椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验

1、椭圆偏振光、圆偏振椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验光、偏振光的检验321321412振动合成示意图振动合成示意图212222dM是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片C的线偏光。的线偏光。20IOAeAMCco波片波片C光轴平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之间的夹角光轴平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之间的夹角 垂直射入波片的线偏光，分解成垂直射入波片的线偏光，分解成O光其振动方向垂直于入射面，光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的垂直光轴；分解成的e光振动方向平行于入射面，平行于光轴。光振动方向平行于入射面，平行于光轴。2/0IA入射

2、波片的线偏光的振幅入射波片的线偏光的振幅17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验 椭圆偏振光、圆偏振光的产生椭圆偏振光、圆偏振光的产生0I cosAAesinAAO若若C为为1/4波片，即波片，即 = /2，且若且若 =450，则从，则从C出射出射圆偏振光圆偏振光若若C为为1/4波片，且波片，且 450、 900或或00，则，则出射出射椭圆偏振光椭圆偏振光 若若C不不为波长片也不是半波片，即为波长片也不是半波片，即 k 时，时，且且 450、 900或、或、 00 时，则从时，则从C垂直出射椭圆偏振光。垂直出射椭圆偏振光。2)(dnneo经过波片后，经过波

3、片后，O光和光和e光光的相位差：的相位差：振动合成示意振动合成示意图图 线偏振光垂直通过波片后的偏振态线偏振光垂直通过波片后的偏振态当垂直入射的线偏光振动方向与当垂直入射的线偏光振动方向与波片光轴间夹角波片光轴间夹角 =00或或 =900时，时，则无论波片的厚度是多少，出射则无论波片的厚度是多少，出射的线偏光与入射光相同。的线偏光与入射光相同。当使用当使用 1/2 波片时，出射的波片时，出射的O光、光、e 光有光有 的相位延迟，的相位延迟，出射的线偏光与入射线偏光出射的线偏光与入射线偏光的振动方向对于光轴的振动方向对于光轴 OC 方方向对称。向对称。出AOAOC入AOAeAOC入AeAOA入A

4、O 若若C为波长片时，出射的为波长片时，出射的O光、光、e 光光的相位差为的相位差为2 的整数倍，这相当于无相的整数倍，这相当于无相位延迟，即波长片不改变位延迟，即波长片不改变入射线偏振光的状态。入射线偏振光的状态。OC入AOAeA 线偏光垂直通过波片后的偏振态线偏光垂直通过波片后的偏振态d 出射光的偏振态出射光的偏振态波长片波长片 任意任意 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同任意任意 00或或900 与入射光偏振态相同与入射光偏振态相同1/2波片波片 出射线偏光振动方向与入射光出射线偏光振动方向与入射光 振动方向对于光轴对称，两者间夹角振动方向对于光轴对称，两者间夹角2 1/4波片波片45

5、0 圆偏振光圆偏振光 00或或900 线偏光线偏光 900 450 长短轴之比为长短轴之比为tan 或或Ctan 的正椭圆偏光的正椭圆偏光非波片非波片 00 450非半波片非半波片 900 =450非波片非波片非半波片非半波片非非1/4波片波片椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光 偏振态的检验偏振态的检验自然光通过自然光通过1/4波片波片后，仍然是自然光。后，仍然是自然光。电振动方向和电振动方向和 1/4 波波片光轴垂直的线偏光，片光轴垂直的线偏光，出射的偏振态不变。出射的偏振态不变。椭圆偏光通过光椭圆偏光通过光轴与其短轴方位一轴与其短轴方位一致的致的1/4波片后，出波片后，出射线偏光。射

6、线偏光。OC入出AA OC七种偏振态的检验七种偏振态的检验把检偏器对着被检光旋转一周，若得到把检偏器对着被检光旋转一周，若得到两明两零两明两零 光强不变光强不变 两明两暗两明两暗线线偏偏振振光光在光路中插入在光路中插入1/4波片，波片，再旋转检偏器，若得再旋转检偏器，若得在光路中插入在光路中插入1/4波片波片,并使光轴与检并使光轴与检得的暗方位相重合得的暗方位相重合,再旋转检偏器再旋转检偏器,若若两明两明两零两零则为则为光强光强不变不变则为则为两明两明两暗两暗则为则为圆圆偏偏光光自自然然光光自加自加然圆然圆光偏光偏 光光椭椭圆圆偏偏光光自加自加然线然线光偏光偏 光光自椭自椭然圆然圆光偏光偏加光

7、加光两明两明两零两零则为则为两明两暗两明两暗但暗程度但暗程度与前不同与前不同则为则为两明两暗两明两暗但暗方位但暗方位与未插入与未插入1/4波片时波片时相同则为相同则为 偏振片偏振片M与与N的透振方向相互垂直（的透振方向相互垂直（M N)17-6 分振动面的干涉分振动面的干涉偏振光干涉偏振光干涉20ICco入射自然光入射自然光M M起偏器起偏器0I线偏光线偏光偏振光干涉偏振光干涉N椭圆椭圆偏光偏光检偏器检偏器cosAAesinAAOMNeAeNAONAocOA/2)(dnneodnneo)(/2cosAAesinAAOcossin AAONsincos AAeNMNeAeNAONAocOA因子因

8、子 来源于投影中，来源于投影中， 和和 反向反向ONAeNA输出光强与其振幅的平方成正比。输出光强与其振幅的平方成正比。)(/2cos(1 sincos2)cos1 (sincos2cos2222222222dnnAAAAAAAeoeNONONeN出2, 1, 0,2/ ) 12()(kkdnneo2, 1,)(kkdnneo相干相长相干相长相干相消相干相消 偏振片偏振片M与与N的透振方向相互平行的透振方向相互平行（M/N)MNONAocOAeAeNAsinsin AAONcoscos AAeN2)(/dnneo/22242422/cossincos2sincosAAAA出结论结论：除除 =4

9、50 以外，出射光强均不为零，以外，出射光强均不为零，即即 M / N时，时，不易得到相干相消为零的视不易得到相干相消为零的视场。视场相干结果仍然由波片的厚度场。视场相干结果仍然由波片的厚度 d 决定。决定。 互补原理互补原理 M N与与M/ N输出的相干光强互补输出的相干光强互补22222222242422222/2)sin(coscossincos2sincos)cos1 (sincos2AAAAAAAA出出结论结论：在分振动面干涉的装置中，在相互垂直的方位上在分振动面干涉的装置中，在相互垂直的方位上 输出光强互补，输出光强互补，即一个旋转的检偏器从任意两个即一个旋转的检偏器从任意两个 相

10、互垂直的方位，相互垂直的方位， 对任意偏振态的光所检出的光对任意偏振态的光所检出的光 强之和，必然等于被检验的偏振态的光强。强之和，必然等于被检验的偏振态的光强。 这称为互补原理。这称为互补原理。 互补原理互补原理例：在正交的偏振片例：在正交的偏振片M、 N之间放一个如图所示的楔形之间放一个如图所示的楔形波片。该波片的光轴平行于波片。该波片的光轴平行于楔面，且与偏振片楔面，且与偏振片M的透振的透振方向有一固定夹角。方向有一固定夹角。若当若当M/NM/N看到所示的等厚直线形条纹，则当看到所示的等厚直线形条纹，则当M M N N时，时，根据互补原理原来的暗条纹就变成了亮条纹，亮条纹根据互补原理原来

11、的暗条纹就变成了亮条纹，亮条纹则变成暗条纹，且条纹的对比度要比前者好。则变成暗条纹，且条纹的对比度要比前者好。M MM N0I 色偏振（互补原理的应用）色偏振（互补原理的应用）M / N取不同厚度的云取不同厚度的云母片将它们贴在母片将它们贴在玻璃板上，放在玻璃板上，放在两个用白光照明两个用白光照明的正交偏振片的正交偏振片M、N 之间，其厚度之间，其厚度使其呈现红、绿、使其呈现红、绿、蓝三色。蓝三色。这两个偏振片在由正交向平行方位过渡时，这两个偏振片在由正交向平行方位过渡时，出射光的颜色，亮度发生变化的现象，称出射光的颜色，亮度发生变化的现象，称为为色偏振色偏振。当当M、N平行时，则呈现青、品、

12、黄。平行时，则呈现青、品、黄。白光中去掉红为青；白光中去掉绿为品；白中去蓝为黄。白光中去掉红为青；白光中去掉绿为品；白中去蓝为黄。M N 光弹现象光弹现象17-7 人为双折射现象人为双折射现象20IM M0INEo oFF透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向异性，与异性，与OO为光轴的双折射类似，这种现象叫做为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应光弹效应。实验表明，在一定胁强强范围内：实验表明，在一定胁强强范围内：SFknnoe)(S为材料为材料 E受力的面积。受力的面积。 为胁强光学系数为胁强光学系数k现已成为光测弹性

13、学基础。现已成为光测弹性学基础。 克尔效应克尔效应某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应克尔效应。当外电场撤消时，这种性质立即消失，当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称为因此，也称为电致双折射现象电致双折射现象。光轴沿电场强度的方向光轴沿电场强度的方向M M0I20IN+ -cc2)(klEnnloe两光通过厚度为两光通过厚度为 的液体时，的液体时，光程差为：光程差为：l, 2, 1, 0212)(2kkklEnnloe若入射光的线偏振方向与外电场方向成

14、若入射光的线偏振方向与外电场方向成450角，且角，且M与与N偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，则有：若去掉盒内电场，则没有光从若去掉盒内电场，则没有光从N透出。透出。整个系统起整个系统起“光开关光开关”的作用。的作用。通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达电讯号的控制速度可达10-9 m/s。“光开关光开关”,“光调制器光调制器” “光断续器光断续器”有极快的

15、速度启闭光路或调制光强，目前有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在电场、磁场中，材料光学性质的研究，在实际应用中有着广阔的前景在实际应用中有着广阔的前景17-8 旋光现象旋光现象实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方向将绕着光的传播方向旋转过某一角度向将绕着光的传播方向旋转过某一角度 ，称为，称为旋光现象。旋光现象。这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石

16、酸钾钠等MNFF 为滤色片；为滤色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片M与与N之间，之间，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器 N 旋旋转一个角度，又可得到零视野。转一个角度，又可得到零视野。CC是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光。实验证明：振动面旋转的角度实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度与材料

17、的厚度d、浓度浓度C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关。有关。d对于固体：对于固体：定义定义 为旋光系数，它是入射光波长的函数为旋光系数，它是入射光波长的函数dC对于液体：对于液体：式中式中C为溶液的浓度。为溶液的浓度。把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方向加磁场方向加磁场 B，则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一个角度个角度 ，实验表明实验表明：VlBV叫做费尔德叫做费尔德(Verdet)系数。系数。 MN称为磁致旋光现象称为磁致旋光现象。B当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过面旋转过2 2 ，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。BBBB右旋右旋B左旋左旋反射面反射面17-5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验 椭圆