光学教程(姚启钧)第5章光的偏振-2.ppt

光学教程光学教程——第五章第五章§5.6 偏振器件1光学教程光学教程——第五章第五章把晶体制成双折射棱镜，从普通光源中获得线偏振光71°尼科耳棱镜的制作过程结构：取长度约为宽度3倍的方解石晶体1、尼科耳棱镜的制作ABCD一、尼科耳棱镜 （Nicol prism）2光学教程光学教程——第五章第五章A’BC’FE尼科耳棱镜的制作过程此角从71° 磨成为68°DA’C’FE涂上加拿 大树胶光学教程光学教程——第五章第五章68°尼科耳棱镜的制作过程 两块重 新粘连 成一块 棱镜的 粘合面A’DC’BA’（D）B（C）尼科耳 棱镜的 横截面EFFA’B C’DE 注意剖面（粘合面）A’EC’F和面A’BC’D的特点！光学教程光学教程——第五章第五章68°71°ABCDA’C’A’BC’D光轴方向剖面A’EC’F要求与A’ BC’D相互垂直，两面交线为A’ C’与晶体的两端面相互垂直，5光学教程光学教程——第五章第五章A’DC’B68°光轴方向MN··2、尼科耳棱镜原理77°13°13°··S入射光：加拿大树胶o光被涂黑的镜壁吸收e光e光从光疏介质射入光密介质，不发生全反射 o光从光密介质射入光疏介质，发生全反射入射光SM∥A’D，在棱镜表面上的入射角为：o光全反射临界角在棱镜A’BC’内分成o光和e光，o光折射角13°，在加拿大树胶上的 入射角为77°＞ioc，发生全反射！ e光通过棱镜A’DC’出射！··22°6光学教程光学教程——第五章第五章尼科耳棱镜可以用作起偏器与检偏器 ....起偏器检偏器光学教程光学教程——第五章第五章βADCB·· · ·········光轴 方向光轴 方向ADCB由两块直角方解石棱镜胶合而成两棱镜光轴平行于各自表面 光轴相互垂直2、沃拉斯顿棱镜原理····· ······· ···· · · ·自然光垂直于AB面（垂直于光 轴）入射时棱镜ADB的主截面在屏面内 棱镜CDB的主截面垂直于屏面棱镜ADB产生的o光e光不分开 棱镜ADB中o光e光速度不同MN二、沃拉斯顿棱镜8光学教程光学教程——第五章第五章▲ E矢量垂直于屏面的偏振光 对ADB为o光，对CDB为e光····· ······ ······· ···· · ·βADCBMN∴ 该束光从光密到光疏，向 远离法向MN方向偏折；从CDB 向外偏折时，进一步向远离法 向MN方向偏折▲ E矢量在屏面内的偏振光对ADB为e光，对CDB 为o光∴ 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时，两束出射光几乎对称地分开可以证明两束出射光夹角 9光学教程光学教程——第五章第五章yxoP1、波片结构从单轴晶体切出的平行平面薄片，光轴与表面平行。

光垂直 入射时，主截面为o-xz·zAAoAe线偏振光垂直入射到波片上，分成o光和e光，对于负晶体：光轴方向x方向快轴，y方向慢轴o光e光不分开，但传播速度不同，通过波片后会产生位相差三、波片10光学教程光学教程——第五章第五章2、波片产生的位相差设波片的厚度为do光e光的光程差o光e光的位相差晶体一定时，Δ和δ由厚度d决定▲ 四分之一波片光程差位相差实际取实际取▲ 二分之一波片▲ 全波片11光学教程光学教程——第五章第五章§5.7 椭圆偏振光和圆偏振光12光学教程光学教程——第五章第五章椭圆偏振光：在光的传播方向上，电矢量的端点电矢量的端点在波面内描绘出一个椭圆圆偏振光： 在光的传播方向上，电矢量的端点电矢量的端点在波面内描绘出一个圆（椭圆偏振光的特例）考虑频率相同振动方向相互垂直位相差恒定沿z方向传播的两线偏振光的叠加[例]上述两线偏振光的获得：设线偏振光正入射到波片上， 振动方向与光轴成θ角，入射光被分成o光（沿y轴，初位相 为φy）和e光（沿x轴，初位相为φx ）o光和e光从波片出射后有恒定的位相差传播速度相同一、圆和椭圆偏振光的描述13光学教程光学教程——第五章第五章两线偏振光的波动方程为合成波的波动方程为（1）；（2）由（1）和（2）消除时间t，得关于Ex、Ey的方程（电矢量E的 矢端轨迹方程）：（1）（2）电矢量E作周期性的运动，与Ex和Ey有相同的周期ω14光学教程光学教程——第五章第五章α椭圆的一般方程结论：电矢量E的矢端轨迹为椭圆——椭圆偏振光Ax-AxAy-AyOExEyE边长为2Ax、2Ay的矩形，椭圆与其内切 Ex 在±Ax之间变化 Ey在±Ay之间变化椭圆主轴（长轴）与x夹角α15光学教程光学教程——第五章第五章讨论：椭圆的形状与Ax、Ay和Δφ有关，分析几种特殊情形（1） Δφ=0或±2π的整数倍：直线方程（一、三象限的对角线）（2） Δφ=±2π的半整数倍：例Δφ=π直线方程（二、四象限的对角线）16光学教程光学教程——第五章第五章（3） Δφ=±π/2及其奇数倍：例Δφ=π/2标准椭圆方程，主轴与坐标轴重合若Ax=Ay，则电矢量E的矢端轨迹为圆—圆偏振光（4） 0<Δφ<π/2：一般椭圆方程[例] 线偏振光正入射到1/4波片上，振动方向和光轴方向成 45°角，则o光和e光等振幅Ax=Ay，Δφ=π/2，出射光为圆偏振 光。

17光学教程光学教程——第五章第五章（a）Δφ=0 （b）0 <Δφ<π/2（d）π/2<Δφ<π（e）Δφ=π （f）0 <Δφ<3π/2（g）Δφ=3π/2（h）π3/2<Δφ<2π（c）Δφ=π/2Q1Q218光学教程光学教程——第五章第五章19光学教程光学教程——第五章第五章二、椭圆偏振光的旋向合矢量E的旋向不同，可分为两类偏振光：迎光传播方向观察合矢量顺时针旋转，右旋偏振光合矢量逆时针旋转，左旋偏振光判据由相隔1/4（ Δφ=π/2 ）周期值的分析左旋偏振光右旋偏振光20光学教程光学教程——第五章第五章[例] 若Δφ=π/2设t=t0时，ωt0- kz=0，则Ex=Ax，Ey=0当t=t0+T/4 时，ωt- kz =ωt0+ωT/4 – kz = ωt0- kz +π/2， 则Ex=0，Ey=-Ay从Q1—Q2，顺时针旋转，为右旋偏振光二、椭圆偏振光的旋向(续)21光学教程光学教程——第五章第五章1、椭圆偏振器用起偏器获得线偏振光，垂直入射到波片上获得椭圆偏振光2、圆偏振器用起偏器获得线偏振光，垂直入射到1/4波片且使入射线偏 振光的振动方向与光轴成45°，获得圆偏振光yxzdExEyθEO光轴 方向三、自然光改造成椭圆偏振光或圆偏振光22光学教程光学教程——第五章第五章§5.8 偏振态的实验检定23光学教程光学教程——第五章第五章一、平面偏振光的检定(1)(1) 仅用一个检振器，可唯一确定平面偏振光光强变化有消光：平面偏振光无消光 （待定）（待定）部分偏振光椭圆偏振光光强不变 （待定）（待定）自然光圆偏振光旋转偏振片被检光24光学教程光学教程——第五章第五章旋转偏振片¼ 波片自然光圆偏振光自然光线偏振光 光强变化且消光 圆偏振光光强不变为自然光(2)(2)用¼ 波片和检振器，可区分自然光和圆偏振光二、自然光和圆偏振光的检定25光学教程光学教程——第五章第五章旋转偏振片¼ 波片 ！！特定 光轴方向椭圆偏振光线偏振光光强变化且消光 椭圆偏振光光强变化无消光 部分偏振光部分偏 振光部分偏 振光三、部分偏振光和椭圆偏振光的检定(3)(3)区分部分偏振光和椭圆偏振光（仍用1/4波片和检偏器）26光学教程光学教程——第五章第五章§5.9 偏振光的干涉27光学教程光学教程——第五章第五章Pα在两块共轴的偏振片P1 和P2 之间放一块厚度为d的波片， 光轴方向如图xoP·y光轴方向E1θdzP1 的作用：获得线偏振光 波片的作用：将入射的线偏振光分解成两束相互垂直的、有固定位相差的线偏振光P2 的作用：把两束线偏振光引到同一方向上来一、 偏振光干涉典型的实验装置28光学教程光学教程——第五章第五章yP1P2设P1 与y（波片光轴）的夹角为θ，P2 与y的夹角为αA1AeAoA2e过P1 后振幅为 A1过波片后分为θαA2o过P2 后振幅为 设两振动为相干的，位相差为 ，合振动强度为二、 线偏振光干涉的强度分布29光学教程光学教程——第五章第五章关于 的讨论两部分组成▲ 由波片引起的位相差▲ 由P1 和P2 的相对透振方向引起 的位相差yP1P2A1AeAoA2eθαA2o1、P1 和P2 在相同的象限内，A2o和 A2e 方向相同，无附加光程差2、P1 和P2 在不同的象限内，A2o和 A2e 方向相反，附加光程差为πP1P2yA1A2eAoAeA2oθα30光学教程光学教程——第五章第五章关于光强I 的讨论▲ P1 和P2 的透振方向相互平行▲ P1 和P2 的透振方向相互垂直 注意：α取锐角，θ为负角yP2P1θα一般情况下31光学教程光学教程——第五章第五章以z为轴旋 转波片， 改变y相对 于P1和P2 的方向用单色光照射yPxoP·E1θdz▲ P1 和P2 的透振方向相互平行I// 取极大I// 取极小恒定（no-ne变化很小）波片厚度 d 确定，极值条件32光学教程光学教程——第五章第五章▲ P1 和P2 的透振方向相互垂直 yPxoP·E1θdz以z为轴旋 转波片， 改变y相对 于P1和P2的 方向恒定（no-ne变化很小）波片厚度 d 确定，I⊥=0，取极小I⊥取极大极值条件用单色光照射波片厚度 d 确定，用不同波长的光入射时，透射光的强弱 随波长的不同改变。

33光学教程光学教程——第五章第五章在前面的实验装置中，视场中只有均匀的亮暗或色彩变化 （为什麽？），要观察到条纹，须把波片换成劈尖形的 yPxoP·E1θdzP1 和P2 的相互垂直，用单色光照射时，Δφ与d有关明暗条 纹条件暗条纹明条纹三、 偏振光干涉条纹的形成34。