《光學(xué)教程》(姚啟鈞)第五章-光的偏振

光的偏振光的偏振光的偏振polarlizationoflight第五章chapter5v繩波：彈簧波:

1光的偏振性按振動行為劃分有橫波和縱波兩種方式

聲波：

v橫波----振動方向垂直于傳播方向；如水波。有偏振性縱波----振動方向平行于傳播方向；如聲波。無偏振性橫波縱波在干預(yù)和衍射里，光波的振動是以標(biāo)量形式來處理的，即未考慮振動的方向，只研究光振動的大小和強(qiáng)度分布。而研究光的偏振現(xiàn)象，光波必須用矢量來描述。光除了有干預(yù)和衍射現(xiàn)象外還有偏振現(xiàn)象電磁波的振動方式對探測器起作用的是電場量---隨時(shí)間振動〔稱為光振動〕Maxwell電磁波理論和實(shí)驗(yàn)說明，光波是橫波。普通光源發(fā)光的特點(diǎn)：間歇、隨機(jī)▲一個(gè)原子波列發(fā)光時(shí)間下一次發(fā)光：偶然一個(gè)原子兩次發(fā)光比較：▲N個(gè)原子每個(gè)原子之間更無規(guī)律可說亂初位相振動方向波列長度均不一定相同普通光源發(fā)光：在人們觀察的時(shí)間內(nèi)有無窮次的發(fā)光按統(tǒng)計(jì)的觀點(diǎn)人們觀察到的將是：在垂直傳播方向的平面內(nèi)各個(gè)方向的光振動都有各個(gè)振動方向的強(qiáng)度相等亂是各個(gè)振動的無規(guī)混雜

光是橫波,光的振動方向應(yīng)始終與光的傳播方向垂直.但是,在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi),光矢量還可以有不同的振動狀態(tài)，我們稱在垂直于光傳播方向的二維平面內(nèi)，光矢量的振動狀態(tài)叫做光波的偏振態(tài).光波按偏振態(tài)來劃分，可分為三大類：(1)自然光；(2)完全偏振光；(3)局部偏振光。2自然光與偏振光普通光源中包含許許多多分子和原子,不同的原子或分子所發(fā)光波,或同一原子不同時(shí)刻所發(fā)光波,其振動方向振幅,初始相位各不相同.在垂直于光傳播方向的平面內(nèi),在觀測最小時(shí)間間隔內(nèi),光振動在各個(gè)方向的幾率相同,沒有那一個(gè)方向占更大優(yōu)勢.我們稱這種光為自然光.xyz振動面▲線偏振光〔linearly〕平面偏振光：光振動矢量只在一個(gè)方向振動振動面：光振動矢量與光的傳播方向構(gòu)成的平面線偏振光的圖示法：振動面與屏面垂直········屏面即為振動面一個(gè)原子的一次發(fā)光一定是偏振光。▲自然光natural〔普通光源發(fā)光〕平均效果：任何方向上有相同的平均振幅和能量，沒有哪個(gè)方向的振動占優(yōu)勢?！ぁぁぁぁぁぁぁぷ匀还獾膱D示法：把自然光中所有方向的振動都投影到相互垂直的兩個(gè)方向上，這兩個(gè)方向上的平均振幅相等。自然光可分解成兩個(gè)相互垂直振幅相等無固定位相關(guān)系的線偏振光自然光的特點(diǎn):〔1〕在垂直光線的平面內(nèi)，光矢量沿各方向振動的概率均等.

〔2〕可以看成由兩個(gè)振動方向相互垂直，振幅相等，互不相干的線偏振光的疊加。XYZ振動面u左圖中線段表示光振動平行于圖面的線偏振光,點(diǎn)表示光振動垂直于圖面.畫出相同的點(diǎn)和線段表示自然光,用來表示各個(gè)方向光振動幾率相同.線偏振光光振動電矢量總是在一個(gè)固定的平面內(nèi),所以這種偏振光又叫做平面偏振光.在與光傳播方向垂直的平面內(nèi)，電矢量端點(diǎn)的軌跡是一條直線,光振動大小改變，方向不變.5.2線偏振光與局部偏振光▲局部偏振光partial//占優(yōu)振動方向隨機(jī)變化，某一方向振幅最大〔振動占優(yōu)勢〕，與其垂直方向振幅最小?！ぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁぁ?+局部偏振光可視為一個(gè)平面偏振光和一個(gè)自然光的混合局部偏振光的圖示法：⊥占優(yōu)偏振度定義：Imax：強(qiáng)度最大方向光強(qiáng)Imin：強(qiáng)度最小方向光強(qiáng)偏振度最小，自然光局部偏振光偏振度最大，線偏振光▲利用反射和折射▲利用二向色性▲利用晶體雙折射▲利用散射〔略〕從實(shí)用的角度看，首先必須解決兩大問題：1、如何判別光源的偏振態(tài)；偏振光的檢驗(yàn)2、如何從普通光源中取得偏振光起偏振器：用某種方式從自然光中獲得偏振光的光學(xué)元件光矢量對傳播方向的偏振性，在與物質(zhì)的作用過程中，一定有所反映。一、二向色性與偏振片二向色性：某些各向異性晶體對不同方向光振動具有選擇吸收的性質(zhì)天然晶體中，電氣石〔六角形片狀〕具有最強(qiáng)的二向色性1mm厚的電氣石晶體可把垂直于光軸振動的光矢量全部吸收！六角形長對角線方向?yàn)楣廨SEE∥光軸：E⊥光軸：吸收很少通過較多通過很少吸收較多自然光入射線偏振光出射二、人造偏振片：透振方向：允許通過光矢量振動的方向。優(yōu)點(diǎn)：造價(jià)低廉；面積大，通光孔徑大；輕便。缺點(diǎn)：帶有選擇性吸收，使透射的偏振光帶有顏色。通！不通！透振方向入射光//透振方向·入射光⊥透振方向透明聚乙烯醇片，強(qiáng)烈吸收某一方向上的光振動，透射光成為線偏振光。形象說明偏振片的原理透振方向三、馬呂斯定律

LawofMulus偏振片可作起偏器：使自然光變成線偏振光檢偏器：鑒別自然光、線偏振光、局部偏振光1、自然光通過起偏器的情形假設(shè)入射光為I0，有出射光：Ax

=AyP1入射

的自然光光強(qiáng)為I0從P1出射線偏振光光強(qiáng)為I

=I0/2該偏振片可從自然光中取得線偏振光所以稱為起偏器自然光通過偏振片該偏振片可從自然光中取得線偏振光所以稱為起偏器P1入射

的自然光光強(qiáng)為I0從P1出射線偏振光光強(qiáng)為I

=I0/22、設(shè)：P1

為起偏器，P2

為檢偏器，通過P1

的光強(qiáng)為I，振幅為A，P1和P2透振方向成θ角時(shí),通過P2

的光強(qiáng)為Iθ馬呂斯定律P1AP2P2P1P1P2θ過P1

的線偏振光光強(qiáng)為Iθ從P2出射光強(qiáng)為Iθ=A//2=Icos2θ.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....檢偏器自然光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)不變自然光

I0光強(qiáng)不變I

=I0/2.....起偏器檢偏器自然光線偏振光偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！.....兩偏振片的偏振化方向相互垂直時(shí)光強(qiáng)為零！偏振光通過旋轉(zhuǎn)的檢偏器，光強(qiáng)發(fā)生變化自然光線偏振光起偏器檢偏器光強(qiáng)變化！光強(qiáng)為I0的自然光相繼通過偏振片P1、P2、P3后光強(qiáng)為I0/8，P1P3，問：P1、P2間夾角為何？解:分析P1P2P3I0I3=I0/8P3P1P2I1I2例題例題：兩偏振片堆疊在一起，一束自然光垂直入射其上時(shí)沒有光線透過。當(dāng)其中一偏振片慢慢轉(zhuǎn)動180

時(shí)透射光強(qiáng)度發(fā)生的變化為:[B]

〔A〕光強(qiáng)單調(diào)增加；〔B〕光強(qiáng)先增加，后又減小至零；〔C〕光強(qiáng)先增加，后減小，再增加；〔D〕光強(qiáng)先增加，然后減小，再增加再減小至零。.....四、反射光的偏振態(tài)S波：光矢量垂直于入射面自然光入射在兩各向同性介質(zhì)外表，反射、折射光線的偏振狀態(tài)？自然光在介質(zhì)界面上反射時(shí)，分解成P波：光矢量平行于入射面由費(fèi)涅耳公式知S波和P波反射系數(shù)不一樣1、一般情況

一般入射角i，反射光和透射光均為局部偏振光.....自然光分解成平行于入射面和垂直于入射面的兩個(gè)分量反射光的S波比P波強(qiáng)透射光的P波比S波強(qiáng)n1n2根據(jù)p分量振幅反射比當(dāng)時(shí),分母無窮大,因此任何偏振態(tài)的光,假設(shè)以滿足的入射角入射時(shí),反射光中只有s分量,沒有p分量,p分量全部透射.此時(shí)的入射角稱為布儒斯特角,記為2、特殊情況〔布儒斯特定律Brewster’sLaw〕n1n2........由費(fèi)涅耳公式知當(dāng)反射光為光矢量垂直于入射面的完全偏振光..i2π/2i0透射光為局部偏振光∴

i0稱為起偏振角—布儒斯特角....因此反射光中只有s分量...........透射光為局部偏振光.空氣中折射率為1.5的平板玻璃,自然光以布儒斯特角入射到第一界面上.第二界面上的入射角也恰為布儒斯特角例如:．．．．．．．．．．．．．．．．．．玻璃片堆的反射起偏和透射起偏反射起偏和透射起偏:自然光以布儒斯特角入射到玻璃片堆(由二十多個(gè)玻璃片組成)上,反射光是振動面垂直于入射面的線偏振光.透射光偏振度非常高,也可視為線偏振光,振動面平行于入射面........................光矢量平行于入射面的線偏振光透射自然光入射光矢量垂直于入射面的線偏振光反射例題：畫出以下圖中的反射光、折射光以及它們的偏振狀態(tài)?！?〕測不透明介質(zhì)的折射率?！?〕制作偏振攝像鏡頭、太陽鏡、棱鏡等光學(xué)器件?！?〕激光器的布氏窗。〔4〕立體電影、車窗、飛機(jī)舷窗等的制作。應(yīng)用：汽車車燈汽車夜間在公路上行駛與對面的車輛相遇時(shí)，為了防止雙方車燈的眩目，司機(jī)都關(guān)閉大燈，只開小燈，放慢車速，以免發(fā)生車禍。如駕駛室的前窗玻璃和車燈的玻璃罩都裝有偏振片，而且規(guī)定它們的偏振化方向都沿同一方向并與水平面成45度角，那么，司機(jī)從前窗只能看到自已的車燈發(fā)出的光，而看不到對面車燈的光，這樣，汽車在夜間行駛時(shí)，即不要熄燈，也不要減速，可以保證平安行車。另外，在陽光充足的白天駕駛汽車，從路面或周圍建筑物的玻璃上反射過來的耀眼的陽光，常會使眼睛睜不開。由于光是橫波，所以這些強(qiáng)烈的來自上空的散射光根本上是水平方向振動的。因此，只需帶一副只能透射豎直方向偏振光的偏振太陽鏡便可擋住局部的散射光。生物的生理機(jī)能與偏振光人的眼睛對光的偏振狀態(tài)是不能分辨的，但某些昆蟲的眼睛對偏振卻很敏感。比方蜜蜂的每個(gè)復(fù)眼包含有6300個(gè)小眼，這些小眼能根據(jù)太陽的偏光確定太陽的方位，然后以太陽為定向標(biāo)來判斷方向，所以蜜蜂可以準(zhǔn)確無誤地把它的同類引到它所找到的花叢。再如在沙漠中，如果不帶羅盤，人是會迷路的，但是沙漠中有一種螞蟻，它能利用天空中的紫外偏光導(dǎo)航，因而不會迷路。5.3光通過單軸晶體時(shí)的雙折射現(xiàn)象e光晶體的截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn),尋常光(O光)不動,非常光(e光)隨著晶體旋轉(zhuǎn).一、晶體的雙折射現(xiàn)象O光單色自然光一束單色自然光垂直入射于晶體的外表,進(jìn)入晶體后,變?yōu)閮墒?象折射現(xiàn)雙折射現(xiàn)

1、雙折射現(xiàn)象方解石晶體CaCO3紙面方解石晶體實(shí)物照片用眼睛觀看發(fā)光點(diǎn)，會看到兩個(gè)像點(diǎn)，透過方解石晶體，紙面上的字成了的雙字自然光進(jìn)入各向異性晶體中，光線怎樣傳播？兩束折射光▲

服從折射定律尋常光線ordinaryray—O光▲

不服從折射定律異常光線extraordinaryray—e光不服從折射定律指的是折射光線一般不在入射面內(nèi)；不遵守Snell公式，折射率〔傳播速度〕和入射光線在晶體內(nèi)的方向有關(guān)。O光、e光僅在晶體內(nèi)部有意義O光和e光不發(fā)生雙折射二、光軸與主截面1、光軸〔特殊方向〕注意：在晶體內(nèi)光軸是一個(gè)方向?qū)嶒?yàn)上怎么操作呢？令入射外表垂直光軸，光線沿光軸方向入射，光線在晶體內(nèi)部傳播不發(fā)生雙折射。實(shí)驗(yàn)中改變?nèi)肷涔獾姆较颍l(fā)現(xiàn)在晶體中存在特殊方向，光在晶體中沿這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該特殊方向稱為晶體的光軸方解石空氣光軸方向方解石晶體的光軸〔方向〕78°8′三個(gè)角度均為101°52′的頂點(diǎn)稱為鈍隅78°8′101°52′兩鈍隅連線方向?yàn)楣廨S方向單軸晶體〔uniaxiscrystal〕只有一個(gè)光軸方向：方解石(冰洲石)、石英〔quartz〕、紅寶石云母〔mica〕、藍(lán)寶石〔sapphire〕、黃玉人工拉制單軸晶體、ADP(磷酸二氫氨)、鈮酸鋰(LiNiO3〕雙軸晶體〔biaxiscrystal〕有兩個(gè)光軸方向：方解石光軸2、主平面eo一般情況下，o光和e光的主截面不重合，但夾角很小晶體的主平面：單軸晶體中包含晶體光軸和一條給定光線的平面O光的主截面e光的主截面e光主平面：過e光線和晶體光軸的平面o光主平面：過o光線和晶體光軸的平面光軸在入射面內(nèi)的特殊情況下實(shí)驗(yàn)和理論都指出：o光和e光的主平面和晶體的主截面重合—我們討論的情況給定一束入射光e光主平面o光主平面o光和e光都是線偏振光，其振動方向如何？3、o光和e光的振動方向o光軸光軸eo光的振動垂直o光的主平面e光的振動在e光的主平面內(nèi)光軸在入射面內(nèi)時(shí)，兩條光線的主平面就是入射面用檢偏器檢驗(yàn)知兩光偏振方向垂直o光的振動垂直入射面e光的振動在入射面內(nèi)非常光(extraordinarylight

e光):(1)是振動面平行于自己的主平面的線偏振光;(2)一般不符合折射定律,在垂直于光軸的方向(3)沿不同的方向折射率不同,傳播速度不同.當(dāng)o光和e光的主平面相互平行時(shí),兩光的振動面互相垂直.對于e光,沿垂直于光軸的方向的折射率稱為主折射率,記為ne.傳播時(shí)符合折射定律.沿光軸的方向折射率和速度與O光相同.尋常光〔ordinarylightO光〕：(1)是振動面垂直與自己的主平面的線偏振光;(3)沿各個(gè)方向折射率相同,傳播速度相同.(2)符合折射定律和反射定律;光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體光光當(dāng)方解石晶體旋轉(zhuǎn)時(shí)，o

光不動，e

光圍繞o

光旋轉(zhuǎn)雙折射紙面方解石晶體ve：與光軸垂直4、o光和e光的主折射率〔僅討論單軸晶體〕兩個(gè)主折射率光軸o光的主折射率vo：o光在晶體中的傳播速度e光的主折射率ve：e光在晶體中垂直于光軸方向的傳播速度e光在晶體中的傳播速度與傳播方向有關(guān)，ve取垂直于光軸的特殊方向ne＞no〔ve＜vo〕：正晶體，如石英ne＜no〔ve＞vo〕：負(fù)晶體，如方解石`入射光的振動方向入射光的振動面晶體的主截面三、o光和e光的相對光強(qiáng)OO’θB’BAθBB’O’O1、自然光入射發(fā)生雙折射設(shè)入射光強(qiáng)為I，振幅為A2、線偏振光垂直入射發(fā)生雙折射AoAe▲

在晶體中▲在晶體外射出晶體后，兩束光無o光e光之分α為e光傳播方向與光軸的夾角討論：當(dāng)晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化o光強(qiáng)度最大e光完全消失o光完全消失e光強(qiáng)度最大擴(kuò)大入射光束使兩束光相互重疊，由于無論晶體怎樣轉(zhuǎn)動，重疊局部光強(qiáng)度不變晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面晶體繞入射光方向旋轉(zhuǎn)時(shí)兩束光的相對光強(qiáng)不斷變化OO’入射光振動面晶體主截面惠更斯假設(shè)晶體中發(fā)光點(diǎn)的波面o光為球面e光為旋轉(zhuǎn)橢球面符合對光的本性和晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識晶體微觀結(jié)構(gòu)的各向異性：分子為各向異性的振子，三個(gè)振動方向的振動固有頻率為：ω1ω2ω2方向確定大小不變相互垂直各向異性的振子的三個(gè)振動方向單軸晶體振子的振動方向?yàn)閮蓚€(gè)，設(shè)平行于晶體光軸方向的振動頻率為ω1垂直于晶體光軸方向的振動頻率為ω2光通過晶體時(shí)，晶體中的帶電粒子在光的交變電場作用下做受迫振動，其頻率和入射光的頻率相同。5.4光在單軸晶體中的波面圖入射光的電矢量振動方向和ω1所在方向相同時(shí)，晶體中的帶電粒子做穩(wěn)定受迫振動，并發(fā)出頻率與入射光頻率相同的次波疊加形成折射波，其位相和ω1有關(guān)。改變?nèi)肷涔獾姆较蚧蚓w的位置，假設(shè)使入射光的電矢量振動方向和ω2所在方向相同時(shí)，受迫振動位相和ω2有關(guān)。晶體中振動方向不同的成分具有不同的位相傳播速度決定光在晶體中的波面復(fù)習(xí)：受迫振動受力-kx；-μv；F0cosωt；運(yùn)動學(xué)方程x=Acos〔ωt+α〕其中〔固有頻率〕初位相與ω0有關(guān)晶體可分為正晶和負(fù)晶.ne>no的晶體,叫做正晶.如石英.ne<no的晶體,叫做負(fù)晶.如方解石.對于鈉黃光，方解石晶體的折射率：e光沿垂直于光軸的方向，折射率最小，速度最大。對于鈉黃光，石英晶體的折射率:e光沿垂直于光軸的方向，折射率最大，速度最小.光軸e(1)負(fù)晶波面圖Oeo⊙光軸O-xyz是方解石晶體內(nèi)的三維坐標(biāo),t=0時(shí)刻自原點(diǎn)發(fā)出的光振動,在t=t時(shí)刻,o光振動傳到以v0t為半徑的球面上。因此，o光的波面圖是球面.e光軸eo(2)正晶的波面圖⊙光軸e光波面圖是長軸為vet,短軸為vot,在光軸方向上外切球面的橢球面.鈉黃光在石英晶體內(nèi)折射率:cc···A1···A2···A3voA3A1A2vove晶體光軸發(fā)光點(diǎn)c過c點(diǎn)晶體主截面研究自c點(diǎn)發(fā)出的所有光線振動方向垂直于主截面〔o光〕在主截面內(nèi)沿任何方向傳播的光都使振子在垂直于光軸方向振動，其位相均與ω2有關(guān)，有相同的傳播速度vo不同傳播方向光振動方向和光軸成不同夾角振動方向平行于主截面〔e光〕CA1方向：光振動方向⊥光軸，受迫振動位相與ω2有關(guān)，傳播速度為voCA2方向：光振動方向∥光軸，受迫振動位相與ω1有關(guān)，傳播速度為veCA3方向：光振動方向與光軸成一夾角，傳播速度介于vo和ve之間其波面為以光軸為軸的旋轉(zhuǎn)橢球面其波面為以光軸為軸的球面討論1、e光的傳播方向不一定垂直于波面——晶體中特有的現(xiàn)象2、單軸晶體在光軸方向，旋轉(zhuǎn)橢球波面和球波面相切，光的傳播速度相同，不發(fā)生雙折射。正晶體〔positive〕：旋轉(zhuǎn)橢球波面在球波面內(nèi)負(fù)晶體〔negative〕：旋轉(zhuǎn)橢球波面在球波面外正晶體正晶體負(fù)晶體負(fù)晶體光軸光軸光軸光軸光軸在入射面內(nèi)時(shí)光軸垂直入射面時(shí)光軸光軸正晶體〔如石英〕負(fù)晶體〔如方解石〕入射面入射面o光波面o光波面e光波面e光波面(1)作圖法確定光在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射光方向.用惠更斯原理確定反射光和折射光傳播方向n1n2用惠更斯原理確定反射光的傳播方向.5.5光在晶體中的傳播方向n1n2用惠更斯原理確定折射光的傳播方向.空氣晶體(2)用惠更斯作圖法確定光在晶體中的傳播方向(a)方解石光軸KeKoSeSo以1.486為半徑作半圓以o光波面半徑為短軸,1.658為長軸作橢圓光軸平行于入射面.空氣晶體〔b〕方解石光軸平行于入射面.光軸令A(yù)C等于1.658,取1為半徑作圓

以o光波面半徑為短軸,令A(yù)C等于1.486,取1作長軸,作橢圓(c)石英(正晶)光軸垂直于入射面空氣晶體

光軸oo

ee

以AC為1.54,取1作半徑畫圓,作o光波面以AC為1.55,取1作半徑畫圓,作e光波面光軸(d)方解石:光軸平行于入射面,光垂直入射到界面上.空氣晶體

ooee石英：空氣石英

光軸ooee

空氣方解石n1n0、ne······o光e光光軸方向ooEE用晶體的特點(diǎn)和惠更斯作圖法確定晶體中光線傳播方向討論單軸晶體內(nèi)o光和e光的傳播方向〔以例說明〕[例1]光軸在入射面內(nèi)，自然光垂直入射至方解石〔負(fù)晶體〕外表o光不改變傳播方向e光發(fā)生折射AA’··[例2]自然光垂直入射特例，光軸垂直于晶面空氣方解石n1n0、neAA’······o〔e〕光光軸方向o光e光傳播方向相同，不發(fā)生雙折射，傳播速度相同[例3]自然光垂直入射特例，光軸平行于晶面空氣方解石n1n0、ne··光軸方向AA’··o光e光傳播方向相同，但傳播速度不同··o光e光[例4]光軸在入射面內(nèi)，自然光從空氣斜入射至方解石晶體外表·AB’D··o光光軸方向e光垂直于光軸方向iie’o光遵守折射定律e光不遵守折射定律空氣方解石n1n0、neOE··io’令[例5]光軸垂直入射面自然光斜入射方解石空氣方解石n1n0、ne·AB’Di·光軸方向······o光e光OEio’ie’令令e光傳播方向⊥光軸方向，ne為主折射率，此時(shí)可用折射定律[例6]光軸在入射面內(nèi)線偏振光斜入射1、入射光振動

入射面··O··光軸方向2、入射光振動在入射面內(nèi)空氣方解石n1n0、ne光軸方向Ee光空氣方解石n1n0、ne3、入射光的振動與入射面有一夾角現(xiàn)象如何？··o光ve：與光軸垂直(3)o光和e光的主折射率〔僅討論單軸晶體〕兩個(gè)主折射率光軸o光的主折射率vo：o光在晶體中的傳播速度e光的主折射率ve：e光在晶體中垂直于光軸方向的傳播速度e光在晶體中的傳播速度與傳播方向有關(guān)，ve取垂直于光軸的特殊方向ne＞no〔ve＜vo〕：正晶體，如石英ne＜no〔ve＞vo〕：負(fù)晶體，如方解石`晶體可分為正晶和負(fù)晶.ne>no的晶體,叫做正晶.如石英.ne<no的晶體,叫做負(fù)晶.如方解石.對于鈉黃光，方解石晶體的折射率：e光沿垂直于光軸的方向，折射率最小，速度最大。對于鈉黃光，石英晶體的折射率:e光沿垂直于光軸的方向，折射率最大，速度最小.(方解石)1尼科耳棱鏡

鈉光自然光480光軸加拿大樹膠,對鈉黃光的折射率為1.55,介于方解石的1.486和1.658之間.(作用與偏振片同.)涂黑710

進(jìn)入晶體發(fā)生雙折射O光被涂黑的界面吸收線偏振光6805.6偏振器件

68°71°ABCDA’C’A’BC’D光軸方向剖面A’EC’D要求與A’B,C’D相互垂直，兩面交線為A’C’與晶體的兩端面相互垂直，A’DC’B68°光軸方向MN··2、尼科耳棱鏡原理77°13°13°··S入射光：加拿大樹膠o光被涂黑的鏡壁吸收e光e光從光疏介質(zhì)射入光密介質(zhì)，不發(fā)生全反射o光從光密介質(zhì)射入光疏介質(zhì)，發(fā)生全反射入射光SM∥A’D，在棱鏡外表上的入射角為：o光全反射臨界角在棱鏡A’BC’內(nèi)分成o光和e光，o光折射角13°，在加拿大樹膠上的入射角為77°＞ioc，發(fā)生全反射！

e光通過棱鏡A’DC’出射！··22°尼可耳棱鏡可以用作起偏器與檢偏器....起偏器檢偏器

2沃拉斯頓棱鏡

鈉光自然光???方解石加拿大樹膠e???o??eo??

1.4861.551.658eo??1.6851.55??1.458βADCBa、沃拉斯頓棱鏡結(jié)構(gòu)············光軸方向光軸方向ADCB由兩塊直角方解石棱鏡膠合而成兩棱鏡光軸平行于各自外表光軸相互垂直b、沃拉斯頓棱鏡原理···················自然光垂直于AB面〔垂直于光軸〕入射時(shí)棱鏡ADB的主截面在屏面內(nèi)棱鏡CDB的主截面垂直于屏面棱鏡ADB產(chǎn)生的o光e光不分開棱鏡ADB中o光e光速度不同MN▲E矢量垂直于屏面的偏振光對ADB為o光，對CDB為e光························βADCBMN∴該束光從光密到光疏，向遠(yuǎn)離法向MN方向偏折；從CDB向外偏折時(shí)，進(jìn)一步向遠(yuǎn)離法向MN方向偏折▲E矢量在屏面內(nèi)的偏振光對ADB為e光，對CDB為o光∴該束光從光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折；從CDB向外偏折時(shí)，從光密到光疏，向遠(yuǎn)離法向MN方向偏折

從沃拉斯頓棱鏡出射兩束彼此分開振動方向相互垂直的偏振光當(dāng)沃拉斯頓棱鏡頂角β不很大時(shí)，兩束出射光幾乎對稱地分開可以證明兩束出射光夾角yxoPa、波晶片結(jié)構(gòu)從單軸晶體切出的平行平面薄片，光軸與外表平行。光垂直入射時(shí)，主截面為o-xz·zAAoAe線偏振光垂直入射到波片上，分成o光和e光，對于負(fù)晶體：光軸方向x方向快軸，y方向慢軸o光e光不分開，但傳播速度不同，通過波片后會產(chǎn)生位相差3.波晶片b、波晶片產(chǎn)生的位相差設(shè)波片的厚度為do光e光的光程差o光e光的位相差晶體一定時(shí)，Δ和δ由厚度d決定▲四分之一波片光程差位相差實(shí)際取實(shí)際取▲二分之一波片▲全波片光在波片內(nèi)被分解為o光和e光,經(jīng)過波片后可以認(rèn)為強(qiáng)度沒有變化,但相位差發(fā)生變化,因此光過波片后可能要引起偏振態(tài)的變化.區(qū)分光過波片偏振態(tài)變化的步驟是:(1)將入射光在波片的前外表分解為o光和e光,o光e光的振幅Eo,Ee和相位差0由入射光的偏振態(tài)來確定.(2)o光e光過波片后振幅不變,相位差變?yōu)?/p>

0，其中noned，出射光的偏振態(tài)由Eo,Ee和相位差來確定．5.7橢圓偏振光與圓偏振光*圓偏振光在垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi)，光矢量的大小不變，但隨時(shí)間以角速度

旋轉(zhuǎn)，其末端的軌跡是圓。這種光叫做圓偏振光。某一固定時(shí)刻t0，在傳播方向上各點(diǎn)對應(yīng)的光矢量的端點(diǎn)軌跡是螺旋線.隨著時(shí)間推移，螺旋線以相速前移。假設(shè)圓偏振光的光矢量隨時(shí)間變化是右旋的，那么這種圓偏振光叫做右旋圓偏振光，反之，叫做左旋圓偏振光。假設(shè)光矢量在時(shí)間上是右旋的，那么在空間上一定是左旋，即“空左時(shí)右”。在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，右旋圓偏振光的電矢量隨時(shí)間變化順時(shí)針旋轉(zhuǎn)右旋圓偏振光在三維空間中電矢量左旋*橢圓偏振光在垂直于光傳播方向的固定平面內(nèi),光矢量的方向和大小都在隨時(shí)間改變,光矢量的端點(diǎn)描出一個(gè)橢圓,這樣的偏振光叫做橢圓偏振光.完全偏振光,可以由兩個(gè)互相垂直的，有相位關(guān)系的,同頻率的線偏振光合成.反之,一完全偏振光也可以分解為兩個(gè)任意方向,相互垂直,有相位關(guān)系的同頻率的線偏振光.左旋橢圓偏振光電矢量隨時(shí)間逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)一、圓和橢圓偏振光的描述考慮頻率相同振動方向相互垂直位相差恒定沿z方向傳播的兩線偏振光的疊加[例]上述兩線偏振光的獲得：設(shè)線偏振光正入射到波片上，振動方向與光軸成θ角，入射光被分成o光〔沿y軸，初位相為φy〕和e光〔沿x軸，初位相為φx〕o光和e光從波片出射后有恒定的位相差傳播速度相同兩線偏振光的波動方程為合成波的波動方程為〔1〕；〔2〕由〔1〕和〔2〕消除時(shí)間t，得關(guān)于Ex、Ey的方程〔電矢量E的矢端軌跡方程〕：〔1〕〔2〕電矢量E作周期性的運(yùn)動，與Ex和Ey有相同的周期ω圓偏振α橢圓的一般方程結(jié)論：電矢量E的矢端軌跡為橢圓——橢圓偏振光Ax-AxAy-AyOExEyE邊長為2Ax、2Ay的矩形，橢圓與其內(nèi)切Ex在±Ax之間變化Ey在±Ay之間變化橢圓主軸〔長軸〕與x夾角α討論：橢圓的形狀與Ax、Ay和Δφ有關(guān)，分析幾種特殊情形〔1〕Δφ=0或±2π的整數(shù)倍：直線方程〔一、三象限的對角線〕〔2〕Δφ=±(2k+1)π,例Δφ=π直線方程〔二、四象限的對角線〕〔3〕Δφ=±π/2及其奇數(shù)倍：例Δφ=π/2標(biāo)準(zhǔn)橢圓方程，主軸與坐標(biāo)軸重合假設(shè)Ax=Ay，那么電矢量E的矢端軌跡為圓—圓偏振光〔4〕0<Δφ<π/2：一般橢圓方程[例]線偏振光正入射到1/4波片上，振動方向和光軸方向成45°角，那么o光和e光等振幅Ax=Ay，Δφ=π/2，出射光為圓偏振光。（a）Δφ=0

（b）0<Δφ<π/2（d）π/2<Δφ<π（e）Δφ=π

（f）π<Δφ<3π/2（g）Δφ=3π/2〔h〕π3/2<Δφ<2π（c）Δφ=π/2Q1Q2二、橢圓偏振光的旋向合矢量E的旋向不同，可分為兩類偏振光：迎光傳播方向觀察合矢量順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，右旋偏振光合矢量逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，左旋偏振光判據(jù)即π<Δφ<2π,或-π<Δφ<0左旋偏振光即0<Δφ<π,右旋偏振光三、自然光改造成橢圓偏振光或圓偏振光1、橢圓偏振器用起偏器獲得線偏振光，垂直入射到波片上獲得橢圓偏振光2、圓偏振器用起偏器獲得線偏振光，垂直入射到1/4波片且使入射線偏振光的振動方向與光軸成45°，獲得圓偏振光yxzdExEyθEO光軸方向3局部偏振光由自然光和完全偏振光組成的光，叫做局部偏振光.我們僅需了解(1)自然光+線偏振光=局部線偏振光(2)自然光+圓偏振光=局部圓偏振光(3)自然光+橢圓偏振光=局部橢圓偏振光5.8偏振態(tài)的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)用一片透振方向的偏振片和一片光軸方向的/4波片可以將前面所討論過的7種偏振態(tài)的光進(jìn)行鑒別和檢驗(yàn),鑒別方法如下。1、平面偏振光的檢定僅用一個(gè)檢偏器，可唯一確定平面偏振光光強(qiáng)變化有消光：平面偏振光無消光〔待定〕局部偏振光橢圓偏振光光強(qiáng)不變〔待定〕自然光圓偏振光2、自然光和圓偏振光的檢定旋轉(zhuǎn)偏振片旋轉(zhuǎn)偏振片?

波片自然光圓偏振光被檢光自然光線偏振光光強(qiáng)變化且消光圓偏振光光強(qiáng)不變?yōu)樽匀还庥?

波片和檢振器，可區(qū)分自然光和圓偏振光

3、局部偏振光和橢圓〔正橢圓〕偏振光的檢定旋轉(zhuǎn)偏振片?

波片橢圓偏振光線偏振光光強(qiáng)變化且消光橢圓偏振光光強(qiáng)變化無消光局部偏振光局部偏振光局部偏振光在偏振片前放1個(gè)1/4波片，快軸沿光強(qiáng)極大或極小方向。轉(zhuǎn)動偏振片在偏振片前放1個(gè)1/4波片。轉(zhuǎn)動偏振片待測光波垂直入射光強(qiáng)無變化光強(qiáng)有變化光強(qiáng)有為零的極小值(消光)轉(zhuǎn)動偏振片有消光現(xiàn)象光強(qiáng)不變自然光圓偏振光線偏振光有消光現(xiàn)象無消光現(xiàn)象橢圓偏振光局部偏振光2可變位相延遲板波片的位相延遲值是固定的，實(shí)際應(yīng)用中，常需要位相延遲值可調(diào)的位相延遲板，常用的有Babinet補(bǔ)償器和Soleil補(bǔ)償器。兩個(gè)光軸相互垂直并且都平行于端面的劈形晶體斜面相接入射光透射光Babinet補(bǔ)償器(1)Babinet補(bǔ)償器(Babinetcompensator)光程差:

:可變光程差可調(diào)可變1、由于交界面為斜面，在此界面上的不同折射，會使兩個(gè)垂直振動的傳播方向分開，引起光束的發(fā)散；

2、要求入射光束很細(xì)。缺點(diǎn)：〔2〕Soleil補(bǔ)償器(Soleilcompensator)——分振動面干預(yù)3.會聚偏振光的干預(yù)1.平行偏振光的干預(yù)2.偏振干預(yù)濾光器5-9偏振光的干預(yù)--干預(yù)色(Interferencecolors)P2α條件：頻率相同、振動方向相同、位相差恒定一、偏振光干預(yù)典型的實(shí)驗(yàn)裝置在兩塊共軸的偏振片P1和P2之間放一塊厚度為d的波片，光軸方向如圖xoP1·y光軸方向E1θdzP1的作用：獲得線偏振光波片的作用：將入射的線偏振光分解成兩束相互垂直的、有固定位相差的線偏振光P2的作用：把兩束線偏振光引到同一方向上來yP1P2二、線偏振光干預(yù)的強(qiáng)度分布設(shè)P1與y〔波片光軸〕的夾角為θ，P2與y的夾角為αA1AeAoA2e過P1后振幅為

A1過波片后分為θαA2o過P2

后振幅為

設(shè)兩振動為相干的，位相差為，合振動強(qiáng)度為關(guān)于的討論兩局部組成▲由波片引起的位相差▲由P1和P2的相對透振方向引起的位相差yP1P2A1AeAoA2eθαA2o1、P1和P2在相同的象限內(nèi)，A2o和A2e方向相同，無附加光程差2、P1和P2

在不同的象限內(nèi)，A2o和A2e方向相反，附加光程差為πP1P2yA1A2eAoAeA2oθα關(guān)于光強(qiáng)I的討論▲P1和P2

的透振方向相互平行▲P1和P2

的透振方向相互垂直yP2P1θα一般情況下以z為軸旋轉(zhuǎn)波片，改變y相對于P1和P2的方向用單色光照射yPxoP·E1θdz▲P1和P2的透振方向相互平行I//取極大I//取極小恒定（no-ne變化很小）波片厚度d確定，極值條件▲P1和P2的透振方向相互垂直yPxoP·E1θdz以z為軸旋轉(zhuǎn)波片，改變y相對于P1和P2的方向恒定（no-ne變化很?。┎ㄆ穸萪確定，I⊥=0，取極小I⊥取極大極值條件用單色光照射波片厚度d確定，用不同波長的光入射時(shí)，透射光的強(qiáng)弱隨波長的不同改變。三、色偏振〔略〕四、偏振光干預(yù)條紋的形成在前面的實(shí)驗(yàn)裝置中，視場中只有均勻的亮暗或色彩變化〔為什麼？〕，要觀察到條紋，須把波片換成劈尖形的。yPxoP·E1θdz

P1和P2的相互垂直，用單色光照射時(shí)，Δφ與d有關(guān)

明暗條紋條件

暗條紋明條紋討論〔1〕:出射光強(qiáng)與有關(guān)，與有關(guān)．出射光強(qiáng)為零.假設(shè)一定.當(dāng)時(shí)(全波片)，(a)(b)當(dāng)(半波片)時(shí),出射光強(qiáng)最大.討論〔2〕:固定不動.(全波片)出射光強(qiáng)最大.出射光強(qiáng)最小.時(shí),當(dāng)(a)(半波片)時(shí),(b)當(dāng)由于M和N垂直與平行兩種情況下,相干光相位差差,所以對于給定的晶體薄板,在垂直時(shí)出射光為干預(yù)最大,而在平行時(shí)卻為干預(yù)最小;反之依然.且有這兩種情況光強(qiáng)互補(bǔ).假設(shè)用白光作光源,對于同一厚度的波片,垂直時(shí)出射光顏色與平行時(shí)出射光顏色互補(bǔ),即兩種情況下的出射光加起來為白光.在由垂直向平行過度時(shí),出射光顏色會發(fā)生突然的變化,這種現(xiàn)象叫做色偏振.劈尖晶片的等厚干涉花樣晶片CM偏振片N偏振片I0(鈉)自然光(3)等厚干預(yù)當(dāng)偏振光的干預(yù)裝置中的晶片厚度不均勻時(shí)，具有相同厚度的地方，將產(chǎn)生同樣的干預(yù)光強(qiáng)，形成等厚干預(yù)把戲．2.偏振干預(yù)濾光器和太陽色球觀察天體輻射，因種種原因而具有各種偏振態(tài)．所以，對天體輻射偏振態(tài)的測量，對了解天體的物理狀態(tài)，研究天體的輻射機(jī)制，以及天體輻射通過的物質(zhì)等都有重要的意義．例如：由日冕的偏振態(tài)的測量，可以求日冕內(nèi)部電子密度和溫度的分布.測量因天體磁場作用下被分裂的光譜散射光的偏振，可以測天體的磁場.測量行星大氣散射光的偏振，可以獲得行星大氣組成的情況.通常在明亮多色的光球背景上，無法觀測到弱的色球?qū)雍腿彰釋?，所以要用單色光觀察．適合色球觀察的波長有：656.2nm(H線),393.4nm(CaⅡk線)，396.8nm(CaⅡ線),HeⅠ,587.5nm(D3線),MgⅠ,518.3nm(b1線)等P1P2P3P4P50000000000450450450450C1C2C3C4里奧型偏振干預(yù)濾光器結(jié)構(gòu)〔四級〕：上圖中Ｃ為波片，Ｐ為偏振片．圖下方的箭頭標(biāo)出了它們的透振方向或光軸方向． dP1P20000450C1第一級里奧單級：出射光強(qiáng)分布:波長滿足

1，即：波長滿足

1，即：的光全部濾掉，其他波長都被減弱.

曲線全部透過：第二級里奧單級P300450C2滿足下式的波長全部透過，滿足下式的波長全部濾掉：其他波長都被減弱.曲線兩級里奧單級串接，光強(qiáng)分布為各級透射光強(qiáng)的積:N級里奧濾光器串接，光強(qiáng)分布為：類似多光束光強(qiáng)分布，級次愈多，得到的透射帶寬愈窄.曲線第一級光強(qiáng)分布第二級光強(qiáng)分布第三級光強(qiáng)分布第四級光強(qiáng)分布四級總光強(qiáng)分布返回返回返回晶體薄板3.會聚偏振光的干預(yù)偏振片P1的P2透振方向垂直，入射平行光經(jīng)過透鏡L1會聚在晶體中，透鏡L2又將其變?yōu)槠叫泄馐渡涞絇2上．在P2后可以看到與P2平行及垂直的黑十字和以透鏡光軸為中心的同心明暗相間的圓環(huán)，前者稱等旋線，后者稱等色線．ooee等旋線（十字暗線)在P1P2透振方向上晶體中會聚線偏振光振動面沿P1方向，豎直平面內(nèi)的光線只分解出e光，水平平面內(nèi)的光線只分解出o光，但都不能過Ｐ2，因此形成十字暗線．光軸eoA1Ao2Ae2其他方向的會聚光線分解出的o光和e光，在晶體中有不同的折射率，因而有不同的光程，從而產(chǎn)生不同的相位差．當(dāng)投影到Ｐ2上相干預(yù)時(shí)，會因相位差的不同而產(chǎn)生不同的光強(qiáng)．5-10電光效應(yīng)(Inducedopticaleffects)

各向同性物質(zhì)外界作用各向異性物質(zhì)各向異性物質(zhì)外界作用物質(zhì)的各向異性變化1.機(jī)械感應(yīng)---光彈效應(yīng)(Photoelasticity)

各向同性或異性材料在外力作用下可產(chǎn)生各向異性的變化，

例如：玻璃或塑料 拉伸或壓縮 各向異性

應(yīng)力分析------光彈力學(xué)

工程應(yīng)用干涉色的分布 受力分布

通常情況下，拉伸成為正單軸材料；壓縮 成為負(fù)單軸材料；

2.電感應(yīng)---電光效應(yīng)(Electro-opticaleffect)

在一些各向同性材料上加上電場各向異性電致雙折射,雙折射大小與電場強(qiáng)度有關(guān)a.Kerr效應(yīng)（1875年） 各向同性透明介質(zhì)在電場下成為單軸雙折射材料，光軸平行于電場，平行于電場的光振動的折射率為n||，垂直于電場的光振動的折射率為n⊥a.Kerr效應(yīng)〔1875年〕-----各向同性透明介質(zhì)在電場下成為單軸雙折射材料，光軸平行于電場，平行于電場的光振動的折射率為n

||，垂直于電場的光振動的折射率為n⊥

Kerr盒〔內(nèi)裝電致雙折射材料〕液體中的Kerr效應(yīng)裝置光軸平行于入射面時(shí)的o光和e光的相對位相延遲

Kerr實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):

Kerr系數(shù)

二次電光效應(yīng)

o光和e光的相對位相差:P1

P2P2后消光

使得 d=p

P2后光強(qiáng)極大

高速Kerr開關(guān)，響應(yīng)頻率~1010Hzb.Pockels效應(yīng)〔1893年〕一些晶體〔電光晶體〕，加上外電場后，單軸晶體成為雙軸晶體，雙折射大小與電場強(qiáng)度得一次方成正比Pockels效應(yīng)〔線性電光效應(yīng)〕Pockels實(shí)驗(yàn)----一次電光效應(yīng)所需電壓比Kerr效應(yīng)要低，同樣可做成高速開關(guān)5.11線偏振光沿晶體光軸傳播振動面的旋轉(zhuǎn)線偏振光振動面轉(zhuǎn)過的角度〔為旋光系數(shù)〕溶液旋光物質(zhì):〔C為溶液濃度〕線偏振光在一些物質(zhì)中傳播時(shí)，振動面會轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，這種現(xiàn)象叫做旋光現(xiàn)象．這種物質(zhì)叫做旋光物質(zhì)．旋光晶體單色自然光旋光效應(yīng)左旋晶體:右旋晶體:組成線偏振光的左旋圓和右旋圓沿光軸通過L厚的晶體,產(chǎn)生的相位差為費(fèi)涅耳的旋光理論沿晶體光軸傳播的平面偏振光由兩個(gè)沿相反方向旋轉(zhuǎn)的、等頻率的圓偏振光組成；在旋光晶體中，這兩個(gè)圓振動有不同的傳播速度，在右旋晶體中右旋圓傳播得快，在左旋晶體中左旋圓傳播得快．右旋物質(zhì)中，右旋圓振動矢量轉(zhuǎn)過的角度比左旋圓大，合成線偏振光振動面向右轉(zhuǎn)過一個(gè)角度．旋光晶體右右左線偏振光右旋圓偏振光左旋圓偏振光證明菲涅耳旋光理論的實(shí)驗(yàn)左右復(fù)合棱鏡考紐透鏡紫外攝譜儀在紫外攝譜儀中，旋光現(xiàn)象的巧妙應(yīng)用防止了旋光所引起的雙折射．3.磁光效應(yīng)(Magneto-opticaleffect)--Faraday效應(yīng)

直線偏振光通過放在磁場中透明介質(zhì)〔如玻璃〕時(shí)發(fā)生旋光現(xiàn)象磁致旋光---Faraday效應(yīng)

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)： 旋轉(zhuǎn)角

Verdet常數(shù)，與材料性質(zhì)、溫度、波長等有關(guān)Verdet常數(shù)>0左旋；

Verdet常數(shù)<0右旋；Faraday效應(yīng)控制電壓，即可控制旋光角度，從而控制第二個(gè)偏振片后的光強(qiáng)光調(diào)制器Faraday旋光效應(yīng)與天然旋光物質(zhì)的旋光的區(qū)別：天然旋光物質(zhì)中的旋轉(zhuǎn)角與光的傳播方向有關(guān)；

Faraday效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角與傳播方向無關(guān)，只與磁場方向有關(guān)。天然旋光物質(zhì)正向通過：反向通過：天然物質(zhì)的旋光性Faraday效應(yīng)中的旋光性

正向通過：反向通過：上圖示：天然物質(zhì)的旋光性以下圖示：Faraday效應(yīng)中的旋光性Faraday效應(yīng)的旋光特性 光隔離器XY偏振片透光軸前進(jìn)返回反射鏡磁場BZ前進(jìn)返回光開關(guān)----制外加的電磁場即可控制光路的開和關(guān)；光調(diào)制器---電磁信號轉(zhuǎn)換為光信號。顯示器件---磁信號轉(zhuǎn)換成顯示畫面，如液晶顯示器。電光效應(yīng)和磁光效應(yīng)的一些應(yīng)用4.液晶(Liquidcrystal)

一些大分子或長鏈分子的溶液，在局部范圍內(nèi)由于相互作用，會有規(guī)那么地排列液晶，從而產(chǎn)生類似于晶體的各向異性。設(shè)計(jì)薄層的厚度使得，不加電壓時(shí)，通光〔透射光由于分子扭曲，自然產(chǎn)生90度的旋轉(zhuǎn)〕。加電壓時(shí)，通光強(qiáng)度隨電壓的變化而變化液晶顯示Polarization

Jonesvector&matricesMatrixtreatmentofpolarizationConsideralightraywithaninstantaneousE-vectorasshownxyExEyMatrixtreatmentofpolarizationCombiningthecomponentsThetermsinbracketsrepresentsthecomplexamplitudeoftheplanewaveJonesVectorsThestateofpolarizationoflightisdeterminedbytherelativeamplitudes(Eox,Eoy)and,therelativephases(

=

y-

x

)ofthesecomponentsThecomplexamplitudeiswrittenasatwo-elementmatrix,theJonesvectorJonesvector:HorizontallypolarizedlightTheelectricfieldoscillationsareonlyalongthex-axisTheJonesvectoristhenwritten, wherewehavesetthephase

x=0,forconveniencexyThearrowsindicatethesenseofmovementasthebeamapproachesyouThenormalizedformisxyJonesvector:VerticallypolarizedlightTheelectricfieldoscillationsareonlyalongthey-axisTheJonesvectoristhenwritten,Wherewehavesetthephase

y=0,forconvenienceThenormalizedformisJonesvector:LinearlypolarizedlightatanarbitraryangleIfthephasesaresuchthat=mfor m=0,1,2,3,…Thenwemusthave,andtheJonesvectorissimplyalineinclinedatanangle

=tan-1(Eoy/Eox) sincewecanwrite

xy

ThenormalizedformisCircularpolarizationSupposeEox=Eoy=AandExleadsEyby90o=/2AttheinstantExreachesitsmaximumdisplacement(+A),EyiszeroAfourthofaperiodlater,ExiszeroandEy=+Axyt=0,Ey=0,Ex=+At=T/4,Ey=+A,Ex=0t=T/8,Ey=+Asin45o,Ex=Acos45oCircularpolarizationForthesecasesitisnecessarytomake

y>x.Why?Thisisbecausewehavechosenourphasesuchthatthetimedependentterm(t)isnegativeCircularpolarizationInordertoclarifythis,considerthewaveatz=0Choose

x=0andy=,sothatx>yThenourE-fieldsareThenegativesignbeforeindicatesalaginthey-vibration,relativetox-vibrationCircularpolarizationToseethislag(inaction),taketherealpartsWecanthenwriteRememberingthat=2/T,thepathtravelledbythee-vectoriseasilyderivedAlso,sinceE2=Ex2+Ey2=A2(cos2t+sin2t)=A2ThetipofthearrowtracesoutacircleofradiusA.TheJonesvectorforthiscase–whereExleadsEyisThenormalizedformis,Thisvectorrepresentscircularlypolarizedlight,whereErotatescounterclockwise,viewedhead-onThismodeiscalledleft-circularlypolarizedlightWhatisthecorrespondingvectorforright-circularlypolarizedlight?Replace/2with-/2togetEllipticallypolarizedlightIfEox

Eoy

,e.g.ifEox=AandEoy

=BTheJonesvectorcanbewrittenTypeofrotation?Typeofrotation?counterclockwiseclockwiseWhatdeterminesthemajororminoraxesoftheellipse?HereA>BJonesvectorandpolarizationIngeneral,theJonesvectorforthearbitrarycaseisanellipse(m;(m+1/2))abEoxEoyxy

P