偏振光的干涉

1、偏振光的干涉1第1頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一一、典型裝置波晶片:光軸平行于入射表面的晶體薄片兩個(gè)正交的偏振片 記做三個(gè)元件表面平行 自然光正入射2第2頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一?在上述裝置下 令單色自然光正入射 分析各區(qū)光的偏振狀態(tài)起偏器P后是線偏振光線偏振光經(jīng)波晶片C后偏振態(tài)?強(qiáng)度?檢偏器A后的偏振態(tài)?強(qiáng)度? 3第3頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一二、線偏振光通過(guò)波晶片后的偏振狀態(tài)3) o 光 e 光的光程差結(jié)論:1)o 光 e 光傳播方向相同 同一點(diǎn)源發(fā)出的o 光 e 光不分開(kāi)2) o 光 e 光振動(dòng)

2、方向垂直 o 光軸 e 光軸可以用光軸來(lái)說(shuō)明o e光 振動(dòng)方向線偏振光與入射面有一夾角4第4頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一4) 線偏振光通過(guò)波晶片后的偏振狀態(tài) 兩個(gè)同頻率的 振動(dòng)方向垂直的 有確定相位差的 S. H. V. 的合成一般合成光矢量端點(diǎn)的軌跡是橢圓但 每時(shí)刻都是線偏振光所以 稱為橢圓偏振光光軸5第5頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一 特殊1若晶片厚度合適 使 o 光 e 光的光程差為/4波長(zhǎng)相位差是正橢圓偏振光圓偏振光如果再讓該波晶片叫四分之一波片6第6頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一特殊2若晶片厚度合適

3、 使 o 光e 光的光程差為/2波長(zhǎng)稱該波晶片為二分之一波片(或稱半波片)經(jīng)二分之一波片后 o光e 光相位差為 合成為線偏振光相位差是7第7頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一線偏振在 /2片前過(guò) /2片后仍是線偏振旋轉(zhuǎn)了 2角/2片注意: /2波片 /4 波片 必須指明波長(zhǎng)1 3象限的振動(dòng)2 4象限的振動(dòng)8第8頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一5 ) 推論 由上述分析知 圓和橢圓偏振光可看成是兩束 頻率相同傳播方向一致 振動(dòng)方向相互垂直相位差為某個(gè)確定值的線偏振光的合成 同樣 線偏振光可看成是兩束 頻率相同 相位相同 振幅相同 傳播方向亦相同的左

4、 右旋 圓偏振光的合成9第9頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一三、 相干區(qū)干涉強(qiáng)度相干區(qū)相干光的振幅10第10頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一相干光光程差 由波片厚度引進(jìn)的是在該裝置中 兩光經(jīng)檢偏器A后振動(dòng)步調(diào)相反所以裝置帶來(lái)的附加光程差是總光程差11第11頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一 合成結(jié)果相位差12第12頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一討論1) 典型裝置相干條件的實(shí)現(xiàn):波晶片 保證從一次發(fā)光中分出兩支 給出光程差 (no-ne)d檢偏器 保證兩光振動(dòng)方向相同起偏器 保證兩光有確定相差

5、振幅投影圖相干區(qū)13第13頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一2)相位差與裝置的關(guān)系思考1 畫出P A時(shí)振幅投影圖 思考2 比較P A與P A情況 說(shuō)明為什么 多采用P A情形觀察偏振光干涉思考3 自然光入射波片后的偏振狀態(tài)是什么?14第14頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一3) 干涉現(xiàn)象在裝置確定后相位差與晶體 與波長(zhǎng) 與波片厚度有關(guān)波長(zhǎng)確定 石英劈尖等厚條紋 石英等厚條紋思考:已知no ne 推導(dǎo)條紋間距15第15頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一石英劈尖的偏振光干涉（等厚條紋）16第16頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月2

6、0日，16點(diǎn)46分，星期一 晶片確定 厚度確定 白光入射若厚度不均勻 會(huì)出現(xiàn)彩色條紋 由于某種波長(zhǎng)干涉相消而呈現(xiàn)它的互補(bǔ)色 這種現(xiàn)象叫（顯）色偏振如 紅色（656.2 nm） 相消 出現(xiàn)綠色（492.1nm） 藍(lán)色（485.4nm） 相消 出現(xiàn)黃色（585. 3 nm）17第17頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一硫代硫酸鈉晶片的色偏振圖片18第18頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一色偏振是檢驗(yàn)材料有無(wú)雙折射效應(yīng)的靈敏方法 用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振可以分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)偏光顯微術(shù)19第19頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)

7、46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程20第20頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程21第21頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程22第22頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程23第23頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程24第24頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程25第25頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光

8、干涉看到的結(jié)冰過(guò)程26第26頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程27第27頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程28第28頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程29第29頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程30第30頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程31第31頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程32第

9、32頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程33第33頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程34第34頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程35第35頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一利用偏振光干涉看到的結(jié)冰過(guò)程演示完36第36頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一四、偏振狀態(tài)的檢驗(yàn)第一步：用偏振片旋 觀察出射光強(qiáng)變化 將5種偏振態(tài)分成3組 線偏振光自然光 圓偏振光部分偏振光 橢圓偏振光37第37頁(yè)，共58頁(yè)，

10、2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一第二步： 用四分之一波片區(qū)分圓偏振光和自然光 用四分之一波片區(qū)分橢圓偏振光和部分偏振光思考：如何保證四分之一波片的光軸與產(chǎn)生橢圓偏振光的波片光軸平行或垂直？會(huì)出現(xiàn)消光現(xiàn)象38第38頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一5人工雙折射一、應(yīng)力雙折射二、電致雙折射三、磁致雙折射39第39頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一人為地造成各向異性 而產(chǎn)生雙折射一、應(yīng)力雙折射(光彈效應(yīng))應(yīng)力各向異性在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：P1P2dFSF干涉有機(jī)玻璃C v 各向不同 n各向不同40第40頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16

11、點(diǎn)46分，星期一各處 不同各處 不同出現(xiàn)干涉條紋 變 變干涉情況變模型的光彈圖象釣鉤的光彈圖象演示41第41頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一二、電致雙折射(電光效應(yīng))1.克爾效應(yīng)(二次電光效應(yīng)) 45P2盒內(nèi)充某種液體 如硝基苯（C6H5NO2）l+-克爾盒dP145 不加電場(chǎng)液體各向同性P2不透光 加電場(chǎng)液體呈單軸晶體性質(zhì)光軸平行電場(chǎng)強(qiáng)度方向 P2透光42第42頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一由于折射率改變與電場(chǎng)強(qiáng)度是平方關(guān)系故克爾效應(yīng)也叫二次電光效應(yīng)k 克爾常數(shù) U 電壓相位差為：此時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓U 叫半波電壓 P2透光最強(qiáng)克爾盒相當(dāng)于半波

12、片折射率改變與電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系是:當(dāng)43第43頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一2.泡克爾斯效應(yīng)(一次電光效應(yīng))。電光晶體+。-P1P2KK泡克爾斯盒 不加電場(chǎng) P2 不透光 加電場(chǎng)晶體變雙軸晶體原光軸方向附加了雙折射效應(yīng)P2 透光電場(chǎng)與光傳播方向平行透明電極K和K光沿光軸方向傳播單軸晶體44第44頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一no o光在晶體中的折射率相位差：r 電光常數(shù) 時(shí) P2 透光最強(qiáng) 常用的電光晶體是 KH2PO4（KDP） NH4H2PO4（ADP）等U 電壓激光調(diào)Q 超高速開(kāi)關(guān)（響應(yīng)時(shí)間小于10-9s）數(shù)據(jù)處理顯示技術(shù)應(yīng)用：45第

13、45頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一三、磁致雙折射科頓穆頓效應(yīng)：某些透明液體在磁場(chǎng)H作用下變?yōu)楦飨虍愋訦C二次效應(yīng)磁場(chǎng)很強(qiáng) 才能觀察到性質(zhì)類似于單軸晶體 光軸平行磁場(chǎng)46第46頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一6 旋光現(xiàn)象 一、物質(zhì)的旋光性 二、菲涅耳對(duì)旋光性的解釋 三、 量糖術(shù) 四、 磁致旋光47第47頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一一、物質(zhì)的旋光性1811年 法國(guó)物理學(xué)家阿喇果發(fā)現(xiàn)線偏振光沿光軸方向通過(guò)石英晶體時(shí)其振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn) 稱為旋光現(xiàn)象 旋光物質(zhì) l光軸氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的水溶液等也都具有旋光性48第4

14、8頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一 a 旋光率旋轉(zhuǎn)的角度： 旋光物質(zhì) l光軸旋光率 a 與旋光物質(zhì)和入射波長(zhǎng)有關(guān) 對(duì)于溶液 還和旋光物質(zhì)的濃度有關(guān)物質(zhì)的旋光性和物質(zhì)原子排列結(jié)構(gòu)有關(guān)同一種物質(zhì)可以有左旋體和右旋體它們的原子排列互為鏡像對(duì)稱 稱為同分異構(gòu)體49第49頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一二、菲涅耳對(duì)旋光性的解釋 基本認(rèn)識(shí): 線偏振光可看作是 同頻率 等振幅 有確定相位差的左(L )、右(R )旋圓偏振光的合成EELERO 光通過(guò)旋光物質(zhì)后 相位會(huì)滯后50第50頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一在出射面上：設(shè)入射時(shí)

15、L、R 初相為0ELERE入射面(a)旋光物質(zhì)長(zhǎng)為l出射面(b)ELERERL同一時(shí)刻光通過(guò)左旋物質(zhì)L和R電矢量合成的線偏振光向左偏離初始狀態(tài) 此物質(zhì)為左旋體51第51頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一由圖示：令 旋光率(a)(b) l出射面(b)ELERERLELERE入射面(a)與 nR nL 有關(guān)52第52頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一三、 量糖術(shù)“量糖計(jì)”可分析旋光（同分）異構(gòu)體的成分例如：廣泛用在化學(xué)和制藥等工業(yè)中氯霉素天然品為左旋 合成品為左右旋各半稱合霉素 其中只有左旋有療效分離出左旋品（左霉素）療效同天然品用量糖術(shù)可對(duì)旋光溶液

16、有C 溶液的濃度 a C = a 溶液的旋光率 = a C l a 溶液的比旋光率53第53頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一四、磁致旋光 l磁致旋光物質(zhì)B旋轉(zhuǎn)的角度 V 費(fèi)德?tīng)柍Ａ克?二硫化碳食鹽 乙醇都是磁致旋光物質(zhì) 對(duì)自然旋光物質(zhì) 振動(dòng)面的左旋或右旋 是由旋光物質(zhì)本身決定的 與光的傳播方向無(wú)關(guān) 54第54頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)46分，星期一 對(duì)磁致旋光物質(zhì) 振動(dòng)面的左旋或右旋 與光的傳播方向是沿磁感強(qiáng)度方向 還是 逆著磁感強(qiáng)度方向有關(guān) 光沿著磁感強(qiáng)度方向與逆著 振動(dòng)面旋向相反 對(duì)自然旋光物質(zhì) 振動(dòng)面的左旋或右旋 是由旋光物質(zhì)本身決定的 與光的傳播方向無(wú)關(guān) 55第55頁(yè)，共58頁(yè)，2022年，5月20日，16點(diǎn)