大学物理 波动光学

1、(ppt)波动光学波动光学 目录目录 第一章第一章 光的干涉光的干涉 第二章第二章 光的衍射光的衍射 第三章第三章 光的偏振光的偏振第一章第一章 光的干涉光的干涉（Interference of Interference of lightlight）1 1 光源的发光特性光源的发光特性一一. . 光光源源光源的最基本发光单元是分子、原子光源的最基本发光单元是分子、原子 = (E2-E1)/hE1E2能级跃迁辐射能级跃迁辐射波列波列波列长波列长L = c1. 1. 普通光源：普通光源：自发辐射自发辐射独立独立(不同不同原子发的光原子发的光)独立独立(同一原子先后发的光同一原子先后发的光)2. 2

2、. 激光光源：激光光源：受激辐射受激辐射 = (E2-E1)/hE1E2 完全一样完全一样(频率频率,位相位相,振动方向振动方向,传播方向传播方向)二二. . 光的相干性光的相干性 1. 1. 两列光波的叠加两列光波的叠加( (只讨论只讨论电振动电振动) ) 2121,EEE令令光光矢矢量量，p12r1r2)cos(1101 tEE)cos(2202 tEEP: 1 2 E0E10E20)cos(021 tEEEE cos2201022021020EEEEE12 cos 2 2121 IIIII 非 相 干 光非 相 干 光源源 0cos I = I I = I 1 1 + + I I 2 2

3、 非相干非相干叠加叠加 完全完全相干光源相干光源 coscos相长干涉（明）相长干涉（明） ,2 k 2121max2IIIIII ( (k k = = 0,1,2,3) 0,1,2,3) 相消干涉（暗）相消干涉（暗） ,)12( k2121min2IIIIII ( (k k = = 0,1,2,3) 0,1,2,3) minmaxminmaxIIIIV 2. 2. 条纹衬比度条纹衬比度（对比度，反衬度）（对比度，反衬度）21II 21II Io 2 -2 4 -4 4I13.3.普通光源获得相干光的途径普通光源获得相干光的途径pS * *分波面法分波面法分振幅法分振幅法p薄膜薄膜S S *

4、*衬比度差衬比度差 ( (V V ，D d D d ( (d d 10 10 -4-4m, D m, D m m) )波程差：波程差：Dxdddrr tgsin12相位差：相位差： 2 明纹明纹2 , 1 , 0 , , kdDkxkk 暗纹暗纹 2)1 2( ,2)1 2( )12( dDkxkk 条纹间距条纹间距 dDx (1) (1) 一系列平行的明暗相间的条纹；一系列平行的明暗相间的条纹； (3) (3) 中间级次低；中间级次低；明纹明纹: : k k ，k k =1,2,3( =1,2,3(整数整数级级) )暗纹暗纹: : (2(2k k+1)/2 (+1)/2 (半整半整数级数级)

5、 )(4)(4) x 条纹特点条纹特点：(2) (2) 不太大时条纹等间距；不太大时条纹等间距；某条纹级次某条纹级次 = = 该条纹相应的该条纹相应的 ( (r r2 2-r-r1 1)/)/ 二二 . . 光强公式光强公式,cos22121 IIIII若若 I I1 1 = = I I2 2 = = I I0 0 , ,2cos420 II则则)2sin( d 光强曲线光强曲线I0 2 -2 4 -4 k012-1-24I0 x0 x1x2x -2x -1sin 0 /d- /d-2 /d2 /d3 3 其他分波面干涉实验其他分波面干涉实验( (自学自学) )4 4 空间相干性空间相干性一一

6、. . 空间相干性的概念空间相干性的概念光源宽度对干涉条纹衬比度的影响光源宽度对干涉条纹衬比度的影响设光源宽度为设光源宽度为b bBDI非相干叠加非相干叠加+1L0N0M0Lb/2d /2LMNS1S2xI合成光强合成光强0N x+1L0M0L-1N=D/d/d二二. . 极限宽度极限宽度当光源当光源宽度宽度b b增大到某个增大到某个宽度宽度b b0 0时，干涉条时，干涉条设设BBd d和和b b )()(1122rrrr( (一级明纹一级明纹) )22sin Dxdd纹刚好消失，纹刚好消失，b b0 0称为称为光源的极限宽度。光源的极限宽度。do DB+1L r2r1 r1 r2 单色光源单

7、色光源b0 /2xLx /2 Bbdd2sin0 ( ( B B b b0 0 ,d ,d ) ) Bbd220 dBb 0光源的极限宽度光源的极限宽度0bb 时，才能观察到干涉条纹。时，才能观察到干涉条纹。do DB+1L r2r1 r1 r2 单色光源单色光源b0 /2xLx /2 三三. . 相干间隔和相干孔径角相干间隔和相干孔径角1. 1. 相干间隔相干间隔若若 b b 和和 B B一定，则要得到干涉条纹，必一定，则要得到干涉条纹，必须须)(00 bBddd 相干间隔相干间隔d0越大，光场的空间相干性越好。越大，光场的空间相干性越好。2. 2. 相干孔径角相干孔径角S1S2b 0d0B

8、bBd 00相干孔径角相干孔径角 0 0 越大空间相干性越大空间相干性越好好。激光光源可以不受以上限制激光光源可以不受以上限制在在0 0 范围内的光场中，正对光源的平面范围内的光场中，正对光源的平面上的任意两点的光振动是相干的。上的任意两点的光振动是相干的。四四. . 应用举例应用举例1.1.测遥远星体的测遥远星体的角直径：角直径：Bb bdB 星体星体bdB 星体星体 bBd00 d 考虑到衍射的影响，有考虑到衍射的影响，有022. 1d M1M2M3M4屏屏测星干涉仪测星干涉仪2.2.屏上条纹消失时，反射屏上条纹消失时，反射镜镜M M1 1M M4 4间的距离就是间的距离就是d d0 0，

9、 测猎户座星测猎户座星 nmnm测得测得m07. 30 d047. 022. 10 d 得得使使d d = =d d0 0则条纹消失则条纹消失一一. . 光的非单色性光的非单色性1.1.理想的单色光理想的单色光 、 2.2.准单色光、谱线宽准单色光、谱线宽度度 准单色光：准单色光：在某个在某个中心波长（频率）中心波长（频率）附附近有一定近有一定波长（频率）范围波长（频率）范围的光。的光。 谱线宽度：谱线宽度： 0 oII0I0 /2 谱线宽度谱线宽度(1) (1) 自然宽自然宽度度 Ei+1 Ei+1Ei EihEEii1 5 5 时间相干性时间相干性 造成谱线宽度的原因造成谱线宽度的原因(2

10、) (2) 多普勒增多普勒增宽宽 T ，T(3) (3) 碰撞增宽碰撞增宽 p )( ，一一定定Tpz二二. . 非单色性对干涉条纹的影响非单色性对干涉条纹的影响0123456012345Ix - (/2) + (/2)合成光强合成光强)2)(1()2( MMkk 干涉的最大级次干涉的最大级次 Mk三三. . 相干长度与相干时间相干长度与相干时间1.1.相干长度相干长度 两列波能发生干涉的最大波程差两列波能发生干涉的最大波程差 2MMk ：中心波中心波长长SS1S2c1c2b1b2a1a2 pS1S2Sc1c2b1b2a1a2p注注: 等代表波列等代表波列只有同一波列分成的两部分经不同的光程只

11、有同一波列分成的两部分经不同的光程再相遇时才能发生干涉。再相遇时才能发生干涉。波列长度就是波列长度就是相干长度相干长度 McM 光通过相干长度所需时间光通过相干长度所需时间2.2.相干时间相干时间6 6 光程光程一一. . 光程、光程差光程、光程差 真空中真空中dab 2dab 媒质媒质中中abndn n媒质媒质 2nabd n n媒质中波长媒质中波长nncncun / 2nd 光程光程 : : L L = = ndnd 真空中波真空中波长长n1n2nmd1d2dm 光程差光程差 ： = = L L2 2 - - L L1 1 2 例例 S1S2r1r2dnpP P: : 122LL 122r

12、nddr dnrr1212 二二. .使用透镜不会产生附加光程使用透镜不会产生附加光程差差S acbS物点到象点各光线之间的物点到象点各光线之间的光程差为零光程差为零相位差和光程差的关系：相位差和光程差的关系：光程光程 L L = = ( ( n ni i d di i ) )7 7 薄膜干涉薄膜干涉 ( (一一) ) 等厚条纹等厚条纹一一. . 劈尖（劈形膜）劈尖（劈形膜）夹角很小的两个平面所构成的薄膜夹角很小的两个平面所构成的薄膜rad 101054 ： e n n n A反射光反射光2反射光反射光1单色平行光单色平行光(设设n n ) S121 1、2 2两束反射光来自同两束反射光来自同

13、一一 束入射光，它们可束入射光，它们可以产生干涉以产生干涉 。 e n n nA反射光反射光2反射光反射光1入射光入射光(单色平单色平行光垂直入射行光垂直入射)(设设n n )A: 1A: 1、2 2的光程差的光程差)(22ene 明纹：明纹：1,2,3,= ,)(kke 暗纹：暗纹：0,1,2,= ,2)1 2()(kke 同一厚度同一厚度e e对应同一级条纹对应同一级条纹等厚条纹等厚条纹光程差可光程差可简化为简化为图示情况计算。图示情况计算。实际应用中实际应用中,大都是平行光大都是平行光垂直入射垂直入射到劈尖上。到劈尖上。考虑到劈尖考虑到劈尖夹角极小夹角极小, 反射光反射光1、 2在膜面的

14、在膜面的 L eekek+1明纹明纹暗纹暗纹条纹间距条纹间距 eL 又又 en2 nL2 二二. . 牛顿环牛顿环 .S分束镜分束镜M显微镜显微镜o erR平晶平晶平凸透镜平凸透镜 暗环暗环 o 牛顿环牛顿环装置简图装置简图平凸透镜平凸透镜平晶平晶光程差：光程差：22 eeeRRr 2)(222R Rre22 (1)(1)2)12(22 ke (k k = 0, 1, = 0, 1, 2, )2, )(2)第第k k个个暗环半径暗环半径kkRrk 暗环：暗环：三三. . 等厚条纹的应用等厚条纹的应用1. 1. 劈尖的应劈尖的应用用 nL2 测波长：测波长：已知已知、n n，测，测L L可得可得

15、 测折射率：测折射率：已知已知、，测测L L可得可得n n 测细小直径、厚度、微小变化测细小直径、厚度、微小变化h h待测块规待测块规标准块规标准块规平晶平晶 测表面不平度测表面不平度等厚条纹等厚条纹待测工件待测工件平晶平晶2. 2. 牛顿环的应牛顿环的应用用 mRrrkmk 22 测透镜球面的半径测透镜球面的半径R R： 已知已知 , , 测测 m m、r rk+mk+m、r rk k，可可得得R R 。 测波长测波长： 已知已知R R，测出测出m m 、 r rk+mk+m、r rk k， 可可得得。 检验透镜球表面质量检验透镜球表面质量标准验规标准验规待测透镜待测透镜暗纹暗纹 8 8 薄

16、膜干涉（二）薄膜干涉（二） 等倾条等倾条纹纹一一. . 点光源照明时的干涉条纹分点光源照明时的干涉条纹分析析L fPo r环环B en n n n i rA CD21Siii光束光束1 1、2 2的光程差：的光程差：2 )( ADnBCABnreBCABcos iACADsin iresintg2 2cossinsin 2cos2 rirenrnerninsinsin 得得2cos2 rne )(2sin 2222iinne 或或明纹明纹, 3 , 2 , 1 ,)( kki 暗纹暗纹 , 2 , 1 , 0,212 kki 倾角倾角i i相同的光线对应同一条干涉条纹相同的光线对应同一条干涉条

17、纹 等倾条纹。等倾条纹。 形状形状: :条纹特点条纹特点: :一系列同心圆环一系列同心圆环r r环环= = f f tgtg i i 条纹间隔分布条纹间隔分布: :内疏外密内疏外密 条纹级次分布条纹级次分布: :e e一定时一定时， krik 波长对条纹的影响波长对条纹的影响: : kriek , , 一一定定 kriek,一一定定 膜厚变化时膜厚变化时, ,条纹的移动：条纹的移动：二二. . 面光源照明时，干涉条纹的分析面光源照明时，干涉条纹的分析iPifor环环en n n n 面光源面光源只要入射角只要入射角i i相同，都将汇聚在同一个干涉相同，都将汇聚在同一个干涉环上（非相干叠加）环上

18、（非相干叠加）三三. . 应用：应用：增透增透( (射射) )膜和增反射膜膜和增反射膜 （自学书（自学书P130P130例例2 2）9 9 迈克耳逊干涉仪迈克耳逊干涉仪一一. . 仪器结构、光路仪器结构、光路二二 . . 工作原理工作原理光束光束22和和11发生干涉发生干涉 若若M M 1 1、M M2 2平行平行 等倾条纹等倾条纹 若若M M 1 1、M M2 2有小夹角有小夹角 等厚条纹等厚条纹十字叉丝十字叉丝等厚条纹等厚条纹若若M M1 1平移平移 d d时，干涉条移过时，干涉条移过N N条，条，则有则有：2 Nd三三. . 应用：应用：微小位移测量微小位移测量测折射率测折射率M 122

19、 11 S半透半反膜半透半反膜M2M1G1G2E第二第二章章 光的衍射光的衍射（Diffraction of Diffraction of lightlight）1 1 衍射现象、惠更斯衍射现象、惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理一一. . 光的衍射光的衍射1.1.现象现象: :*S衍射屏衍射屏观察屏观察屏a 10 - 3 a2.2.定义定义: : 光在传播过程中能绕过障碍光在传播过程中能绕过障碍物物 *S衍射屏衍射屏观察屏观察屏L L的边缘而偏离直线传播的现象的边缘而偏离直线传播的现象二二. . 惠更斯惠更斯菲涅耳原理菲涅耳原理波传到的任何一点都是子波的波源，波传到的任何一点都是子波的波源，pdE(

20、p)rQdSS(波前波前)设初相为零设初相为零n 远场衍射远场衍射(2) (2) 夫琅禾费衍夫琅禾费衍射射近场衍射近场衍射(1) (1) 菲涅耳衍菲涅耳衍射射 3. 3. 分类分类: :dSrKQadEp)()()( 各子波在空间某点的相干叠加，就各子波在空间某点的相干叠加，就决定了该点波的强度。决定了该点波的强度。) 2cos()()()( rtdSrKQadEp dSrtrKQaEsp ) 2cos()()()( ) cos()(0pptE（ P P处波的强度处波的强度2)(0 ppEI 取决于波前上取决于波前上Q Q点处的强度点处的强度)(Qa 0,2)(, 0maxKKKK K K(

21、( ): ):方向因方向因子子2 2 单缝的夫琅禾费衍射、半波带法单缝的夫琅禾费衍射、半波带法一一 . . 装装置置*S f f a 透镜透镜L 透镜透镜LpAB缝平面缝平面观察屏观察屏0二二 . . 半 波 带半 波 带法法 ( (缝宽缝宽) )aAB S: S: 单色光源单色光源 : : 衍射角衍射角 sina 00 ， 中央明纹中央明纹( (中心中心) ) 当当 时，可将缝分为两个时，可将缝分为两个“半波带半波带” sina A AP P和和B BP P的光程差的光程差a12BA半波带半波带半波带半波带12两个两个“半波带半波带”上发的光在上发的光在P P处干涉相消处干涉相消形成暗纹。形

22、成暗纹。 当当 时，可将缝分成三时，可将缝分成三个个“半波带半波带” 23sin aP P处近似为明纹中心处近似为明纹中心a/2/2BA/2/2半波带半波带半波带半波带1212a/2/2BA形成暗纹。形成暗纹。 当当 时时, ,可将缝分成四可将缝分成四个个“半波带半波带”, , 2sin a，3 , 2 , 1sin kka 暗纹暗纹，3 , 2 , 1 2)1 2(sin kka 明纹明纹( (中心中心) )0sin a 中央明纹中央明纹( (中心中心) )上述暗纹和上述暗纹和中央明纹中央明纹( (中心中心) )位置是准确的，位置是准确的，其余明纹中心的位置较上稍有偏离。其余明纹中心的位置较

23、上稍有偏离。一般情况一般情况三三. . 振幅矢量法、光强公式振幅矢量法、光强公式Nax 2sin2sin Nax( ( N N很大很大 ) )每个窄带发的子波在每个窄带发的子波在P P点振幅近似相等点振幅近似相等, ,设为设为0E P P处的合振幅处的合振幅E EP P 就是各子波的振幅矢量和的模就是各子波的振幅矢量和的模透镜透镜 f px x xsin 缝平面缝平面缝宽缝宽a ABC0观测屏观测屏P P 处是多个同方向、同频率、同振幅、初处是多个同方向、同频率、同振幅、初对于对于O O点点: : = 0 = 0 , , = 0 = 0E0 E0E E0 0 = = N N E E0 0对于其

24、他点对于其他点P P： E EP P E E0 0EP E0当当N N 时时, , N N个相接的折线将变为一个个相接的折线将变为一个圆弧。圆弧。相依次差一个恒量相依次差一个恒量 的简谐振动的合成，的简谐振动的合成，合成的结果仍为简谐振动。合成的结果仍为简谐振动。 2sinaN ,2sin2 REp RE02sin22sin200 EEEp令令 sin2a 有有 sin0EEp 又又2002 EIEIp ，P P点的光强点的光强20sin IIREPE0由由 可得可得20sin II(1) (1) 主极大（中央明纹中心）位置：主极大（中央明纹中心）位置：max01sin00III 处处，(2)

25、 (2) 极小（暗纹）位置：极小（暗纹）位置：00sin3 , 2 , 1 Ikk 时时，由由 得得 sin ka sin ka 或或 kakN sin2 tg0ddI(3) (3) 次极大位置：次极大位置：解得解得 : :， 47. 346. 243. 1 相应相应 : :,47. 3 ,46. 2 ,43. 1sin a(4)(4)光强光强 : : 从中央往外各次极大的光强依次为从中央往外各次极大的光强依次为: :0 . 0 4 7 20 . 0 4 7 2I I0 0 , 0 . 0 1 6 5, 0 . 0 1 6 5I I0 0 , , 0.00830.0083I I0 0 , ,

26、I I次极大次极大 0i 1)1)例如对例如对NaNa双线：双线： 1 =5890 , 2 = + =5896 NkR 98265890 ( (k=2,=2,N N=491),(=491),(k k=3,=3,N N=327)=327)都可分辨开都可分辨开NaNa双线双线5 5 X X射线的衍射射线的衍射一一. . X X 射线的产生射线的产生X X射 线射 线 : 1 0: 1 0- -1 110102 2 X射线射线准直缝准直缝晶体晶体劳厄斑劳厄斑证实了证实了X X射线的波动性射线的波动性劳厄劳厄（LaueLaue）实验实验（19121912）-KAX射线射线X X射线管射线管+ dd d

27、 dsin 12晶面晶面ACB二二. . X X射线在晶体上的衍射射线在晶体上的衍射1. 1. 衍射中心衍射中心 : : 掠射角掠射角d : d : 晶面间距晶面间距( (晶格常数）晶格常数）2. 2. 点间散射光的干涉点间散射光的干涉每个原子都是散射子波的子波源每个原子都是散射子波的子波源 3 .3 .面间散射光的干涉面间散射光的干涉 sin2dCBAC 散射光干涉加强条件：散射光干涉加强条件：), 2 , 1(sin2 kkd 乌利夫乌利夫布喇格公式布喇格公式三三. . 应用应用 已知已知 、 可测可测d d X X射线晶体结构分析。射线晶体结构分析。 已知已知 、d d可测可测 X X射

28、线光谱分析。射线光谱分析。四四. . 实际观察实际观察X X射线衍射的作法射线衍射的作法1.1.劳厄法：劳厄法： 劳厄相劳厄相 德拜相德拜相2.2.粉末法：粉末法： 第二章结束第二章结束（本章编者：李桂琴（本章编者：李桂琴 崔砚生）崔砚生）1 1 光的偏振状态光的偏振状态一一. . 线偏振光线偏振光E播播传传方方向向振振动动面面面对光的传播方向看面对光的传播方向看线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解线偏振光可沿两个相互垂直的方向分解EEyEx yx sincosEEEEyx 第三章第三章 光的偏振光的偏振 (Polarization of (Polarization of light)light

29、)线偏振光的表示法：线偏振光的表示法： 光振动垂直板面光振动垂直板面光振动平行板面光振动平行板面二二. . 自然光自然光没有优势方向没有优势方向自然光的分解自然光的分解一束自然光可分解为两束振动方向相互一束自然光可分解为两束振动方向相互垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。垂直的、等幅的、不相干的线偏振光。yxEE yxIII 自然光的表示法：自然光的表示法：三三. . 部分偏振光部分偏振光部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光部分偏振光可分解为两束振动方向相互部分偏振光可分解为两束振动方向相互垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。垂直的、不等幅的、不相干的线偏振光。部分偏振光的表示法

30、：部分偏振光的表示法： 平行板面的光振动较强平行板面的光振动较强垂直板面的光振动较强垂直板面的光振动较强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 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 0四四. . 圆偏振光圆偏振光, , 椭圆偏振椭圆偏振光光五五. . 偏振度偏振度 pnpIIIIItpP I Ip p 部分偏振光中包含的完全偏振光的强部分偏振光中包含的完全偏振光的强度度I It t 部分偏振光的总强度部分偏振光的总强度I In n 部分偏振光中包含的自然光的强度部分偏振光中包含的自然光的强度完全偏振光完全偏振光 ( (线、

31、圆、椭圆线、圆、椭圆 ) ) P P =1=1自然光自然光 ( ( 非偏振光非偏振光 ) ) P P = 0= 0部分偏振光部分偏振光 0 0 P P no负晶体负晶体 : : n ne e ve) 负晶体负晶体 (vo ve ) 子波源子波源,oon ( ( e o o) )三三. . 单轴晶体中光传播的惠更斯作图法单轴晶体中光传播的惠更斯作图法( ( e e o o) )1. 1. 光轴平行晶体表面，自然光垂直入射光轴平行晶体表面，自然光垂直入射 e o e o光轴光轴晶体晶体 o o, , e e在方向上虽没分在方向上虽没分开，但速度上是分开的。开，但速度上是分开的。2. 2. 光轴平行

32、晶体表面，且垂直入射面，光轴平行晶体表面，且垂直入射面， 自然光斜入射自然光斜入射晶体晶体 光轴光轴ir0reo ot e eteo ectnrooci0sinsin nreeeci sinsin3. 3. 光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入光轴与晶体表面斜交，自然光垂直入射射o e晶体晶体光轴光轴 e方解石方解石光轴光轴o eo此时此时e光的波面不再与其波射线垂直了光的波面不再与其波射线垂直了5 5 晶体光学器件晶体光学器件一一. . 晶体起偏器件晶体起偏器件 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光和光和e光的吸收有很大差异，光的吸收有很大差异

33、，这叫晶体的这叫晶体的二向色性二向色性电气石电气石 光轴光轴e光光电气石电气石光轴光轴可产生线偏振光可产生线偏振光2. 2. 偏振棱镜偏振棱镜偏光镜偏光镜: : 格兰格兰汤姆孙棱镜汤姆孙棱镜偏光分束镜偏光分束镜 : :沃拉斯顿棱镜沃拉斯顿棱镜 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光轴的取向使光轴的取向使o光、光、e光对应的恰是光对应的恰是no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)12方解石方解石方解石方解石 oe光轴光轴光轴光轴方解石方解石 n0ne二二. . 晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏

34、晶体相移器件，圆和椭圆偏振光的起偏1. 1. 晶片晶片相位延迟片相位延迟片晶片晶片是是光轴平行表面的晶体薄片。光轴平行表面的晶体薄片。ydxAAoAe 线偏振光线偏振光光轴光轴 通过厚为通过厚为d的晶片，的晶片，o、e光产生相位差：光产生相位差： 2 dnnoeAAoAe 光轴光轴P cossinAAAAeo 振幅关系振幅关系从晶片出射的是从晶片出射的是两束传播方相同、振动方向两束传播方相同、振动方向相互垂直、频率相等、相位差相互垂直、频率相等、相位差 的线偏振光，的线偏振光，它们合成为一束它们合成为一束椭圆偏振光椭圆偏振光。,4 23,2 时为圆偏振光时为圆偏振光 2. 2. 波（晶）波（晶

35、）片片 (1) (1) 四分之一波四分之一波片片24 dnnoe4 线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光2 , 0 线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光从线偏振光获得椭圆或圆偏振光（或相反）（或相反）240 ， 线偏振光线偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光(2) (2) 二分之一波片二分之一波片 2dnnoe使线偏振光振动面转过使线偏振光振动面转过2 2 角度角度 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出入出入光轴光轴(3) (3) 全波全波片片 2 dnnoe三三. . 椭圆与圆偏振光的检偏椭圆与圆偏振光的检偏用四分之一波片和偏振片用四分之一波片和偏振片P P可区分出自然光

36、可区分出自然光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光和圆偏振光或部分偏振光和椭圆偏振光 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

37、放置线偏振光线偏振光I变变, 无消光无消光6 6 偏振光的干涉偏振光的干涉一一. . 偏振光干涉装置偏振光干涉装置d晶片晶片C 偏振片偏振片P2偏振化方向偏振化方向 单色单色自然光自然光偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光轴方向光轴方向二二. . 偏振光干涉的分析偏振光干涉的分析1. 1. 振幅关系振幅关系P2P1CA1AeAoA2oA2e sin1AAo cos1AAe 在在P P2 2 后，两束光振动方向平行，振幅为：后，两束光振动方向平行，振幅为： cossincos12 AAAoooeeAAAA212cossinsin 通过晶体通过晶体C C后后oecnnd 2此两束光合成为一束椭圆

38、偏振光此两束光合成为一束椭圆偏振光通过通过P P2 2 后后（若（若P P1 1、P P2 2夹角小于夹角小于 ，则无附加相差，则无附加相差 ） oecnnd22. 2. 相位关系相位关系), 2 , 1(,2122 knnkdkoe 相长干涉相长干涉相消干涉相消干涉 oennkdk )12(若单色光入射，且若单色光入射，且d不均匀，则屏上不均匀，则屏上出现等厚干涉条纹。出现等厚干涉条纹。三三. . 色偏振色偏振白光入射，晶片白光入射，晶片d均匀均匀屏上屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它由于某种颜色干涉相消，而呈现它的的互补色互补色这叫（显）这叫（显）色偏振色偏振。若若d不均匀，则屏上出现彩色

39、条纹。不均匀，则屏上出现彩色条纹。如 红色红色相消绿色绿色；蓝色蓝色相消黄色黄色，7 7 人工双折射人工双折射人为地造成各向异性，而产生双折射。人为地造成各向异性，而产生双折射。一一. . 光弹效应光弹效应( (应力双折射效应应力双折射效应) )P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃C应力应力各向异性各向异性 各向不同各向不同n各向不同各向不同SFknnoe 在一定应力范围内：在一定应力范围内： SFdknndoe22各处各处 不同不同各处各处 不同不同出现干涉出现干涉条纹条纹SF 变变 变变干涉干涉情况变。情况变。SF 二二. . 电光效应电光效应电光效应也叫电致双折射效应电光效应也叫电致双折射效应1.1.克尔效应克尔效应 (1875年)l+-45 45 P1P2克尔盒克尔盒d 不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P P2 2不透光不透光 加电场加电场液体呈单轴晶体性质，液体呈单轴晶体性质，2kEnnoe 二次电光效应二次电光效应 E E 电场强度，电场强度，k 克尔常克尔常数数克尔效应引起的相位差为：克尔效应引起的相位差为：dkVllnnoek