管理學(xué)第章 光的偏振課件

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1、第第23章章 光的偏振光的偏振教學(xué)基本要求教學(xué)基本要求一、理解一、理解自然光與偏振光的區(qū)別，自然光與偏振光的區(qū)別，掌握光的五掌握光的五種偏振態(tài)的獲得方法和檢驗(yàn)方法；種偏振態(tài)的獲得方法和檢驗(yàn)方法；二、二、理解理解布儒斯特定律和馬呂斯定律布儒斯特定律和馬呂斯定律;三、三、了解了解雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象，掌握各種波片的作用；掌握各種波片的作用；四、四、了解了解偏振光的干涉現(xiàn)象、人為雙折射和旋偏振光的干涉現(xiàn)象、人為雙折射和旋光現(xiàn)象。光現(xiàn)象。作業(yè)：作業(yè)：2,4,5,6,7,8,12,15,16,19,33,42 23.0 概述概述 光的干涉和衍射現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性，光的干涉和衍射現(xiàn)象揭示了光的波動(dòng)性，但

2、還不能由此確定光是橫波還是縱波；但還不能由此確定光是橫波還是縱波；光的光的偏振偏振現(xiàn)象證實(shí)了光的橫波特性，這與電磁場(chǎng)現(xiàn)象證實(shí)了光的橫波特性，這與電磁場(chǎng)理論的予見完全一致。光的偏振現(xiàn)象對(duì)于人理論的予見完全一致。光的偏振現(xiàn)象對(duì)于人們的日常生活和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都有重要的們的日常生活和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展都有重要的作用。作用。光是一種電磁波（橫波）。電矢量光是一種電磁波（橫波）。電矢量 與磁矢量與磁矢量 相相互垂直，它們分別又與電磁波的傳播方向垂直?；ゴ怪保鼈兎謩e又與電磁波的傳播方向垂直。EH23.1 自然光和偏振光自然光和偏振光機(jī)械機(jī)械橫波橫波與縱與縱波的波的區(qū)別區(qū)別機(jī)械波穿過狹縫機(jī)械波穿過狹縫 一、偏

3、振的概念一、偏振的概念：振動(dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟徽駝?dòng)方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚?duì)稱性叫做對(duì)稱性叫做偏振偏振。偏振性偏振性是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。志，只有橫波才有偏振現(xiàn)象。23.1.1 橫波的偏振性橫波的偏振性完全偏振光（又稱平面偏振又稱平面偏振光）光）自然光 由于各個(gè)光矢量之間無(wú)固定的相位關(guān)系，其中任由于各個(gè)光矢量之間無(wú)固定的相位關(guān)系，其中任何兩個(gè)取向不同的光矢量不能合成為一個(gè)單獨(dú)的矢量，何兩個(gè)取向不同的光矢量不能合成為一個(gè)單獨(dú)的矢量，它們只能作非相干疊加，即兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的它們只能作非相干疊加，即兩個(gè)振動(dòng)方向互相垂直的平面偏振

4、光的分光強(qiáng)為平面偏振光的分光強(qiáng)為且且自然光的總光強(qiáng)為自然光的總光強(qiáng)為 即自然光可以分解為方向垂直但取向可以任意的兩個(gè)即自然光可以分解為方向垂直但取向可以任意的兩個(gè)光振動(dòng)，且每個(gè)分量的光強(qiáng)都為總光強(qiáng)的一半光振動(dòng)，且每個(gè)分量的光強(qiáng)都為總光強(qiáng)的一半.22ixxxEEI22iyyyEEIyxII yxIII部分偏振光maxIminIminmaxminmaxIIIIPP 若某一部分偏振光沿某一方向上具有光強(qiáng)的最大值 ，在其垂直方向上具有光強(qiáng)的最小值 ，通常用來量度偏振的程度，并稱 為偏振度。橢圓偏振光和圓橢圓偏振光和圓偏振光有右旋和偏振光有右旋和左旋之分：左旋之分：順時(shí)順時(shí)針為右旋，逆時(shí)針為右旋，逆時(shí)針

5、為左旋。針為左旋。4.4.橢圓偏振光和圓偏振光：橢圓偏振光和圓偏振光：E E 的大小和方向都在有的大小和方向都在有規(guī)律的變化，規(guī)律的變化，E E 的末端在垂直于傳播方向的平面內(nèi)的末端在垂直于傳播方向的平面內(nèi)投影點(diǎn)的軌跡為橢圓的光波為投影點(diǎn)的軌跡為橢圓的光波為橢圓偏振光橢圓偏振光。右右旋旋圓圓偏偏振振光光右右旋旋橢橢圓圓偏偏振振光光 投影點(diǎn)的軌跡投影點(diǎn)的軌跡為圓叫為圓叫圓偏振光圓偏振光圓偏振光圓偏振光就在你身邊獲得線偏振光的常用方法獲得線偏振光的常用方法 利用物質(zhì)的二向色性制成偏振片利用物質(zhì)的二向色性制成偏振片(器器)反射或玻璃片堆反射或玻璃片堆 利用物質(zhì)的雙折射特性制成偏振棱鏡利用物質(zhì)的雙折射

6、特性制成偏振棱鏡 二向色性二向色性:某些物質(zhì)能吸收某一方向的某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)光振動(dòng),而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過，這種性質(zhì)稱二向色性過，這種性質(zhì)稱二向色性。23.2 起偏與檢偏起偏與檢偏偏振片自然光線偏振光電氣石CC自然光線偏振光偏振化方向偏振化方向(透振方向透振方向)-將將二向色性二向色性材料涂在透明薄片上就可制成材料涂在透明薄片上就可制成一個(gè)偏振片。一個(gè)偏振片。透光軸方向透光軸方向(偏振化方向偏振化方向)：當(dāng)自然光照射：當(dāng)自然光照射在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通在偏振片上時(shí)，它只讓某一特定方向的光通過，這個(gè)方向叫此偏振片的透光軸方向，

7、也過，這個(gè)方向叫此偏振片的透光軸方向，也叫偏振化方向叫偏振化方向。23.2.2 起偏和檢偏起偏和檢偏 起偏起偏-將自然光變成偏振光的過程；將自然光變成偏振光的過程；檢偏檢偏-檢驗(yàn)入射光是否為偏振光并確定檢驗(yàn)入射光是否為偏振光并確定其振動(dòng)方向。其振動(dòng)方向。起偏01809027 0檢偏器檢偏器起偏器起偏器偏振化方向偏振化方向1P2P自然光I2/自然光偏振光II檢偏器檢偏器 檢檢 偏偏起偏器起偏器模擬演示01809027 001809027 0起偏和檢偏馬呂斯定律續(xù)上9018027036000306090120150180210240270300330例1例2例3例43空氣空氣i1n 入射面入射面

8、入射光線和法入射光線和法線所成的平面線所成的平面.反射光反射光 部分部分偏振光偏振光 ，垂直于入射面的振動(dòng)大于平垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)行于入射面的振動(dòng).折射光折射光 部分部分偏振光，偏振光，平行于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)大于垂直于入射面的振動(dòng)垂直于入射面的振動(dòng).理論和實(shí)驗(yàn)證明理論和實(shí)驗(yàn)證明：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān)：反射光的偏振化程度與入射角有關(guān).i玻璃玻璃2n23.3 反射光與折射光的偏振性反射光與折射光的偏振性布儒斯特定律布儒斯特定律（1812年）年）反射光為完全偏振光，且反射光為完全偏振光，且振動(dòng)面垂直入射面，折射振動(dòng)面垂直入射面，折射光為部分偏振光。光

9、為部分偏振光。120tannni 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，1）反射光和折射光互相垂直反射光和折射光互相垂直.120sinsinnni00120cossintaniinni)2cos(sincos0i20i討論討論0i0i1n玻璃玻璃2n空氣空氣120tannni tan)2tan(cot0210inni 2）根據(jù)光的根據(jù)光的可逆性可逆性，當(dāng)入射光以，當(dāng)入射光以 角從角從 介介質(zhì)入射于界面時(shí)，此質(zhì)入射于界面時(shí)，此 角即為布儒斯特角角即為布儒斯特角.2n1n 2n玻璃玻璃0i0i1n玻璃玻璃2n0i例思考例5玻璃片堆玻璃片堆1.1.問題的提出問題的提出2.2.獲得線偏光的原理獲得線偏光的原理3.3.實(shí)用價(jià)值

10、實(shí)用價(jià)值0i折射起偏布儒斯特窗0i0i0iiii討論討論討論下列光線的反射和折射（討論下列光線的反射和折射（起偏角起偏角 ）.0i1s2ss 討論討論 如圖的裝置如圖的裝置 為偏振片，為偏振片，問下列四種情況，屏上有無(wú)干涉條紋？問下列四種情況，屏上有無(wú)干涉條紋？pp,p,p211p2pp p451）去掉）去掉 保留保留 2）去掉）去掉 保留保留 3）去掉）去掉 保留保留 4）都保留都保留.pp,21p,p p21p,pp,21p,p,pppp,p,p21無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（兩振動(dòng)互相垂直）無(wú)（無(wú)恒定相位差）無(wú)（無(wú)恒定相位差）有有2p1pp2p1p2p

11、1pp p2p1p p2p1pp p%96400IIRIIRts折折射射光光；：反反射射光光例例3 3：已知普通玻璃，當(dāng)：已知普通玻璃，當(dāng)i=ii=i0 0時(shí)，時(shí)，S/=0,S/=0,S=0.08 S=0.08，求：，求：R R，RR的相對(duì)光強(qiáng)的相對(duì)光強(qiáng)。0040IIIss.I/s.,:/000040202IIsIIsIss解解23.4 23.4 雙折射雙折射23.4.123.4.1雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 用一塊透明的光學(xué)性質(zhì)為各向用一塊透明的光學(xué)性質(zhì)為各向異性的介質(zhì)異性的介質(zhì)-方解石晶體來做同方解石晶體來做同樣實(shí)驗(yàn)，看到的折射像不但是字樣實(shí)驗(yàn)，看到的折射像不但是字“浮浮”起來了一些，而且是一高

12、起來了一些，而且是一高一低的兩個(gè)字。這表明，一束光一低的兩個(gè)字。這表明，一束光在方解石晶體內(nèi)分成了兩束，這在方解石晶體內(nèi)分成了兩束，這種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。種現(xiàn)象叫做雙折射現(xiàn)象。動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)波波 動(dòng)動(dòng) 光光 學(xué)學(xué)1.1.雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象光通過光通過雙折射晶體雙折射晶體 尋常光線（尋常光線（o o光）光）(ordinary rays)(ordinary rays)-服從折射定律的光線服從折射定律的光線(extraordinray rays)非常光線（非常光線（e e光）光）（一般情況，非常光線不在入射面內(nèi)）（一般情況，非常光線不在入射面內(nèi)）實(shí)驗(yàn)證明：實(shí)驗(yàn)證明：O 光和光和 光均

13、為偏振光光均為偏振光.eACBoeDeo)(sinsin,0定值改變時(shí)當(dāng)nrii()變值改變時(shí)當(dāng)eniisinsin,2.2.尋常光尋常光(o(o光光)和非常光和非常光(e(e光光)-不不服從折射定律的光線服從折射定律的光線演示1演示2都是線偏振光。都是線偏振光。方解石23.4.2 23.4.2 雙折射晶體雙折射晶體 光軸光軸 主截面主截面晶體的光軸 方解石、石英、紅寶石等晶體，只有方解石、石英、紅寶石等晶體，只有一個(gè)光軸方向，稱為一個(gè)光軸方向，稱為單軸晶體單軸晶體。云母、藍(lán)寶石、橄欖石等晶體，有云母、藍(lán)寶石、橄欖石等晶體，有兩個(gè)光軸方向，稱為兩個(gè)光軸方向，稱為雙軸晶體雙軸晶體。晶體的晶體的光

14、軸光軸是晶體中的一個(gè)特殊是晶體中的一個(gè)特殊的的方向方向，在該方向上，在該方向上，o o光、光、e e光的傳光的傳播速度（大小和方向）相同，即折射播速度（大小和方向）相同，即折射率相等，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。率相等，不產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象。方解石的光軸 通過A A或B B，并與三個(gè)會(huì)合鈍角的界面成等角的直線方向，就是方解石晶體的光軸方向（對(duì)于嚴(yán)格等棱長(zhǎng)的方解對(duì)于嚴(yán)格等棱長(zhǎng)的方解石菱體，即石菱體，即ABAB連線方向）連線方向）與此平行通過晶體的直線都是光軸方向，常用表示續(xù)上晶體的主截面晶體的主截面晶體的主截面某晶面法線方向某晶面法線方向光軸方向光軸方向晶體的主截面晶體的主截面 含光軸并與某晶面正交的平面。含

15、光軸并與某晶面正交的平面。0710109光軸光軸 主截面：主截面：當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表當(dāng)光在一晶體表面入射時(shí)，此表面的法線與光軸所成的平面面的法線與光軸所成的平面.當(dāng)入射面是主截面時(shí)，當(dāng)入射面是主截面時(shí)，o光的主平面與光的主平面與e光的主光的主平面重合，平面重合，O 光與光的振動(dòng)方向光與光的振動(dòng)方向垂直。垂直。0710109光軸光軸 光光 光光eo 主平面：主平面：晶體內(nèi)光線與光軸所成的平面：晶體內(nèi)光線與光軸所成的平面：o光有光有o光的主平面，光的主平面，e光有光有e光的主平面。光的主平面。CC主截面主截面方解石垂直入射O光光e光光不能叫不能叫 O e光光出了晶體出了晶體在主截面內(nèi)入射

16、時(shí)在主截面內(nèi)入射時(shí)e 光振動(dòng)光振動(dòng)在主截面內(nèi)在主截面內(nèi)O 光振動(dòng)光振動(dòng)垂直主截面垂直主截面o、e光的波面23.4.3 23.4.3 光在單軸晶體中的傳播光在單軸晶體中的傳播假設(shè)方解石內(nèi)有一單色點(diǎn)光源假設(shè)方解石內(nèi)有一單色點(diǎn)光源 S SO O 光光波速波速在方解石內(nèi)在方解石內(nèi)波面是球面波面是球面各向相等各向相等 光光波速波速在光軸方向等于在光軸方向等于O O光波速光波速在其它方向大于在其它方向大于O O光波速光波速在垂直光軸方向波速最大在垂直光軸方向波速最大波面是橢圓回旋面波面是橢圓回旋面回旋軸向?yàn)楣廨S方向回旋軸向?yàn)楣廨S方向光軸光軸ev(a)光軸光軸ov(b)晶體中晶體中 光、光、光的波面光的波面

17、CCooe主折射率方解石主截面方解石主截面CC則則 O O光光折射率折射率光光在垂直光軸方在垂直光軸方向的折射率向的折射率 合稱合稱 晶晶 體的體的主折射率主折射率和和則則對(duì)于方解石對(duì)于方解石主折射率簡(jiǎn)表幾種雙折射晶體的主折射率幾種雙折射晶體的主折射率1.6584 1.4864 0.17201.681 1.500 0.1811.5443 1.5534 0.00891.309 1.313 0.004 的晶體稱為的晶體稱為負(fù)晶體負(fù)晶體的晶體稱為的晶體稱為正晶體正晶體對(duì)鈉黃光對(duì)鈉黃光(l l=589.3nm)=589.3nm)光軸光軸ovev光軸光軸ovO光波陣面光波陣面e光波陣面光波陣面正晶體和負(fù)

18、晶體正晶體和負(fù)晶體(a)(b)ovevev主平面任意方任意方向入射向入射一般情況一般情況下這兩個(gè)下這兩個(gè)主平面不主平面不嚴(yán)格重合嚴(yán)格重合主平面主平面主平面主平面主截面內(nèi)入射若在晶體的主截若在晶體的主截面內(nèi)入射面內(nèi)入射主平面主平面主平面主平面晶體主截面晶體主截面三者共面三者共面即即都在主截面和都在主截面和入射面內(nèi)入射面內(nèi)和和主要討論這種最主要討論這種最基本的入射情況基本的入射情況o、e光傳播方向方解石主截面方解石主截面光軸光軸切線切線CC的傳播方向的傳播方向垂直于垂直于D D到圓的切線到圓的切線的傳播方向的傳播方向垂直于垂直于D D到橢圓的切線到橢圓的切線2.2.晶體內(nèi)波面的惠更斯作圖法晶體內(nèi)波

19、面的惠更斯作圖法(1)(1)平行光斜入射，光軸在入射面內(nèi)且與晶體表面成平行光斜入射，光軸在入射面內(nèi)且與晶體表面成一定角度一定角度BBBAAA(2)(2)平行光垂直于晶體表面入射，光軸與晶體表平行光垂直于晶體表面入射，光軸與晶體表面平行或垂直面平行或垂直-此時(shí)晶體光軸有三種取向：此時(shí)晶體光軸有三種取向：在第二種情形中，設(shè)晶體的厚度為在第二種情形中，設(shè)晶體的厚度為d d，o o光光和和e e光光通過通過d d出射后，將產(chǎn)生光程差為出射后，將產(chǎn)生光程差為:()ennd0 續(xù)上(3)平行光斜入射，光軸平行于晶體表面并與平行光斜入射，光軸平行于晶體表面并與入射面垂直入射面垂直ee光光光光光光光光ooBA

20、23.4.4 23.4.4 雙折射棱鏡雙折射棱鏡1.1.渥拉斯頓棱鏡渥拉斯頓棱鏡ABCABC和和ADCADC中，中，o o、e e光播向分析光播向分析 ADCADC中，中，o o、e e光出射后播向分析光出射后播向分析eo光光光光BACD2.洛匈棱鏡洛匈棱鏡eo光光光光BACD尼科耳棱鏡晶面法線晶面法線方解石主截面方解石主截面光軸光軸3.3.尼科耳棱鏡尼科耳棱鏡 晶體雙折射產(chǎn)生的晶體雙折射產(chǎn)生的o o光和光和e e光傳播方向夾角一般光傳播方向夾角一般較小，從晶體出射時(shí)兩光束互相重疊，難以獲得單較小，從晶體出射時(shí)兩光束互相重疊，難以獲得單一的線偏振寬光束。一的線偏振寬光束。兩寬光束重疊兩寬光束重

21、疊能否不讓其中的一束光從末端輸出？能否不讓其中的一束光從末端輸出？續(xù)上取長(zhǎng)寬比約取長(zhǎng)寬比約 3 1 3 1 的方解石的方解石：晶面晶面法線法線主截面主截面切割面切割面光軸光軸AB通過通過A A、B B對(duì)角并垂直主截面將方解石切成兩半對(duì)角并垂直主截面將方解石切成兩半再用加拿大樹膠（對(duì)鈉光折射率為再用加拿大樹膠（對(duì)鈉光折射率為1.551.55）將其按原位粘合）將其按原位粘合先將兩端面的傾角按一定要求略加修磨先將兩端面的傾角按一定要求略加修磨尼科耳棱鏡的加工尼科耳棱鏡的加工續(xù)上方解石主截面方解石主截面將將 71 71 修磨成修磨成 686868光軸光軸膠膠=1.491.49=1.661.66=1.5

22、51.55只有只有 從端面輸出從端面輸出光切割后再用加拿大樹膠粘合切割后再用加拿大樹膠粘合ABOO光光被涂黑的器壁吸收被涂黑的器壁吸收光71尼科耳棱鏡工作原理尼科耳棱鏡工作原理對(duì)對(duì)o光全反射臨界角光全反射臨界角5169A23.5 23.5 橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光23.5.1 23.5.1 波晶片波晶片相位推遲片相位推遲片光軸與晶面平行，厚度為光軸與晶面平行，厚度為d d的的雙折射晶體雙折射晶體 ddnneo)(dnneo)(2l 波片有三種：波片有三種：全波片、半波片、四分之一波片全波片、半波片、四分之一波片 1.全波片：全波片：當(dāng)波片使當(dāng)波片使 光和光和 光的光程差等于波長(zhǎng)

23、光的光程差等于波長(zhǎng)的整數(shù)倍時(shí)，這種波片叫做全波片。全波片的厚度為的整數(shù)倍時(shí)，這種波片叫做全波片。全波片的厚度為 oe 172.04864.16584.1lllmmnnmdeo鈉黃光對(duì)鈉黃光對(duì)o光和光和e光的折射率光的折射率 全波片及其作用全波片及其作用 ,|tgEEtge110合振動(dòng)為線偏振光，其合振動(dòng)為線偏振光，其振動(dòng)面與振動(dòng)面與E E1 1相同相同eeEEEkk1110212|E,10 eE1oE11Exyo）全全波波片片（線偏振光經(jīng)過全波片線偏振光經(jīng)過全波片后，后，仍為線偏振光，仍為線偏振光，振向不變。振向不變。2.半波片半波片 若波片使若波片使 光和光和 光的光程光的光程差等于入射光的

24、半波長(zhǎng)，這樣的波片稱為差等于入射光的半波長(zhǎng)，這樣的波片稱為半波片，又稱二分之一波片半波片，又稱二分之一波片.半波片的作用半波片的作用是：當(dāng)波長(zhǎng)為是：當(dāng)波長(zhǎng)為 的線偏振光垂直于二分之的線偏振光垂直于二分之一波片入射時(shí)，透射光仍為線偏振光，但一波片入射時(shí)，透射光仍為線偏振光，但振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過 2 的角度，的角度，是入射光振是入射光振動(dòng)方向和光軸的夾角動(dòng)方向和光軸的夾角.oel()eokeonnnnkdl ll l212120 1/2 1/2波片及其作用波片及其作用 );(|tgEEtgeo11合振動(dòng)為線偏振光，其振動(dòng)面相合振動(dòng)為線偏振光，其振動(dòng)面相對(duì)于對(duì)于E E1 1順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了順時(shí)針旋

25、轉(zhuǎn)了2 2 eeooEEEE1111|,)(1012kk eE1oE11Exyo）波波片片（21oE1 前前后后 3 四分之一波片：四分之一波片：當(dāng)波片使當(dāng)波片使 光和光和 光的光程差等于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，這種波光的光程差等于四分之一波長(zhǎng)時(shí)，這種波片叫做四分之一波片片叫做四分之一波片.四分之一波長(zhǎng)片的作四分之一波長(zhǎng)片的作用是：當(dāng)波長(zhǎng)為用是：當(dāng)波長(zhǎng)為的線偏振光垂直于波片入的線偏振光垂直于波片入射時(shí)，射時(shí)，光和光和 光產(chǎn)生光產(chǎn)生 的相位差。的相位差。四分之一波片的厚度為四分之一波片的厚度為 oeoe2/)(40enndl1.1.回顧回顧xyxyAAtgxAAy ,0 xyxyAAtgxAAy ,左旋

26、左旋逆逆右旋右旋順順,-;,122222yxAyAx xyo2 右右旋旋xyo2 左左旋旋 xyo0 23.5.2 橢圓偏振光和圓偏振光的獲得橢圓偏振光和圓偏振光的獲得 合成圖例或2)(2ldnneo4.4.晶片中晶片中o o、e e光的振幅和位相差光的振幅和位相差cos|sin|1111EEEEeo光軸光軸oEEEe四分之一波片四分之一波片PL3.3.獲得橢圓偏振光的裝置獲得橢圓偏振光的裝置線偏振光經(jīng)過線偏振光經(jīng)過1/41/4波片后，波片后，變?yōu)檎龣E圓偏振光，當(dāng)變?yōu)檎龣E圓偏振光，當(dāng) 時(shí)為圓偏振光時(shí)為圓偏振光4/EoyeEoE()光光軸軸x橢圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光的獲得偏振片MM透振方向

27、波片光軸方向自然光橢圓的扁率取決于 的大小等于零或 45 的偶數(shù)倍時(shí)為直線等于45 的奇數(shù)倍時(shí)為圓，得圓偏振光線偏振光Z Z橢圓偏振光由兩束振向正交、同頻率、相位差恒定的線偏振光合成23.5.3 圓偏振光和橢圓偏振光的檢驗(yàn)圓偏振光和橢圓偏振光的檢驗(yàn) 1.圓偏振光的檢驗(yàn)圓偏振光的檢驗(yàn) 首先用偏振器插入光傳播的路徑中，旋轉(zhuǎn)偏振器，首先用偏振器插入光傳播的路徑中，旋轉(zhuǎn)偏振器，若透過偏振器的光強(qiáng)強(qiáng)弱不變，則入射光不是圓偏振若透過偏振器的光強(qiáng)強(qiáng)弱不變，則入射光不是圓偏振光就是自然光，因?yàn)橹挥羞@兩種光平均說來在垂直于光就是自然光，因?yàn)橹挥羞@兩種光平均說來在垂直于光線的各方向，電矢量的大小均相等光線的各方向

28、，電矢量的大小均相等.要區(qū)別是圓偏振要區(qū)別是圓偏振光還是自然光，可以讓被檢驗(yàn)的光先通過四分之一波光還是自然光，可以讓被檢驗(yàn)的光先通過四分之一波片后再通過偏振器，旋轉(zhuǎn)偏振器時(shí)若有消光現(xiàn)象，則片后再通過偏振器，旋轉(zhuǎn)偏振器時(shí)若有消光現(xiàn)象，則入射光為圓偏振光，否則為自然光入射光為圓偏振光，否則為自然光.2.橢圓偏振光的檢驗(yàn)橢圓偏振光的檢驗(yàn) 讓被檢驗(yàn)的光通過偏振器，并旋轉(zhuǎn)偏振器，若透讓被檢驗(yàn)的光通過偏振器，并旋轉(zhuǎn)偏振器，若透過偏振器的光強(qiáng)有強(qiáng)弱的變化，但無(wú)消光位置，則被過偏振器的光強(qiáng)有強(qiáng)弱的變化，但無(wú)消光位置，則被檢驗(yàn)的光是橢圓偏振光或是部分偏振光，記下光強(qiáng)最檢驗(yàn)的光是橢圓偏振光或是部分偏振光，記下光強(qiáng)

29、最強(qiáng)時(shí)的偏振器的偏振化方向，即被檢驗(yàn)光中最大光矢強(qiáng)時(shí)的偏振器的偏振化方向，即被檢驗(yàn)光中最大光矢量的方向量的方向.然后先讓被檢驗(yàn)的光通過四分之一波片，并然后先讓被檢驗(yàn)的光通過四分之一波片，并使四分之一波片的使四分之一波片的“快快”(或或“慢慢”)方向沿著被檢驗(yàn)方向沿著被檢驗(yàn)光中光矢量最大的方向光中光矢量最大的方向，再通過一偏振器，旋轉(zhuǎn)偏振，再通過一偏振器，旋轉(zhuǎn)偏振器時(shí)若有消光位置，說明被檢驗(yàn)的光是橢圓偏振光，器時(shí)若有消光位置，說明被檢驗(yàn)的光是橢圓偏振光，否則是部分偏振光否則是部分偏振光.偏振光的干涉參與合成橢圓偏振光的兩束線偏振光，參與合成橢圓偏振光的兩束線偏振光，頻率相同，相位差恒定，但其振動(dòng)

30、方向相頻率相同，相位差恒定，但其振動(dòng)方向相互垂直，不能產(chǎn)生干涉。互垂直，不能產(chǎn)生干涉。若將橢圓偏振光垂直入射于一偏振片，若將橢圓偏振光垂直入射于一偏振片，則參與合成橢圓偏振光的兩束線偏振光，則參與合成橢圓偏振光的兩束線偏振光，只有平行于偏振片透振方向的光振動(dòng)分量只有平行于偏振片透振方向的光振動(dòng)分量才能透過偏振片，因此，透射光是兩束具才能透過偏振片，因此，透射光是兩束具備振動(dòng)方向相同、頻率相同、相位差恒定備振動(dòng)方向相同、頻率相同、相位差恒定條件的線偏振光，可以產(chǎn)生干涉。條件的線偏振光，可以產(chǎn)生干涉。23.6 23.6 偏振光的干涉偏振光的干涉23.6.1 23.6.1 偏振光的干涉裝置偏振光的干

31、涉裝置光軸光軸波片波片2PL1PSsin1EEocos1EEexyN12No2NxyN1oxyN1oeE1oE1eE1eE2oE2oE1Esinsin)2/cos(12EEEoocoscoscos12EEEee23.6.2 23.6.2 光矢量的分解與合成光矢量的分解與合成cos22222222eoeoEEEEE2sin4)(222222eoeoEEEE2sin2sin2sin)(cos222E 當(dāng)兩個(gè)偏振片的偏振化方向平行時(shí)當(dāng)兩個(gè)偏振片的偏振化方向平行時(shí),，最后透射出，最后透射出來的光的強(qiáng)度為來的光的強(qiáng)度為當(dāng)兩個(gè)偏振片的偏振化方向正交時(shí)當(dāng)兩個(gè)偏振片的偏振化方向正交時(shí),，最后，最后透射出來的光

32、的強(qiáng)度為透射出來的光的強(qiáng)度為 2sin2sin1222平行EI2/2sin2sin222垂直EI討論討論d)()1(，色偏振 1)()2(l)()()3(eonn)或(0)(2)(ldnneo 當(dāng)用白光照射時(shí)，由于對(duì)各種波長(zhǎng)的光，干涉最大和當(dāng)用白光照射時(shí)，由于對(duì)各種波長(zhǎng)的光，干涉最大和最小的條件不是同時(shí)滿足的，所以不同波長(zhǎng)的光有不同程最小的條件不是同時(shí)滿足的，所以不同波長(zhǎng)的光有不同程度的加強(qiáng)或減弱，混合起來出現(xiàn)彩色，不同厚度的波片出度的加強(qiáng)或減弱，混合起來出現(xiàn)彩色，不同厚度的波片出現(xiàn)不同的彩色現(xiàn)不同的彩色.偏振光干涉時(shí)出現(xiàn)彩色的現(xiàn)象稱為偏振光干涉時(shí)出現(xiàn)彩色的現(xiàn)象稱為顯色偏振顯色偏振或或色偏振色

33、偏振。顯色偏振是檢定雙折射現(xiàn)象極為靈敏。顯色偏振是檢定雙折射現(xiàn)象極為靈敏的方法。當(dāng)某種物質(zhì)的折射率差值的方法。當(dāng)某種物質(zhì)的折射率差值 很小很小時(shí)，用直接觀察尋常光和非常光的方法很難檢定時(shí)，用直接觀察尋常光和非常光的方法很難檢定是否有雙折射存在。但是只要把這種物質(zhì)薄片放是否有雙折射存在。但是只要把這種物質(zhì)薄片放在兩個(gè)偏振片之間，用白光照射，觀察是否有彩在兩個(gè)偏振片之間，用白光照射，觀察是否有彩色出現(xiàn)，即可鑒定是否存在雙折射。色出現(xiàn)，即可鑒定是否存在雙折射。eonn 單色光入射偏振片1偏振片2波片輸出光分布對(duì)同一波片用單色光入射 若兩偏振片的透振方向相互垂直時(shí)由于某波片的雙折射引起的偏振光干涉結(jié)果

34、獲得最強(qiáng) 將兩偏振片的透振方向轉(zhuǎn)到相互平行狀態(tài)時(shí)則光干涉結(jié)果為最弱 若波片厚度不均勻，輸出光場(chǎng)中將會(huì)出現(xiàn)明暗干涉條紋，用上述兩若波片厚度不均勻，輸出光場(chǎng)中將會(huì)出現(xiàn)明暗干涉條紋，用上述兩種狀態(tài)去觀察這種干涉條紋，其明暗分布也是相反的。種狀態(tài)去觀察這種干涉條紋，其明暗分布也是相反的。白光的色偏振對(duì)同一波片用白光入射對(duì)同一波片用白光入射1 1白光白光2 2白光白光相位差相位差兩偏振片透振方向正交兩偏振片透振方向正交兩偏振片透振方向平行兩偏振片透振方向平行相位差相位差白光中的各種波長(zhǎng)不可能同時(shí)滿足同一情況的相長(zhǎng)干涉或相消干涉條件白光中的各種波長(zhǎng)不可能同時(shí)滿足同一情況的相長(zhǎng)干涉或相消干涉條件1 1若若

35、滿足滿足的相長(zhǎng)干涉條的相長(zhǎng)干涉條件，對(duì)于件，對(duì)于 則滿足相則滿足相 消或消或減弱減弱 條件條件 的相長(zhǎng)干涉條件，的相長(zhǎng)干涉條件，對(duì)于對(duì)于 則滿則滿足相足相 消條件消條件 2 2若若 滿足滿足此類現(xiàn)象稱為此類現(xiàn)象稱為色色 偏偏 振振 例例4 4：設(shè)設(shè)A A垂直垂直B B，C C為為1/41/4波片，且波片，且=/4/4,問問在視場(chǎng)在視場(chǎng)P P處的光強(qiáng)處的光強(qiáng)I I為多少？若為多少？若A A與與B B不垂直，則又如不垂直，則又如何？何？?jī)H用檢偏器僅用檢偏器B B無(wú)法確定入射光是自然光還是圓無(wú)法確定入射光是自然光還是圓12211221212212242IabbaIIBIII)cos(,A sinsi

36、n ,BA B ,:時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)時(shí)時(shí)當(dāng)當(dāng)?shù)氖菆A偏振光的是圓偏振光入射到入射到解解偏振光偏振光結(jié)論結(jié)論:23.7 23.7 人為雙折射和旋光現(xiàn)象人為雙折射和旋光現(xiàn)象23.7.1 23.7.1 光彈性效應(yīng)光彈性效應(yīng)(用機(jī)械應(yīng)力作用發(fā)生協(xié)變用機(jī)械應(yīng)力作用發(fā)生協(xié)變)透明的各向同性的介質(zhì)在機(jī)械應(yīng)力作用下透明的各向同性的介質(zhì)在機(jī)械應(yīng)力作用下,顯示顯示出光出光學(xué)上的各向異性學(xué)上的各向異性光彈性效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)指出：不光彈性效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)指出：不管是壓力還是張力，其有效光軸都在應(yīng)力方向上，管是壓力還是張力，其有效光軸都在應(yīng)力方向上，并且所引起的雙折射與應(yīng)力并且所引起的雙折射與應(yīng)力P P成正比成正比,即：即：kPnneo光彈

37、性效應(yīng)偏振片2有機(jī)玻璃模型偏振片1施壓應(yīng)力雙折射顯示的偏振光干涉條紋應(yīng)力雙折射顯示的偏振光干涉條紋施壓方向形成光軸施壓方向形成光軸雙折射與應(yīng)力成正比雙折射與應(yīng)力成正比用于應(yīng)力分析研究用于應(yīng)力分析研究光光 彈彈 性性 效效 應(yīng)應(yīng)機(jī)械應(yīng)力作用產(chǎn)生的各向異性應(yīng)應(yīng) 力力 雙雙 折折 射射23.7.223.7.2 電致雙折射一電光效應(yīng)電致雙折射一電光效應(yīng)(用強(qiáng)電場(chǎng)用強(qiáng)電場(chǎng)作用發(fā)作用發(fā)生分子電矩定向排列生分子電矩定向排列)二硫化碳二硫化碳 三氯甲烷三氯甲烷克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)于發(fā)現(xiàn)于1875年，某些各向同性的透明介質(zhì)在外加電年，某些各向同性的透明介質(zhì)在外加電場(chǎng)的作用下為各向異性場(chǎng)的作用下為各向異性,其光軸

38、在電場(chǎng)方向上其光軸在電場(chǎng)方向上設(shè)設(shè)n/和和n 分別為在外加電場(chǎng)后光矢量平行和垂直電分別為在外加電場(chǎng)后光矢量平行和垂直電場(chǎng)方向時(shí)的折射率場(chǎng)方向時(shí)的折射率2Eknnoel電極電極電極電極1P2P克爾效應(yīng)電電 致致 雙雙 折折 射射(1)(1)克爾效應(yīng)克爾效應(yīng)偏振片1偏振片2在裝有平行板電容器的透明盒內(nèi)，在裝有平行板電容器的透明盒內(nèi)，充以某種特定的液體（如硝基苯）充以某種特定的液體（如硝基苯）接入極間電壓，接入極間電壓，使兩極板間產(chǎn)生電使兩極板間產(chǎn)生電場(chǎng)，液體變成各向場(chǎng)，液體變成各向異性媒質(zhì)，并產(chǎn)生異性媒質(zhì)，并產(chǎn)生雙折射，系統(tǒng)末端雙折射，系統(tǒng)末端有光輸出，其響應(yīng)有光輸出，其響應(yīng)極快，信號(hào)頻率可極快，

39、信號(hào)頻率可高達(dá)高達(dá) 10 H10 Hz,能用能用作高速作高速“光閥門光閥門”。1010泡克耳斯效應(yīng)偏振片1(2)(2)泡克耳斯效應(yīng)泡克耳斯效應(yīng)透透明明電電極極透透明明電電極極壓壓電電晶晶體體KDP偏振片2 KDPKDP（磷酸二氫鉀）是一種無(wú)對(duì)稱中心（磷酸二氫鉀）是一種無(wú)對(duì)稱中心的晶體，沿某一特定方向施加電場(chǎng)后，在的晶體，沿某一特定方向施加電場(chǎng)后，在晶體內(nèi)能對(duì)某種方向的入射光產(chǎn)生雙折射晶體內(nèi)能對(duì)某種方向的入射光產(chǎn)生雙折射 KDP的雙折射與外的雙折射與外加場(chǎng)強(qiáng)成正比。系統(tǒng)加場(chǎng)強(qiáng)成正比。系統(tǒng)的輸出光強(qiáng)，可由加的輸出光強(qiáng)，可由加在晶體電極線路上的在晶體電極線路上的信號(hào)電壓調(diào)制，其響信號(hào)電壓調(diào)制，其響應(yīng)

40、極為迅速，信號(hào)頻應(yīng)極為迅速，信號(hào)頻率可高達(dá)率可高達(dá)3 10 Hz。除可作高速光閥門外，除可作高速光閥門外，還可作高速電光調(diào)制還可作高速電光調(diào)制器。器。1010 能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的叫能產(chǎn)生旋光現(xiàn)象的叫旋光物質(zhì)旋光物質(zhì)(如石英晶體、糖溶如石英晶體、糖溶液、酒石酸溶液等），物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為液、酒石酸溶液等），物質(zhì)的這種性質(zhì)稱為旋光性旋光性.旋光儀旋光儀-觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器。觀察偏振光振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)的儀器。旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象-偏振光通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面將偏振光通過某些物質(zhì)后，其振動(dòng)面將以光的傳播方向?yàn)檩S線轉(zhuǎn)過以光的傳播方向?yàn)檩S線轉(zhuǎn)過 一定的角度。一定的角度。23.7.3 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象AMLB

41、1.晶體的旋光性晶體的旋光性線偏振光通過旋光線偏振光通過旋光晶體時(shí)，振動(dòng)面轉(zhuǎn)晶體時(shí)，振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度與晶體的過的角度與晶體的長(zhǎng)度成正比長(zhǎng)度成正比 L 左旋物質(zhì)：左旋物質(zhì)：面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為逆時(shí)針的旋光物質(zhì)（如蔗糖溶液）。為逆時(shí)針的旋光物質(zhì)（如蔗糖溶液）。右旋物質(zhì)：右旋物質(zhì)：面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)面對(duì)著光源觀察，使光振動(dòng)面的旋轉(zhuǎn)為順時(shí)針的旋光物質(zhì)為順時(shí)針的旋光物質(zhì)(如葡萄糖溶液）；如葡萄糖溶液）；式中式中 是與旋光是與旋光物質(zhì)物質(zhì)及及入射光波長(zhǎng)入射光波長(zhǎng)有關(guān)的常量，稱有關(guān)的常量，稱為該物質(zhì)的為該物質(zhì)的旋光率旋光率。-白光入射會(huì)產(chǎn)生白光入射

42、會(huì)產(chǎn)生旋光色散旋光色散線偏振光通過溶液時(shí)振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度除了與容線偏振光通過溶液時(shí)振動(dòng)面轉(zhuǎn)過的角度除了與容器的長(zhǎng)度成正比外，還與溶液的濃度成正比器的長(zhǎng)度成正比外，還與溶液的濃度成正比cL1.溶液的旋光性溶液的旋光性在制糖工業(yè)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、藥物濃度測(cè)定中應(yīng)用廣泛在制糖工業(yè)、醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)、藥物濃度測(cè)定中應(yīng)用廣泛C1dmgdmcm46.6685.25113)cm(g3.046.6685.253C解之，得解之，得 解解：由式由式 有有113gdmcm46.6685.25例例 純蔗糖溶液的旋光率為純蔗糖溶液的旋光率為 今有此蔗糖液每分米長(zhǎng)度使線偏振光的振動(dòng)面旋今有此蔗糖液每分米長(zhǎng)度使線偏振光的振動(dòng)面旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) ，

43、求此溶液的濃度求此溶液的濃度.cL旋光現(xiàn)象的應(yīng)用旋光現(xiàn)象的應(yīng)用-糖量計(jì)糖量計(jì)L-透鏡透鏡P-起偏器起偏器單單色色光光源源T-玻璃容器玻璃容器A-檢偏器檢偏器溶液溶液1.已知溶液旋光率時(shí)，已知溶液旋光率時(shí)，T中先后裝入溶劑和溶液，測(cè)出中先后裝入溶劑和溶液，測(cè)出旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角 ，濃度由公式，濃度由公式 算出；算出；2.不知溶液旋光率時(shí)，用比較法算出：不知溶液旋光率時(shí)，用比較法算出：ScSScc標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液()，旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)角度 待測(cè)溶液待測(cè)溶液()，旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)角度 cLcSScLcL3.菲涅耳的旋光理論菲涅耳的旋光理論 對(duì)于晶體為何具有旋光性，菲涅耳根據(jù)振動(dòng)合對(duì)于晶體為何具有旋光性，菲涅耳

44、根據(jù)振動(dòng)合成的原理作出了解釋：成的原理作出了解釋：因?yàn)檠匾恢本€的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可因?yàn)檠匾恢本€的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以看作是由兩個(gè)反方向的圓周運(yùn)動(dòng)組合而成，以看作是由兩個(gè)反方向的圓周運(yùn)動(dòng)組合而成，他假他假定入射的線偏振光在晶體中沿光軸方向傳播時(shí)，分定入射的線偏振光在晶體中沿光軸方向傳播時(shí)，分解成了頻率相同、振幅相等的左旋圓偏振光和右旋解成了頻率相同、振幅相等的左旋圓偏振光和右旋圓偏振光，但它們的傳播速度略有不同，或說晶體圓偏振光，但它們的傳播速度略有不同，或說晶體對(duì)這兩種光呈現(xiàn)不同的折射率，經(jīng)過一定厚度的晶對(duì)這兩種光呈現(xiàn)不同的折射率，經(jīng)過一定厚度的晶體后，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光就有了一定的體后，左旋圓偏振光

45、和右旋圓偏振光就有了一定的相位差相位差.4.圓二色性圓二色性 實(shí)際上，旋光物質(zhì)對(duì)光都有一定的吸收，而實(shí)際上，旋光物質(zhì)對(duì)光都有一定的吸收，而且許多旋光物質(zhì)對(duì)右旋、左旋圓偏振光的吸收率且許多旋光物質(zhì)對(duì)右旋、左旋圓偏振光的吸收率不同，這就使得右旋、左旋圓偏振光經(jīng)過一定厚不同，這就使得右旋、左旋圓偏振光經(jīng)過一定厚度的物質(zhì)后的相位不同，振幅也會(huì)不同，合成后度的物質(zhì)后的相位不同，振幅也會(huì)不同，合成后將不再是線偏振光，而是橢圓偏振光，這種現(xiàn)象將不再是線偏振光，而是橢圓偏振光，這種現(xiàn)象稱為稱為圓二色性圓二色性.圓二色法圓二色法在分子相互作用的研究、有機(jī)化合在分子相互作用的研究、有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的分析中有許多優(yōu)點(diǎn)

46、，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和物結(jié)構(gòu)的分析中有許多優(yōu)點(diǎn)，在生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和生物物理學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用生物物理學(xué)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用.5.磁致旋光磁致旋光 如同人工雙折射效應(yīng)一樣，對(duì)一些本身不具有旋如同人工雙折射效應(yīng)一樣，對(duì)一些本身不具有旋光性的物質(zhì)，在施以外力作用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生旋光性，其光性的物質(zhì)，在施以外力作用時(shí)也會(huì)產(chǎn)生旋光性，其中最重要的是磁致旋光。這是法拉第于中最重要的是磁致旋光。這是法拉第于1846年發(fā)現(xiàn)的，年發(fā)現(xiàn)的，常稱為法拉第旋轉(zhuǎn)。常稱為法拉第旋轉(zhuǎn)。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于給定的磁性介質(zhì)，線偏振光通過實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于給定的磁性介質(zhì)，線偏振光通過樣品后，振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過的角度樣品后，振動(dòng)方向轉(zhuǎn)過的角度 與樣品長(zhǎng)度與樣品長(zhǎng)度 和外和外加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 成正比，即成正比，即式中式中 為費(fèi)爾德常量，是一個(gè)與物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境溫為費(fèi)爾德常量，是一個(gè)與物質(zhì)性質(zhì)、環(huán)境溫度及入射光波長(zhǎng)有關(guān)的量，一般物質(zhì)的費(fèi)爾德常量都度及入射光波長(zhǎng)有關(guān)的量，一般物質(zhì)的費(fèi)爾德常量都很小。很小。LBVLBV