工程上有著廣泛的應(yīng)用。例如，塑料、玻璃和

14、一些有機材料屬非晶體物質(zhì)。例如，塑料、玻璃和一些有機材料屬非晶體物質(zhì)。一般情況下，它們對于光是各向同性的。一般情況下，它們對于光是各向同性的。但是，在機械力的作用下，受到拉伸或壓縮時，但是，在機械力的作用下，受到拉伸或壓縮時，會產(chǎn)生類似單軸晶體的各向異性的性質(zhì)，會產(chǎn)生類似單軸晶體的各向異性的性質(zhì)，在光的照射下產(chǎn)生應(yīng)力雙折射現(xiàn)象。在光的照射下產(chǎn)生應(yīng)力雙折射現(xiàn)象。因此用這些材料制作各種工程部件模型，因此用這些材料制作各種工程部件模型，模擬部件受力的情況，模擬部件受力的情況，并觀察分析偏振光通過部件模型產(chǎn)生的干涉條紋，并觀察分析偏振光通過部件模型產(chǎn)生的干涉條紋，可判斷部件內(nèi)部的應(yīng)力分布，可判斷部件內(nèi)

15、部的應(yīng)力分布，最后以此為根據(jù)來決定工程材料的選用、加固等。最后以此為根據(jù)來決定工程材料的選用、加固等。這種方法也稱為光測彈性方法。這種方法也稱為光測彈性方法。d1P2P0IC544. 1on553. 1en05 . 01P2PC045nm7 .404例例134 如圖，楔形石英晶片（如圖，楔形石英晶片（ ， ），），頂角頂角 ， 光軸與棱邊平行，光軸與棱邊平行，偏振片偏振片 、 的偏振化方向相互垂直，的偏振化方向相互垂直，且都與晶片的光軸成角且都與晶片的光軸成角 。單色光波長。單色光波長 ， 2P09021PP C045(1)干涉條紋的形狀如何干涉條紋的形狀如何?相鄰兩暗條紋的間距為多少相鄰兩暗

16、條紋的間距為多少?(2) 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) ，圖樣如何變化，圖樣如何變化?(3)保持保持 ，晶片，晶片 以光束為軸旋轉(zhuǎn)以光束為軸旋轉(zhuǎn) ，圖樣如何變化，圖樣如何變化?解：解：(1)由已知由已知 、 ， 則由則由 出射的光強為出射的光強為0900452P)2(sin220IIIddnneo)(2而而 ，可知可知 相同，相同， 就相同，因此光強就相同，因此光強 相同。相同。)2(sin)(2sin2sincos2220II所以所以干涉條絞是沿棱邊走向的明暗相間的直條紋干涉條絞是沿棱邊走向的明暗相間的直條紋 ), 2 , 1 , 0(2mm)2(sin220II即暗紋條件為即暗紋條件為1)2(sin220II

17、 在在 處，處， ，明條紋中心；，明條紋中心；0)2(sin20I在在 處，處， ，為暗條紋中心。，為暗條紋中心。), 2 , 1 , 0(2mmdnneo)(2nmnndleo153. 5)(相鄰兩條暗紋間距相鄰兩條暗紋間距為為)(eonnd相鄰兩暗條紋對應(yīng)的厚度差為相鄰兩暗條紋對應(yīng)的厚度差為)(eonnmdm得第得第 級暗紋對應(yīng)楔片厚度為級暗紋對應(yīng)楔片厚度為20II 0)2(sin2在在 處處 ， ，明條紋中心；，明條紋中心；1)2(sin20I在在 處，處， ，為暗條紋中心。，為暗條紋中心。)2(sin)(2sin2sincos2220II與旋轉(zhuǎn)前比正好為明暗條紋互換位置。與旋轉(zhuǎn)前比正好

18、為明暗條紋互換位置。)2(sin1 220II(2) 旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn) ， 、 ， 則由則由 出射的光強為出射的光強為2P09000452P)2(sin)(2sin2sincos2220II21PP C045(3) 保持保持 ，晶片，晶片 以光束為軸旋轉(zhuǎn)以光束為軸旋轉(zhuǎn) ， 0900則則 、 ，則，則 0Id無論無論 等于多少，等于多少， 光強都為零，即視場一片黑暗。光強都為零，即視場一片黑暗。13.6 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象一、物質(zhì)的旋光性一、物質(zhì)的旋光性 除石英外，氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的除石英外，氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的1811年，法國物理學家年，法國物理學家阿喇果阿喇果（Arago）其振動面能發(fā)生

19、旋轉(zhuǎn)，其振動面能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，線偏振光沿光軸方向通過石英晶體時，線偏振光沿光軸方向通過石英晶體時，這稱為這稱為旋光現(xiàn)象。旋光現(xiàn)象。水溶液等也都具有水溶液等也都具有旋光性。旋光性。 晶體晶體 a 旋光率旋光率 lla 光軸光軸實驗表明，旋光率實驗表明，旋光率 a 與旋光物質(zhì)和入射波長與旋光物質(zhì)和入射波長等因素有關(guān)，等因素有關(guān)，石英對石英對 = 589nm的黃光，的黃光，a = 21.75 /mm；而對而對 = 408nm的紫光，的紫光，a = 48.9 /mm 。 對于溶液，對于溶液，旋光率旋光率 a還和旋光物質(zhì)的濃度有關(guān)。還和旋光物質(zhì)的濃度有關(guān)。 相同濃度下，旋光率隨入射光的相同濃度下

20、，旋光率隨入射光的波長而改變的現(xiàn)象，稱為旋光色散。波長而改變的現(xiàn)象，稱為旋光色散。lcac c是溶液濃度是溶液濃度旋光性旋光性 左左 旋旋 右右 旋旋物物 質(zhì)質(zhì) 左旋物質(zhì)左旋物質(zhì) 右旋物質(zhì)右旋物質(zhì)物質(zhì)的旋光性是和物質(zhì)原子排列結(jié)構(gòu)有關(guān)的，物質(zhì)的旋光性是和物質(zhì)原子排列結(jié)構(gòu)有關(guān)的，原子排列互為鏡像對稱，原子排列互為鏡像對稱，左旋物質(zhì)與右旋物質(zhì)的左旋物質(zhì)與右旋物質(zhì)的稱為稱為同分異構(gòu)體。同分異構(gòu)體。二、人為各項異性二、人為各項異性電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫也叫電致雙折射效應(yīng)。電致雙折射效應(yīng)。克爾效應(yīng)克爾效應(yīng) （1875年）年）45 P2l+-克爾盒克爾盒dP145 l不加電場不加電場液體各向同性液體各向同性P

21、2不透光；不透光；l加電場加電場液體呈單軸晶體性質(zhì)，液體呈單軸晶體性質(zhì)，光軸平行電場強度光軸平行電場強度 P2透光。透光。E21PP 硝基苯溶液硝基苯溶液222dUkkEnnoe 二次電光效應(yīng)二次電光效應(yīng)k 克爾常數(shù)，克爾常數(shù)，U 電壓電壓克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾效應(yīng)引起的相位差為： 2 22dkUllnnoek 時，時， k 克爾盒相當半波片，克爾盒相當半波片，P2透光最強透光最強 。45 P2l+-克爾盒克爾盒dP145 21PP 硝基苯溶液硝基苯溶液可作為可作為光開關(guān)光開關(guān)（響應(yīng)時間（響應(yīng)時間 10 9s），）， 克爾盒的應(yīng)用：克爾盒的應(yīng)用：克爾盒的缺點：克爾盒的缺點：和加數(shù)萬伏的高

22、電壓，和加數(shù)萬伏的高電壓，用于高速攝影、用于高速攝影、激光通訊、激光通訊、光速測距、光速測距、脈沖激光系統(tǒng)（作為脈沖激光系統(tǒng)（作為Q開關(guān)）開關(guān)）硝基苯有毒，硝基苯有毒，需要極高的純度需要極高的純度故現(xiàn)在很少用。故現(xiàn)在很少用。易爆炸，易爆炸，子彈射穿蘋果的瞬間（高速攝影）子彈射穿蘋果的瞬間（高速攝影）第第15章章 光與物質(zhì)相互作用光與物質(zhì)相互作用光的散射光的散射光的吸收光的吸收光的色散光的色散光在介質(zhì)光在介質(zhì)中傳播中傳播固有頻率固有頻率阻尼系數(shù)阻尼系數(shù)15.1 分子光學的基本概念分子光學的基本概念一、一、 電偶極子模型電偶極子模型tqEF coso1 帶電粒帶電粒子受力子受力 電場力電場力krF

23、 2trFdd3 其他電荷給的彈性力其他電荷給的彈性力 電磁輻射阻尼力電磁輻射阻尼力22321ddtrmFFFtfrtrtr cosddddo2o22 mk o m mqEfoo tAtrcos穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解 2220202 fA tAtrcos穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解2202tan 2220202/ mqEA感生電偶極矩感生電偶極矩 22202022cos mtEqqrp當當 o 振幅最大振幅最大mqEfoo ： 分子的極化率分子的極化率二、二、 帶電粒子分類帶電粒子分類原子核、離子原子核、離子重振子重振子慣性大，在頻率較低的紅外光中才能振動。慣性大，在頻率較低的紅外光中才能振動。電子振子很輕電子振子很輕能在可見光照射下振動。能在可見光照射下振動。各向同性介質(zhì)：各向同性介質(zhì)： 是常量是常量Ep0 Ep/一般一般各向異性介質(zhì)：各向異性介質(zhì)： 與外電場方向有關(guān)，是張量。與外電場方向有關(guān)，是張量。Ep、方向關(guān)系復雜。方向關(guān)系復雜。散散 射射在側(cè)面能接收到光。在側(cè)