大學(xué)物理學(xué)電子教案第20章光的偏振

第20章光的偏振◆本章學(xué)習(xí)目標(biāo)1．理解自然光和偏振光等概念；2．掌握馬呂斯定律；3．理解反射和折射時(shí)光的偏振現(xiàn)象，掌握布儒斯特定律；4．了解光的5．掌握偏振光的6．了解偏振光的◆本章教學(xué)內(nèi)容1．自然光2．偏振雙折射現(xiàn)象；獲得方法和檢驗(yàn)方法；干涉規(guī)律。和偏振光；片的起偏和檢偏馬呂斯定律；3．反射光和折射光的偏振；4．雙折射現(xiàn)象；5．橢圓偏振光和圓偏振光波片；6．偏振光的干涉人為雙折射現(xiàn)象；7．旋光現(xiàn)象?！舯菊陆虒W(xué)重點(diǎn)1．自然光和偏振光等概念；2．馬呂斯定律；3．反射和折射時(shí)光的偏振現(xiàn)象?！舯菊陆虒W(xué)難點(diǎn)光的雙折射現(xiàn)象◆本章學(xué)習(xí)方法建議及參考資料1．注意講練結(jié)合；2．要注意依據(jù)學(xué)生具體情況安排本章進(jìn)度參考教材易明編，《光學(xué)》，高等教育出版社，1999年10月第一版伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.1自然光和偏振光一、偏振現(xiàn)象橫波與縱波之不同的主要特點(diǎn)在其振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虿痪哂休S對(duì)稱(chēng)性，即在垂直于波傳播方向的平面來(lái)看，橫波的振動(dòng)矢量偏于某一方向，而縱波的振動(dòng)矢量則在傳播方向?qū)ΨQ(chēng)軸上，橫波的這種特性也叫偏振性，與光的偏振性直接有關(guān)的一些光學(xué)現(xiàn)象叫做光的偏振現(xiàn)象.二、自然光光波是一定波長(zhǎng)范圍的電磁波，是橫波.在光波的振動(dòng)和振動(dòng)中，引起EB感光作用和生理作用的是振動(dòng)，所以一般把叫做光矢量，而振動(dòng)叫做光振EEE動(dòng).普通光源光矢量不可能保持一定的方向，而是無(wú)規(guī)則取所有可能方向，沒(méi)比其他方向更優(yōu)越.因此，在垂直與光傳播方向向上，光振上的光矢量都可以分解為兩個(gè)相互垂直得分矢量，由于自然光光E有哪一個(gè)方向的平面內(nèi)任一個(gè)方動(dòng)的振幅都相等，這樣的光就叫做自然光.任一方向E振動(dòng)的對(duì)稱(chēng)性，各種取向的光矢量在兩個(gè)垂直方向上的分量的時(shí)間平均值應(yīng)當(dāng)彼此相等，所以自然光可用一對(duì)相互垂直且振幅相等的獨(dú)立的光振動(dòng)來(lái)表示，如圖上光振動(dòng)的強(qiáng)度為自然光強(qiáng)度的一半,用圖1（b）中的，黑點(diǎn)表示垂直于紙面的光振動(dòng)，短線表示平行于紙面且與傳垂直的光振動(dòng)，并用黑點(diǎn)和短線的多少表示分振動(dòng)的強(qiáng)弱.對(duì)自然光，由動(dòng)強(qiáng)度相等，所以短線和黑點(diǎn)的分布數(shù)相等.但是，由于自然光振動(dòng)的無(wú)規(guī)性，則自然光動(dòng)之間沒(méi)有固定的位相差.如果視為由光振互相垂直，強(qiáng)度相等的兩束光組成，則其是彼此獨(dú)立不相干的.1（a）所示，這兩個(gè)方向方法來(lái)表示自然光播方向于兩個(gè)分振中光的兩個(gè)互相垂直的分振把自然光動(dòng)方向Y傳播方向X傳播方向傳播方向Z圖1（a）圖1（b）伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程三、偏振光自然光經(jīng)某些物質(zhì)反射、折射或吸收后，可能只保留某一方向的光振動(dòng).這種只有某一固定方向振動(dòng)的光叫做線偏振光，簡(jiǎn)稱(chēng)為偏振光，偏振光的振動(dòng)方向與傳播平面組成的平面叫做振動(dòng)面.與振動(dòng)方向垂直的面叫做偏正面.若光線中某一方向的振動(dòng)比另一方向的振動(dòng)占優(yōu)勢(shì)，這種光叫組部分偏振光.伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.2偏振片的起偏和檢偏馬呂斯定律一、偏振片偏振片是一種能使自然光變?yōu)槠窆獾娜嗽焱该鞅∑?某些物質(zhì)對(duì)不同方向的光振動(dòng)具有選擇性的吸收（也叫兒向色性），如天然的電氣石晶體，硫酸碘奎寧晶體等，它們能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與此方向垂直的光振動(dòng)偏振片通過(guò)，把這種物質(zhì)涂在透明薄片上，線偏振光就可制成偏振片.偏振片所允許通過(guò)的光振動(dòng)方向稱(chēng)為該偏振片的偏振自然光化方向或透光軸，通常在偏振片上用A圖2偏振片的起偏記號(hào)“?”表示.如圖2所示，自然光通過(guò)偏振片變成了線偏振光.二、偏振片的起偏和檢偏自然光通過(guò)偏振片后成為偏振光，這就是起偏振，而這種偏振片就叫做起偏振器.偏振片不但可以把自然光變成偏振光，而且還可以檢查某一光波是否是偏振片，這就是檢偏振，而這種檢驗(yàn)偏振光的偏振片就叫做檢偏振器.B為檢偏振器.讓透過(guò)偏振片A的偏振光A的偏振化方向最亮，如圖2如圖3所示.偏振片B上，讓B的偏振化方向與偏振片A的偏振光也能透過(guò)B，這時(shí)從B射出的光強(qiáng)度大，A為起偏振器，平行（0）投射到偏振片時(shí)，則透過(guò)（a）所示的情況.如果把旋轉(zhuǎn)任一角度（090），此時(shí)透過(guò)的則是偏A從亮到暗變化B振光，這時(shí)從射出的光強(qiáng)度雖角度的變化而.當(dāng)旋轉(zhuǎn)90時(shí)，則BBB的偏振化方向與A德偏振化方向相互垂直（既不能B，這沒(méi)有光從B射出，繼續(xù)轉(zhuǎn)到零，最暗.如果B有90180，則光強(qiáng)又由零逐漸變?yōu)榇笞睿ㄓ砂底兞粒?0），透過(guò)A的偏振光透過(guò)時(shí)就強(qiáng)度為圖2（b）所示.由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)動(dòng)B則可判斷投射到B上的光是兩偏振片偏振化方向之間的夾角關(guān)系可由馬呂斯定律否是偏振光，還可以確定偏振光的振動(dòng)面.透過(guò)檢偏器的光強(qiáng)的變化與伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程確定.檢起偏振片起偏振片(a)AB(b)AB圖3偏振片的檢偏三、馬呂斯定律1809年，馬呂斯（E.LMalus）由實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，強(qiáng)度I的偏振光，透過(guò)檢偏器后，0透射光的強(qiáng)度為IIcos20（20-1）式中為偏振光的光振動(dòng)方向與檢偏振器的偏振化方向之間的夾角.上式稱(chēng)為馬呂斯定律.此定律描述了當(dāng)起偏器A固定，旋轉(zhuǎn)檢偏器B時(shí)，出射光強(qiáng)度變化的規(guī)律.馬呂斯定律的證明：如圖4所示，MM表示入射線偏振光的光振方向，NNAMˊBNˊI0cos2θMˊ2I0I0NˊA2NA1θNMM圖4馬呂斯定律的證明表示檢偏器偏振化方向，兩者的夾角為.將入射光光矢量A分解為兩個(gè)相互垂0伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程直的分量AAcos和AAsin，其中只有平行于檢偏器偏振化方向NN1020的A分量可通過(guò)檢偏器1.所以透射光的振幅AAAcos，由于光強(qiáng)于光振幅10平方成正比，故有IA2cos2A2，I00所以IIcos2.0此即證明了馬呂斯定律.可見(jiàn)，當(dāng)起偏器和檢偏器的偏振化方向平行時(shí)，即0或180時(shí)，II，光強(qiáng)最大；當(dāng)起偏器和檢偏器的偏振化方向正交時(shí)，0即90或270時(shí)，I0，光強(qiáng)最小，沒(méi)有光透過(guò)檢偏器；當(dāng)介于上述各值之間時(shí)，則光強(qiáng)在最大值和零之間變化，這和前面所觀察結(jié)論是一致的.例題20.1有兩個(gè)偏振片，其中一個(gè)用作起偏器，另一個(gè)用作檢偏器.（1）它們間的夾角為60時(shí)光發(fā)現(xiàn)從檢偏器透過(guò)的兩束光強(qiáng)相等，求自然光的強(qiáng)度比；（2）度降低為原來(lái)的1/4，則它們的偏振化方向間夾角為30時(shí)觀測(cè)一束自然光，當(dāng)測(cè)另一束自然光，如果投射到檢偏器的偏振光強(qiáng)度為I，要求透射光的強(qiáng)0檢偏器應(yīng)繞入射光方向轉(zhuǎn)過(guò)多少度？解：（1）設(shè)這兩束自然光的強(qiáng)度分別為I和I，透過(guò)起偏器1后強(qiáng)度將為原來(lái)的一2II半，分別為和2.及題給條件可得122II21cos22cos2，221所以II1cos21cos2601.cos303cos22221度II，由馬呂斯定律可得40（2）由于透射光的強(qiáng)伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程1IIcos2，400所以arccos(1)，2則60，120.不論檢偏器眼哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，都得到相同結(jié)果.伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.3反射光和折射光的偏振自然光經(jīng)過(guò)兩種媒質(zhì)界面反射和折射時(shí)，反射光和折射光都能成為部分偏振光，一定條件下，反射光還能成為偏振光.一、反射偏振n和n兩種媒質(zhì)的分界面如圖5所示，自然光射向折射率分別為MM12束自然光入射線，和分別為反射線和折射線，入射角和反射角IRIR.自然光上.SI是一都為i，折射角為用兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直，振幅相等的分振動(dòng)表示，一個(gè)是垂直于入射面的振動(dòng)，另一個(gè)是平行于入射面的振動(dòng).從圖(a)可見(jiàn)，反射光是垂直入射面的振.當(dāng)改變?nèi)肷浣莍時(shí)，反射光角i而改變.1812年，動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光，折射光是平行入射面振動(dòng)較強(qiáng)的部分偏振光中的垂直振動(dòng)所占比例隨之改變，即反射光的偏振化程度雖入射不儒斯特從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)入射角i等于某一特定角度i時(shí)，則在反射光中只有垂直入射面的振動(dòng)而沒(méi)有平行入射面的振0動(dòng)，此特定的入射角i叫做起偏角.如果自然光以起偏到兩種媒質(zhì)的分界角i入射0面上時(shí)，如圖(b)所示，反射光線與折射光線滿足0i900時(shí)，有折射定律nsininsin可得102伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程(a)自然光反射和折射所產(chǎn)生的部分偏振光(b)產(chǎn)生反射完全偏振的條件圖5自然光在兩種媒質(zhì)分界面上的反射和折射偏振nsininsin(90i)ncosi010202(20-2)ntani2n210n1這就是布儒斯特定律.起偏振角i叫做布儒斯特角.例如自然光從空氣（n1）射01向玻璃（n1.50）時(shí)，布儒斯特角i56.3；自然光從玻璃（n1.50）射向201石英（2n1.46）時(shí)，布儒斯特角i44.2.0二、折射偏振當(dāng)自然光以布魯斯特角入射到玻璃面上時(shí)，反射光雖然是線偏振光，但其強(qiáng)度很弱，為了獲得強(qiáng)度較大的線偏振光，可以讓自然光通過(guò)許多平行玻璃片組成的玻璃片堆，在每一界面上垂直振動(dòng)都要被反射都一部分，折射光的偏振程度就越來(lái)越高，當(dāng)玻璃片足夠多時(shí)，最后透射出來(lái)的光就幾乎成為完全偏振光.可見(jiàn)，玻璃片不僅可作為起偏器，而且還可作為檢偏器，用來(lái)檢驗(yàn)光線是否為偏振光.例題20.2一束平行的自然光，以58角入射到平行玻璃表面，反射光束是偏振光，則透射光束的折射角是多少？玻璃的折射率是多少？解：當(dāng)入射角為布魯斯特角時(shí)，反射光為偏振光，此時(shí)反射光束與折射光束滿足伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程i900所以透射光束的折射角為90i320由布魯斯特定律taninn2，可得玻璃的折射率為01nntanitan581.60.210伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.4雙折射現(xiàn)象一、雙折射現(xiàn)象1669年巴托里斯（Bartholinus）發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一塊透明的方解石（或冰洲石，.這一現(xiàn)象是由于光線進(jìn)入方.除了立方晶體.產(chǎn)生雙折射的原因是即碳酸鈣CaCO3）觀察物體時(shí)，物體的像是雙重的解石晶體后，分解成為兩束折射光線，這種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象（如巖鹽）以外，光線進(jìn)入一般晶體都會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象晶體內(nèi)分子排列有一定的方向性，即由于各向異性所致.二、尋常光和非常光實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)改變?nèi)肷浣莍，兩束折射線中的一條始終遵守折射定律，即無(wú)論入射線的方向如何，其折射率是不變的，這條光線稱(chēng)為尋常光線，通常用“o”表示，簡(jiǎn)稱(chēng)o光.另一束光線不遵守折射定律，其折射率隨入射線的方向而變化，即sini/sin不是一個(gè)常量,而且在一般情況下也不在入射面上，這束光線稱(chēng)為非常光線，用“e”表nc/v，決定光在晶體中個(gè)方向的速度是相等的，而非常光線的速度則隨著傳播方向的改變具有不同的傳播速度引起的.示，簡(jiǎn)稱(chēng)e光.因?yàn)檎凵渎试诿劫|(zhì)中的速度，尋常光線而改變，所以雙折射現(xiàn)象是由于在晶體中尋常光線和非常光線三、晶體的光1．晶體的光存在一個(gè)特殊的方向，光線沿著這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，就是說(shuō)o光和e光的折射率相等，即o光和e光的傳播速度相等.只有一軸方向的晶體（如方解石、石英、紅寶石等）叫做單軸晶體；另一類(lèi)晶體有兩軸方向（如云母、硫磺、藍(lán)寶石等）叫做雙軸晶體2．晶體的主截面通過(guò)光軸并與任一天然晶面相正交的平面叫做晶體的主截面.在晶體中已知光線和光軸所組成的片面叫做光線的主平面.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)o光和e光都是偏振光，但它們的光矢量振動(dòng)方向不同，o光的振動(dòng)方向垂直于晶體的主截面，e光的振動(dòng)方向平行于主截面.一般來(lái)說(shuō)，o光和e光的主截面之間的夾角很小，因而這兩條光線的振動(dòng)方向是近乎垂直的，僅當(dāng)光軸位于入射軸的主截面軸在晶體中也個(gè)光個(gè)光.任一面內(nèi)（即入射光線、入伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程射表面的法線以及光軸共面），這兩個(gè)主截面才嚴(yán)格重合，o光和e光的振動(dòng)方向相互垂直.由上可知，在晶體光軸方向上，o光和e光的折射率相等，在其他方向上則不等.由實(shí)驗(yàn)可得在垂直光軸的方向上，o光和e光的折射率相差最大，在這個(gè)方向上，e光的折射率n叫做主折射率（n也叫主折射率）。e光在其他方向上的eon與n兩個(gè)主折射率之間，nn的晶體，，這類(lèi)晶體叫做折射率介于eoeoeonn的晶體，，這類(lèi)晶體叫做正晶體（如負(fù)晶體（如方解石晶體等）；eoeo石英晶體等）.四、惠更斯原理對(duì)雙折射內(nèi)o光在o光的.e光沿各方向傳播速度不同，e光的在一起，其光軸方向遠(yuǎn).下面現(xiàn)象的解釋在晶體各個(gè)方向的傳播速度相同，因此，自晶體內(nèi)任一點(diǎn)C（波源）所以晶體內(nèi)任一點(diǎn)C發(fā)圖6所示，撥面圖畫(huà)發(fā)出的薄面是球面出的波面是繞光軸方向的回旋橢球面，如把上述兩傳播速度相等，則兩波面在光軸方向相切，在垂直光軸方向上兩波面相距最利用方解石晶體的波面圖和惠更斯求波陣面作圖法從四種情況說(shuō)明平行光在晶體表面產(chǎn)生的雙折射現(xiàn)象.光軸e波面o波面0ce圖6方解石體內(nèi)c點(diǎn)周?chē)鷒光與e圖7光軸在入射區(qū)內(nèi)與晶體表面有夾角平面波入射光的波面1．光軸在入射面內(nèi)并于晶面成一夾角如圖7所示，平行光毅入射角i射在方解石體表面上，AC為入射平面波波陣面，當(dāng)波陣面AC上的形和旋轉(zhuǎn)橢球形兩個(gè)子波球形波陣面在G點(diǎn)。波陣面AC上的其它各點(diǎn)從A到C相繼到達(dá)晶體表面，C點(diǎn)傳播到B點(diǎn)時(shí)，自A向晶體內(nèi)發(fā)出的子波已形成球者相切于光軸并相繼向旋轉(zhuǎn)橢球形波陣面之內(nèi)，兩方向的伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程晶體內(nèi)發(fā)出半徑依次減小的球形子波波面和長(zhǎng)，短軸依次減小的旋轉(zhuǎn)橢球形子波波陣面。所有球形子波波陣面的包絡(luò)面BD即為o光的新波陣面；引AD線就得到了o光在晶體中傳播的方向。同樣，所有旋轉(zhuǎn)橢球形子波波陣面的包絡(luò)面BE，既為e光的傳播方向與光的波陣面新波陣面，引AE線，就得到了e光在晶體中傳播的方向。由圖中可見(jiàn)，光的并不垂直，光不遵守折射定律。eee2．光軸與晶面成一夾角，平行光垂直入射晶面中傳播的方向；EEDD為O光的如圖8所示，新波陣面，AD線為光在晶體為e光的新波陣面，AE線為e光在晶體中傳播的方向。由圖可知，在此情況下，雖入射光垂直入射，e光也不遵守折射定律。3．光軸與晶面平行，平行光垂直入射晶面如圖9所示，光與e光都按原來(lái)入射光的方向在晶體內(nèi)傳播，但兩者的傳播折射率都不相等（，nn）。此種情況與在晶體中沿光軸方向傳oeoe速度和播時(shí)無(wú)雙折射現(xiàn)象的情況是不同的。圖8光軸與晶體表面有一夾角且圖9光軸與晶面平行且平面波正入平面波正入射射4．光軸如圖10所示，和e光的子波波陣面均被入射面截成圓形，所以o光和e光光線傳播的方向分別平行且與入射面垂直o光e光不遵守折射定律，但此時(shí)o光和e光都遵伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程siniBCcn（20-3）圖10光軸與晶體平行且與入射面垂直1siniAD02oon為o光的折射率（或主折射率）。對(duì)e光有osiniBCcn,（20-4）siniAEe2een為e光的折射率（或主折射率）。對(duì)于負(fù)晶體，nn；對(duì)于正晶體，nn，eoeoe大多數(shù)晶體的n和n相差很小。eo五、應(yīng)用雙折射產(chǎn)生偏振光的儀器利用晶體的雙折射現(xiàn)象從一束自然光可以獲得振動(dòng)面相互垂直的兩束偏振光，這兩束偏振光的分開(kāi)程度決定于晶體的厚度。純凈天然晶體的厚度一般較小，實(shí)用價(jià)值不大，下面介紹兩種常用的儀器，一是尼科耳（Nicol）棱鏡，一是二色性晶體與人造偏振片。1．尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡：將兩塊特殊要求加工的直角方解石用特制樹(shù)膠粘合成一體的長(zhǎng)方形柱形棱鏡，這種棱鏡叫尼科耳。尼科耳棱鏡是利用方解石的雙折射現(xiàn)象及光的全反射現(xiàn)象而獲得線偏振光的儀器。它和其他偏振片一樣，不僅是起偏器，也是檢篇器。其檢驗(yàn)入射到它上面的光是偏振光還是自然光的方法與偏振片檢偏方法類(lèi)似。2．二色性晶體與人造偏振片二色性是指晶體對(duì)振動(dòng)方向相互垂直的o光及e光選擇性吸收的性能，例如一些雙折射晶體（如電氣石），對(duì)內(nèi)，o光幾乎全部被吸收。自然光可通過(guò)二色性晶體人造偏振片是在一些透明材料的薄膜上涂一層（約0.1mm）二色性很體而制成的。這種薄膜經(jīng)過(guò)一定方向拉伸后，二色性晶體的小顆粒便按拉伸方向o光吸收性能特別強(qiáng)，在1mm厚的電氣石晶體獲得線偏振光。強(qiáng)的晶整齊排列，于是就顯示出只讓大部分e光通過(guò)而吸收全部o光的現(xiàn)象，從而獲得線偏振光。伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.5橢圓偏振光和圓偏振光波片一、橢圓偏振光和圓偏振光θ光軸晶體中的o光和e光是頻率相Em同、振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏EeEo振光.如果它們沿同一方向傳播，而且保持彼此間位相差恒定，則o光和e光相遇點(diǎn)處的光矢量合成時(shí)，圖11獲得橢圓和圓偏振光裝置合成光矢量末端軌跡可以是橢圓或圓，也可以是直線.如果合成光矢量的末端軌跡是圓，則叫圓偏振光；如果是橢圓，則叫做橢圓偏振光.采用圖1所示裝置可以獲得橢圓偏振光和圓偏振光.從圖中可見(jiàn)，從起偏器得到的線偏振光，經(jīng)過(guò)晶片后，成為相互垂直的o光和e光，兩者的振幅分別為AAsin，AAcos，（20-5）omemA為入射偏振光的振幅，在晶體前表面，兩者的位相差相同.由于o光和e光在m晶體中的速度不同，兩者的位相差隨光在晶體中的路程的增加而增加.當(dāng)他們穿出晶體時(shí)，兩者的光程差和位相差分別為(nn)d.（20-6）（20-7）oe2(nn)d,oe式中為入射單色光在真空中的波長(zhǎng)，n和n分別為晶體o光和e光的折射率.oe可見(jiàn)，晶片材料和入射光一定時(shí)，晶片越厚，o光和e光的位相差愈大.二、波片表面與光軸平行的晶體薄片稱(chēng)為波片.使o光和e光的光程差為1/4波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的波片稱(chēng)為1/4波片，由（20-6）式可知，1/4波片的最小厚度為d4(nn).（20-8）oe偏振光通過(guò)本波片后，o光和e光的位相差為/2的奇數(shù)倍，此時(shí)可獲得伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程橢圓偏振光.若入射光的振動(dòng)面與1/4波片的主截面成45角，則偏振光通過(guò)1/4波片可獲得圓偏振光.所以，e光的光程差為1/2波長(zhǎng)的奇數(shù)倍的波片稱(chēng)為（20-6）式可知，1/2波片的最小厚度為1/4波片可以使線偏振光變成圓偏振光.使o光和1/2波片或半波片，由d2(nn)（20-9）oe偏振光通過(guò)1/2波片后，o光和e光的位相差為的奇數(shù)倍，此時(shí)得到的仍是線偏振光，但其振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)了2角.所以，1/2波片不改變?nèi)肷渚€偏振光的光矢量的振動(dòng)軌跡，只改變其運(yùn)動(dòng)方向.伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程§20.6偏振光的干涉人為雙折射現(xiàn)象一、偏振光的干涉偏振光的干涉：偏振光通過(guò)晶片后成為兩束相互之間有一定位相差而振動(dòng)面相互垂直的偏振光.在一般情況下，該兩束光合成為橢圓偏振光，若使這兩束光在通過(guò)偏振器，就得到了在偏振其偏振化方向上振動(dòng)的兩束相干光.這兩束光疊加時(shí)，可發(fā)生干涉現(xiàn)象，這就是偏振光的干涉.如圖12（a）所示，在晶片C前面方一偏振片后面再放一偏振片；兩偏振PA片和相互正交，叢晶片C射出的兩條具有一定相位差、振動(dòng)方向相互垂直的AP偏振光，通過(guò)偏振片后，成為振動(dòng)方向相同的兩束線偏振光，如圖12（b）所A示。由于只有與偏振片振動(dòng)面平行的振動(dòng)才可以通過(guò)，所以透過(guò)的兩分振動(dòng)振A幅矢量A和A的方向正好相反。設(shè)晶片的光軸方向OO和NN成角,由圖C2o2e可知cossin，sincos圖12偏振光的干涉于是可得兩分振幅振動(dòng)的大小為AAcosAcoscosAsincosAsinAsinsinAsincosA2o（20-10）0112ee11上式表明，當(dāng)AP時(shí)，AA，且在同一振動(dòng)方位NN上，由于它們來(lái)自同2o2e伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大學(xué)物理學(xué)》精品課程一偏振光，因此振動(dòng)頻率相同，故是相干光.由于振幅A和A方向相反，因此2o2e2這兩條相干光線之間除了有與晶片厚度有關(guān)的位相差d(nn)外，還應(yīng)加位oe相差，因此總位相差為2d(nn).（20-11）oe當(dāng)2k或d(nn)(2k1)時(shí)，干涉最強(qiáng)，視場(chǎng)最明亮，其2oek1,2,3,k；當(dāng)(21)或d(nn)k時(shí)，干涉最弱，視場(chǎng)最暗.如果用oe自然光照射，對(duì)于一定厚度的晶片，因波長(zhǎng)不同而有不同的干涉條件.因此，視場(chǎng)中將呈現(xiàn)彩色，這種稱(chēng)為色偏振.偏振光的干涉在采礦、冶金、材料工業(yè)及研究晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面得到了廣泛應(yīng)用.二.、雙折射現(xiàn)界（如機(jī)械力電場(chǎng)性媒質(zhì)變成各向異性媒從而產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是在認(rèn)為的條件下產(chǎn)生的，所以叫做人為雙象在外磁場(chǎng)等）作用下，使各向同質(zhì)，折射現(xiàn)象。1.光彈效應(yīng)各向同性的非晶體在機(jī)械應(yīng)力作用下變成各向異性并顯示出雙折射現(xiàn)象，稱(chēng)為光彈效應(yīng)或應(yīng)力雙折射，如果將一塊受有壓力作用的玻璃或料板放在兩正交偏振片之間，就可觀察到干涉條紋（通過(guò)白光觀察，可看到彩色圖樣，且其隨應(yīng)力的改變而隨之改變）.實(shí)驗(yàn)表明，壓縮材料具有負(fù)單軸晶體的性質(zhì)，拉伸時(shí)具有正單軸晶體的論是拉伸或壓縮，等效光軸都在施力方向上，而且雙折射的程度和應(yīng)力成正比.利用應(yīng)力雙折射現(xiàn)象研究物體應(yīng)力分布的方法稱(chēng)為光測(cè)彈性，它已成為一門(mén)專(zhuān)門(mén)學(xué)科，在工程技術(shù)上有著廣泛應(yīng)用2.克爾效應(yīng)克爾在1875年發(fā)現(xiàn)，某些晶體或象稱(chēng)為克爾效應(yīng)，這種物質(zhì)的分子在電場(chǎng)中特性，它的等效光軸沿著電場(chǎng)的方向.而且雙折射程度與外加正比，隨著電場(chǎng)的變化可觀察到不同的偏振光（橢圓圓），出現(xiàn)彩色干涉條克爾效應(yīng)的重要特點(diǎn)是幾乎沒(méi)有延遲時(shí)間，它隨著電場(chǎng)的產(chǎn)生與消失而迅速地產(chǎn)生與消失.利用克爾效應(yīng)制成的高速開(kāi)關(guān)被廣泛用于許多技術(shù)領(lǐng)域，如高速攝影性質(zhì)，不.液體在加做定向排列，因而平方成紋，電場(chǎng)作用下能顯示出雙折射現(xiàn)象，這種現(xiàn)表現(xiàn)出各向異性的電場(chǎng)的伊犁師范學(xué)院物理與電子信息學(xué)院《大