光的偏振缩减

1、P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China1光的偏振光的偏振1 1 光的偏振态光的偏振态 一、自然光与偏振光一、自然光与偏振光 二、偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律二、偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律 三、反射光与投射光的偏振态三、反射光与投射光的偏振态2 2 双折射现象双折射现象 一、双折射现象与重要概念一、双折射现象与重要概念Birefringence 二、主轴、主平面、主截面二、主轴、主平面、主截面 三、晶体的主折射

2、率、正晶体、负晶体三、晶体的主折射率、正晶体、负晶体 四、晶体中光传播方向的惠更斯作图法四、晶体中光传播方向的惠更斯作图法P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China2光通过光通过双折射晶体双折射晶体Birefringence:一束光入射到各向异性的媒质中分成两束光的现象。一束光入射到各向异性的媒质中分成两束光的现象。一、双折射现象一、双折射现象 birefrigence P物理与光电信息学院School of Phys

3、ics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China32i1iglassn nii21sinsinconst折折 射射 定定 律律光光光光方解石方解石 晶体晶体Birefringence以入射线为轴以入射线为轴, ,转动方解石转动方解石, ,光点光点o o不动，不动，e e 绕绕o o转；转；o o光光e e光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。光都是偏振光，且偏振方向互相垂直。所以，所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。利用双折射现象也可以获得线偏振光。P物理与光电信息学院S

4、chool of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China4 寻常光线（寻常光线（o o光）光）(ordinary rays)服从折射定律的光线服从折射定律的光线 非常光线（非常光线（e e光）光）(extraordinray rays) 不服从折射定律的光线不服从折射定律的光线（一般情况，非常光线不在入射面内）（一般情况，非常光线不在入射面内）实验证明：实验证明： O 光和光和 光均为偏振光光均为偏振光.eACBoeDeoP物理与光电信息学院School

5、 of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China5 产产 生生 双双 折折 射射 的的 原原 因因O光波阵面光波阵面 光波阵面光波阵面eeevcn 光轴光轴Ovev 寻常光线寻常光线 在晶体中在晶体中各方向上传播速度相同各方向上传播速度相同. . vcn常量常量 非常光线非常光线 晶体中各晶体中各方向上传播速度不同方向上传播速度不同, ,随随方向改变而改变方向改变而改变. .为主折射率为主折射率en( ( 垂直于光轴方向上的速度）垂直于光轴方向上的速度）e

6、P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China6光轴光轴 当光线沿着某一方向当光线沿着某一方向传播时不发生双折射现象，传播时不发生双折射现象，称这一方向为晶体的称这一方向为晶体的光轴光轴.光轴光轴102AB光轴光轴787878102102二、光轴、主平面、主截面二、光轴、主平面、主截面 只有一个光轴的晶体称只有一个光轴的晶体称单轴晶体单轴晶体， 如方解石、石英如方解石、石英, ,冰等；冰等； 有两个光轴的晶体称有两个光轴的

7、晶体称双轴晶体双轴晶体, , 如云毋、硫磺，兰宝石等。如云毋、硫磺，兰宝石等。 （本章只讨论单轴晶体的双折射）（本章只讨论单轴晶体的双折射）P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China7O O 光振动光振动 其其主平面主平面; ; 实验表明实验表明: : e e光振动在其主平面内光振动在其主平面内o o光，光，e e光的主平面可能重合，也可能不重合；光的主平面可能重合，也可能不重合；e光光光轴光轴e光的光的主平面主平面o

8、光光光轴光轴o光的光的主平面主平面主平面：主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成晶体中某条光线与晶体光轴构成 的平面的平面, ,称为该光线的称为该光线的主平面主平面。主截面：主截面：当光在一晶体表面入射时，此表面的当光在一晶体表面入射时，此表面的 法线与光轴所成的平面法线与光轴所成的平面.当入射面是主截面时当入射面是主截面时,o,o光的振动光的振动垂直垂直主截面主截面, ,e e光的振动光的振动平行平行于主截面于主截面. .P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzho

9、u, Fujian 350007, China8三、晶体的主折射率，正晶体、负晶体三、晶体的主折射率，正晶体、负晶体o o光的次波，各方向传播的速度均光的次波，各方向传播的速度均为为v v0 0，点波源波面为球面点波源波面为球面, ,振动方振动方向始终垂直其主平面向始终垂直其主平面.(.(如图如图) ) o o光只有一个光速光只有一个光速v vo o，一个折射率一个折射率n no o. .惠更斯研究双折射现象提出惠更斯研究双折射现象提出: :在各向异性的晶体中在各向异性的晶体中, ,次波源会同时发出次波源会同时发出o o光、光、e e光两种次波光两种次波. .00vcn vo t光轴光轴e e

10、光的次波光的次波, ,各方向传播的速度不同。各方向传播的速度不同。点波源波面为旋转椭球面点波源波面为旋转椭球面, ,振动方向振动方向始终在其主平面内始终在其主平面内. .（如图）（如图）光轴光轴ve tvo teevnc e e光在平行光轴方向上的速度光在平行光轴方向上的速度 与与o o光的速度相同为光的速度相同为v v0 0; ; e e光在垂直光轴方向上的速度与光在垂直光轴方向上的速度与o o光的速度光的速度 相差最大，记为相差最大，记为 v ve e，其相应的折射率为其相应的折射率为 n ne e. .P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectro

11、nics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China9n n0 0 ，n ne e称为晶体的主折射率称为晶体的主折射率. . 正晶体正晶体： n ne en no o(v(ve e v vo o) )，如石英、冰等。如石英、冰等。 负晶体负晶体： n ne en no o( (v ve e v vo o) )，如方解石、红宝石等。如方解石、红宝石等。子波源子波源vo tve t光轴光轴vo tve t光轴光轴 正晶体正晶体 (vo ve) 负晶体负晶体 (vo ve ) 子波源子波源00vcn eevnc P物理

12、与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China10BtcABABtcAAB光轴o光e光(a)a)各向同性媒质各向同性媒质(b)b) 单轴晶体单轴晶体画图步骤：画图步骤：1.画出平行的入射光束，边缘光线与晶体界面的交点为画出平行的入射光束，边缘光线与晶体界面的交点为A，B2. 由先到界面的由先到界面的A点作另一边缘线的垂线点作另一边缘线的垂线AB，此为入射光的此为入射光的 波面。求出波面。求出B到到B的时间的时间 cBBt/ 3.

13、以以A为中心，为中心， 为半径在折射媒质中作半圆，这是另一边缘为半径在折射媒质中作半圆，这是另一边缘 光线到达光线到达B时由时由A点发出的次波面。（点发出的次波面。（o光）光）to四、晶体中光传播方向的惠更斯作法四、晶体中光传播方向的惠更斯作法（入射面包含光轴或垂直光轴）（入射面包含光轴或垂直光轴）负晶体负晶体( (v ve ev vo o) )P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China114.通过通过B点作上述半圆的

14、切线（实际上是切面），这就是点作上述半圆的切线（实际上是切面），这就是 折射线中折射线中o光的波面光的波面5.从从A连接到切点连接到切点A的方向便是的方向便是o光的方向。光的方向。6. 以以A点为中心点，在光轴方向上作一个与半球面相切的半点为中心点，在光轴方向上作一个与半球面相切的半 椭圆，其另外的半主轴长为椭圆，其另外的半主轴长为te7.从从B点作上述半椭圆的切线，这是点作上述半椭圆的切线，这是e光的波面光的波面8.从从A连接到上述切点的方向便是连接到上述切点的方向便是e光的方向。光的方向。图（图（b）中主截面与入射面重合（即纸平面），从而两个切点与中主截面与入射面重合（即纸平面），从而两个

15、切点与两折射线都在此同一个平面内。同时这个平面也是两折射线的两折射线都在此同一个平面内。同时这个平面也是两折射线的主平面。则主平面。则o光的振动方向垂直纸面，光的振动方向垂直纸面，e光的振动方向平行纸面。光的振动方向平行纸面。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China121. 1. 光轴光轴晶体表面，晶体表面， 自然光自然光 入射入射: :o o, , e e在方向上虽没分开，在方向上虽没分开，但速度上是分开的，一快但

16、速度上是分开的，一快光光(e(e光光) )一慢光一慢光(o(o光光) )。 还是有双折射的。还是有双折射的。 e oe o光轴光轴晶体晶体e e光光, ,o o光的振动方向如何？光的振动方向如何？方法：先找它们的主平面。方法：先找它们的主平面。2. 2. 光轴光轴 晶体表面，晶体表面， 自然光自然光 入射入射: : e oe o光轴光轴晶体晶体在光轴的方向上，在光轴的方向上，o o光光e e光的光的传播方向均沿着光轴方向，传播方向均沿着光轴方向，且波面重合，两折射光线的且波面重合，两折射光线的速度相同。即没有发生双折速度相同。即没有发生双折射现象。射现象。P物理与光电信息学院School of

17、 Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China133. 3. 光轴光轴晶体表面，且晶体表面，且 入射面，自然光斜入射入射面，自然光斜入射此种情况下，在入射面（纸）内，此种情况下，在入射面（纸）内，o o光，光，e e光都满足折射定律光都满足折射定律，nvoocii02sinsinnveeecii2sinsino o光、光、e e光的振动方向如何？光的振动方向如何？晶体晶体 光轴光轴ii2oi2eo ot e eteo ect4. 4. 光轴与晶体表面斜光轴与晶

18、体表面斜 交，自然光交，自然光 入射入射o e晶体晶体光轴光轴 e方解石方解石光轴光轴o eo注意注意: :此时此时e e光的波面不再光的波面不再与其传播方向垂直了。与其传播方向垂直了。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China14作业： 1. 试用惠更斯作图法分别求光轴平行于折射表面及垂直于折射表面的情况下，光线斜入射时e光与o光的传播方向。 2. 由双折射晶体（no=1.50，ne=1.60）做成等腰直角棱镜ABC

19、，光轴与AC平行，如图。一束自然光在空气中从AB面垂直入射，试用惠更斯作图法定性地画出从棱镜中射出地光的方向ABCP物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China153 3 晶体偏振器件晶体偏振器件 1. 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对某些晶体对o o光和光和e e光的吸收有很大差异，这就是晶体的光的吸收有很大差异，这就是晶体的二向色性二向色性. .例如例如, ,电气石电气石对对o o光

20、有强烈吸收，对光有强烈吸收，对e e光吸收很弱，光吸收很弱，用它可产生线偏振光：用它可产生线偏振光：( (晶体偏振器晶体偏振器) )电气石电气石光轴光轴 光轴光轴e光光2. 2. 偏振棱镜偏振棱镜偏振棱镜可得高质量的线偏振光。偏振棱镜可得高质量的线偏振光。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China16 对第一个棱镜是对第一个棱镜是o o光，光，它由光密它由光密光疏，光疏， 让其入射角临界角让其入射角临界角( (约约69

21、690 0) )， 在交界面全反射在交界面全反射, ,被涂层吸收。被涂层吸收。 光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加拿大树胶加拿大树胶 (n = 1.55)oe吸收涂层吸收涂层i 例例1. 格兰格兰-汤姆逊汤姆逊偏振棱镜偏振棱镜光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的光对应的 恰是主折射率恰是主折射率no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, Ch

22、ina17对第一个棱镜是对第一个棱镜是e e光，光，它绝大部分透射，并且它绝大部分透射，并且沿入射方向射出第二个棱镜，即为所要的沿入射方向射出第二个棱镜，即为所要的非常纯的线偏振光。非常纯的线偏振光。 ( (入射光可有约入射光可有约10 10 0 0 范围内偏差范围内偏差).). 光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加拿大树胶加拿大树胶 (n = 1.55)oe吸收涂层吸收涂层ino (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVER

23、SITYFuzhou, Fujian 350007, China18 例例2.2.沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜光从棱镜光从棱镜1 1进入棱镜进入棱镜2 2时：时： o o光光( (点点) )变变e e光光 光密光密光疏光疏 折射角入射角折射角入射角; ; e e光光( (道道) )变变o o光光 光光疏疏光光密密 折射角入射角，折射角入射角， 二者分开。二者分开。进入空气后进入空气后, ,均是由光密均是由光密光疏，光疏， 可得到进一步分开的二束线偏振光。可得到进一步分开的二束线偏振光。12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴（偏光分束镜）（偏光分束镜）no (1.6584) ne(1.4

24、864)P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China19试求当一束自然光入射时，从棱镜出射试求当一束自然光入射时，从棱镜出射的的o o光和光和e e光的夹角。光的夹角。12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴i1振动方向垂直于图面的一支光进入振动方向垂直于图面的一支光进入第二块棱镜后是第二块棱镜后是e e光，传播速度改光，传播速度改变，则在界面处发生折射，由于光变，则在界面处发生折射，由于光轴垂直入射面，可由折

25、射定律求轴垂直入射面，可由折射定律求e e光折射角。光折射角。 oeeoennii21sinsin5533)486. 130sin658. 1(sin)sin(sin1112ooeoenini6211oP物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China204 4 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光一一. .椭圆偏振光和圆偏振光的获得椭圆偏振光和圆偏振光的获得二二. .椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏晶片：晶片：光

26、轴平行表面的晶体薄片光轴平行表面的晶体薄片。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China21 y yx z传播方向传播方向 /2x某时刻右旋圆偏振光某时刻右旋圆偏振光E随随z的变化的变化E 0右旋圆右旋圆偏振光偏振光右旋椭圆右旋椭圆偏振光偏振光规定规定：迎着光线看，：迎着光线看， 光矢量顺时针转的称光矢量顺时针转的称右旋右旋圆偏振光圆偏振光 （或椭圆偏振光）；（或椭圆偏振光）；光矢量逆时针转的称光矢量逆时针转的称左旋左旋

27、圆偏振光圆偏振光 （或椭圆偏振光）。（或椭圆偏振光）。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China22通过厚度为通过厚度为d d的晶片，的晶片，o o、e e光产生相位差：光产生相位差： 2 dnnoe它正是它正是惠更斯作图法惠更斯作图法的例的例1(1(晶体中一快一慢晶体中一快一慢) )晶片也称为晶片也称为相位延迟器相位延迟器.ydxAAoAe 线偏振光线偏振光光轴光轴AAoAe 光轴光轴P1. 1.晶片：晶片：光轴平行

28、表面的晶体薄片光轴平行表面的晶体薄片。 e o e o光轴光轴晶体晶体在晶体内在晶体内, o o、e e光的振动方向如何光的振动方向如何? ?o o、e e光振幅关系：光振幅关系：o o光振动是光振动是 其主平面其主平面; ;e e光振动在其光振动在其主平面内主平面内. .迎着光看迎着光看,入射到晶片上的光振幅入射到晶片上的光振幅可分解为可分解为o光和光和e光两个振幅如图光两个振幅如图. cossinAAeAAoP物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fu

29、jian 350007, China23)(2cosoooxrTtAEE光线在晶片内引起的振动分别为：光线在晶片内引起的振动分别为：从波片中出射的两光线的相位差：从波片中出射的两光线的相位差：)(2coseeeyrTtAEE)(2)(2)(2eooeoerrrTtrTteeecnooocndnneooe)(2dr P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China24 cossinAAeAAodnneooe)(2tAEEoox

30、cos)cos(tAEEeey02232 在在第二象限第二象限 在第在第一象限一象限 在在第三象限第三象限 在在第四象限第四象限P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China252. 2. 波（晶）片波（晶）片对某个波长对某个波长 而言，当而言，当o o、e e光在晶片中的光在晶片中的光程差为光程差为 的某个特定倍数时，这样的晶片的某个特定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。叫波晶片，简称波片。所以所以, 椭圆椭圆(圆圆

31、)偏振光可用偏振光可用 晶片来获得晶片来获得.，2324 当当 时为圆偏振光。时为圆偏振光。 从晶片出射的是两束传播方向相同、振动从晶片出射的是两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差的线偏振光，它们一般合成为一束椭圆偏振光的线偏振光，它们一般合成为一束椭圆偏振光. .P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China2624dnnoe 四分之一波片四分之一波片作用：从线偏

32、振光获得作用：从线偏振光获得( (正正) )椭圆或圆偏振光椭圆或圆偏振光4圆圆( (o o光光, ,e e光分量的光分量的振幅相等振幅相等) )240，椭圆椭圆0 线偏振光线偏振光(只有平行于光轴的分量只有平行于光轴的分量)2 线偏振光线偏振光(只有垂直于光轴的分量只有垂直于光轴的分量)反之，反之，( (正正) )椭圆或圆偏振光通过四分之一波片可获得线偏振光椭圆或圆偏振光通过四分之一波片可获得线偏振光P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 3

33、50007, China27 ( (正正) )椭圆或圆偏振光椭圆或圆偏振光, ,经经1/41/4波片为什么可以获得波片为什么可以获得线偏振光呢线偏振光呢? ?因为因为( (正正) )椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有了相位差了相位差 /2, /2, 经经1/41/4波片以后波片以后, ,又有又有 /2/2的的相位相位差差, , 所以出来的就是相位差为所以出来的就是相位差为0 0或或 的的线偏振光了线偏振光了. . 二分之一波片二分之一波片 2dnnoe作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。 若入射点处若入射点处线偏振光

34、分解的线偏振光分解的o o、e e光同相光同相 则出射点处仍是则出射点处仍是线偏振光线偏振光: : o o、e e光反相光反相P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China28 若线偏振光入射时若线偏振光入射时, , 出射光仍是线偏振光，出射光仍是线偏振光， 只是振动方向转过只是振动方向转过2 2 角角. .24 时，转过时，转过 当当若入射的是圆偏振光若入射的是圆偏振光(已有已有 /2),经经1/2波片波片(又有又有 )

35、,出来仍是圆偏振光出来仍是圆偏振光,但是但是左旋左旋右旋右旋 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出入出入光轴光轴若入射的是椭圆偏振光若入射的是椭圆偏振光,经经 1/2 波片波片,出来仍是椭圆偏振出来仍是椭圆偏振光光,但是旋转的方向改变但是旋转的方向改变,而且椭圆的长轴转过而且椭圆的长轴转过 2 角角. 全波片：全波片： 2 , dnnoe它对波长为它对波长为 的光没有影响（相位延迟了的光没有影响（相位延迟了2 2 ）。）。但是对别的波长的光来说是有影响的但是对别的波长的光来说是有影响的.P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics T

36、echnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China29例：波长为例：波长为589.3cm的一束左旋圆偏振光垂直入射到的一束左旋圆偏振光垂直入射到5.141104cm的方解石波片上，试问投射光束具有什么样的方解石波片上，试问投射光束具有什么样的偏振态？已知的偏振态？已知48641. 1en65836. 1on解：左旋圆偏振光电矢量的分量：解：左旋圆偏振光电矢量的分量：tAEoxcostAEoysine光和光和o光之间的相位差：光之间的相位差：310589310141. 517195. 02)(284cmdnneot显然，该方

37、解石波片是半波片，透射光的分量是：显然，该方解石波片是半波片，透射光的分量是：tAEoxcostAtAEooysin)3sin(这是右旋圆偏振光。这是右旋圆偏振光。t半波片使左旋圆偏振光变成了右旋圆偏振光。半波片使左旋圆偏振光变成了右旋圆偏振光。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China30椭圆（圆）偏振光的获得椭圆（圆）偏振光的获得ydxAAoAe 线偏振光线偏振光 波片波片起偏器起偏器22222sincos2oex

38、yoxeyAAEEAEAE)cos(kztAEox)cos(kztAEey1.频率相同频率相同2.振动方向互相垂直振动方向互相垂直3.传播方向相同传播方向相同4.恒定的相位差恒定的相位差自然光自然光圆偏振光的获得：起偏器透振方向与圆偏振光的获得：起偏器透振方向与1/4波片的光轴方向成波片的光轴方向成45o角角P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China31圆偏振光的产生圆偏振光的产生 第一，两个偏振片P1、P2置于光路中

39、，转动其一达到消光为止，这表明此时两个透振方向正交 第二，将四分一波片插入P1、P2之间，此时一般不消光；转动四分一波片达到消光为止，在转动过程中将出现4次的消光，说明此时四分一波片光轴方向与其中一个偏振片的方向平行 第三，顺时针或逆时针转动P1 45度，便可保证P1的透振方向与四分一波片的光轴方向的夹角为45度，从波片出射的为圆偏振光。 我们还可以转动第二个偏振片P2予以检验，在转动过程中出射光强应该始终不变。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fu

40、jian 350007, China32二二. .椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏 用用1 1/4 /4 波波片和偏振片片和偏振片 P P 可区分出可区分出 自然光和圆偏振光自然光和圆偏振光 或部分偏振光和椭圆偏振光。或部分偏振光和椭圆偏振光。圆圆自自然然 )()(线线自自4 ?片片PI(转转) ？为为圆圆偏偏振振光光变变，有有消消光光？为为自自然然光光不不变变P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China33椭圆

41、椭圆部分部分)()(线线部部I片片4 P (转转)?（光轴（光轴长或短轴）长或短轴） ？为为椭椭圆圆偏偏振振光光变变，有有消消光光？为为部部分分偏偏振振光光变变，无无消消光光P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China34 四分之一波片四分之一波片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏振片（转动）偏振片（转动）线偏振光线偏振光 I不变不变线偏振光线偏振光I变变, 有消光有消光以入射光方向为轴以入射光

42、方向为轴 四分之一波片四分之一波片椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏振片（转动）偏振片（转动）线偏振光线偏振光I变变, 有消光有消光 部分部分偏振光偏振光光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行最大光强或最小光强方向放置或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置线偏振光线偏振光I变变, 无消光无消光P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China35 总之，用一个已知

43、的1/4波片和一个检偏器，就可以完全确定入射椭圆偏振光的状态。这对椭圆偏振光的分析技术有十分重要的应用。 一般说来，一束已知状态的线偏振光经过一个未知表面的反射后会成为一束椭圆偏振光，此椭圆偏振光的方位、长短轴之比等信息反映了这个未知表面的光学性质。 如果是大块材料的表面，则反映了该材料的折射率、吸收系数等性质。 如果是带有已知性质基底底薄膜，则反映了薄膜的光学性质，如折射率、厚度等。 利用线偏振光反射后形成的椭圆偏振光进行分析而测定材料表面或薄膜的光学性质的仪器称为椭圆偏振仪。它常用来测量金属、介质、半导体及其薄膜的折射率、消光系数、厚度、色散及其非均匀性。P物理与光电信息学院School

44、of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China36P1光源光源起偏器起偏器Q波片波片P2检偏器检偏器探测器探测器S（样品）样品）消光型椭偏仪原理图消光型椭偏仪原理图P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China375 5 偏振光的干涉偏振光的干涉单色自然光通过一个偏振片以后，垂直射在光

45、轴平行于单色自然光通过一个偏振片以后，垂直射在光轴平行于表面的晶片，从晶片出来的是两束传播方向相同、振动表面的晶片，从晶片出来的是两束传播方向相同、振动方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差的线偏振光。方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差的线偏振光。 它们能否干涉？它们能否干涉？单色自然光单色自然光不能干涉！不能干涉！后面再放一个偏振片后面再放一个偏振片P2,P2后面就可以看到干涉后面就可以看到干涉.d晶片晶片C 偏振片偏振片P2偏振化方向偏振化方向 偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光轴方向光轴方向单色单色自然光自然光P物理与光电信息学院School of Physics and OptoE

46、lectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China38( (忽略吸收和其它损耗忽略吸收和其它损耗) )由振幅矢量图，知：由振幅矢量图，知：通常是让通常是让P1 P2P2P1CA1AeAoA2oA2e 201210211cossinsincossincoscossinAAAAAAAAAAAeeoeoeAAPP22021 使干涉可见度好使干涉可见度好。可见可见由振幅矢量图的投影关系知由振幅矢量图的投影关系知, ,A A2020和和A A2e2e的正方向相反，所以有附加的正方向相反，所以有附加相差相差 .

47、 . （若（若P1、P2夹角小于夹角小于 ，则无附加相差）。，则无附加相差）。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China39 通过通过 P P2 2 后两束偏振光的相位差为后两束偏振光的相位差为2121/02PPPPnndoe 光强光强 I I A A2 22020+A+A2 22e2e+2A+2A2020A A2e2ecoscos-相长干涉，亮相长干涉，亮-相消干涉，暗相消干涉，暗 122kk（k=1,2,3 -）2

48、1/ PP21PP P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China40 若单色光入射，且若单色光入射，且d d均匀，均匀，当偏振片当偏振片P P2 2转动时，转动时， 则屏上出现均匀的亮暗变化。则屏上出现均匀的亮暗变化。 若单色光入射，且若单色光入射，且d d不均匀，不均匀， 则屏上出现等厚干涉条纹。则屏上出现等厚干涉条纹。 屏屏 若白光入射，而若白光入射，而d d 均匀，均匀，则屏上由于某种颜色干涉相消，另一些颜色干涉相

49、长，则屏上由于某种颜色干涉相消，另一些颜色干涉相长，而呈现它的互补色。如红色（或蓝色）相消而呈现它的互补色。如红色（或蓝色）相消显绿色显绿色（或黄色），这叫（显）（或黄色），这叫（显）色偏振色偏振. .若转动偏振片若转动偏振片P P2 2时时，则屏上出现色彩的变化。则屏上出现色彩的变化。 若白光入射，且若白光入射，且d d不均匀，不均匀， 则屏上出现彩色则屏上出现彩色 条纹。条纹。P物理与光电信息学院School of Physics and OptoElectronics TechnologyFUJIAN NORMAL UNIVERSITYFuzhou, Fujian 350007, China41例如，色偏振是检验材料有无双折射效应例如，色偏振是检验材料有无双折射效应（即使（即使 n n0 0、n ne e 相差极小）的灵敏方法。相差极小）的灵敏方法。偏振光的干涉有许多应用，其基本思想是偏振光的干涉有许多应用，其基本思想是由光的干涉情况反推晶片情况。由光的干涉情况反推晶片情况。光测弹性术光测弹性术: : 检查光学玻璃退火后是否有残存内应力的一种有效方法检查光学玻璃退火后是否有残存内应力的一种有效方法P物理与光电信息学院Schoo