物理光学光的偏振

1、1光的偏振 (2) 25.4 双折射现象一.双折射现象 (透过方解石看字成双像)象折射现o光方解石晶体CaCO3双e光纸面折射现3 以入射线为轴转方解石,光点o不动，e 绕o转，用偏振片检验，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。一束光入射到各向异性的媒质中分成两束光的现象。(演示) 方解石oeeo所以，利用双折射现象也可以获得线偏振光。4二.几个重要的概念1.寻常光（o光）和 非寻常光（e光） 寻常光（ordinary light）： 遵从折射定律非寻常光（extra-ordinary light）： 一般不遵从折射定律折射线一般不在入射面内。n1n2irore(各向异性媒质)自然光o光e光5

2、2. 晶体的光轴当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生双折射，该方向称为晶体的光轴。 例.方解石晶体是由平行六面体构成的。 六面体每个面都是钝角1020和锐角780的平行 四边形，A点和B点是三个钝角的会合点， AB线与三条棱边的夹角相等。6如果将A或B磨平，使磨面与光轴垂直，当光线垂直磨面入射时，无双折射现象。方解石晶体的光轴光轴AB实验发现AB的方向即光轴的方向。 7 只有一个光轴的晶体称单轴晶体， 如方解石、石英,冰等； 有两个光轴的晶体称双轴晶体, 如云毋、硫磺，兰宝石等。 （本章只讨论单轴晶体的双折射）3.主平面和主截面主平面：晶体中某条光线与晶体光轴构成 的平面,称为该光线的主平面

3、。0光有0光的主平面；e光有e光的主平面.8O 光振动其主平面; 实验表明: e光振动在其主平面内o光，e光的主平面可能重合， 也可能不重合；e光光轴e光的主平面o光光轴o光的主平面主截面： 晶体表面的法线与晶体光轴构成的平面。9三.晶体的主折射率，正晶体、负晶体 o光的子波，各方向传播的速度相同为v0，点波源波面为球面,振动方向始终垂直其主平面.(如图) o光只有一个光速vo 一个折射率no.惠更斯研究双折射现象提出:在各向异性的晶体中,子波源会同时发出o光、e光两种子波.vot光轴10 e光的子波,各方向传播的速度不同。e光在平行光轴方向上的速度与o光的速度相同为v0;点波源波面为旋转椭球

4、面,振动方向始终在其主平面内.（如图）光轴vetvote光在垂直光轴方向上的速度与o光的速度相差最大，记为 ve，其相应的折射率为 ne.11n0 ，ne称为晶体的主折射率.正晶体： neno(ve vo)，如石英、冰等。负晶体： neno(ve vo)，如方解石、红宝石等。子波源votvet光轴votvet光轴 正晶体 (vo ve) 负晶体 (vo ve )子波源12下面以负晶体(ve vo) 为例:1. 光轴晶体表面， 自然光入射:o, e在方向上虽没分开，但速度上是分开的，仍是两束光。 还是有双折射的。四.晶体中光传播方向的惠更斯作图法：在特殊情况下（入射面包含光轴或垂直光轴），可以按

5、惠更斯作图法在纸面上作图，找出o光，e光的传播方向。作图：- e oe o光轴晶体13若光轴垂直晶体表面，还有没有双折射？一快（ e 光）一慢(o光)两束光。e光,o光的振动方向如何？方法：先找它们的主平面。o光 - 点e光 - 道 e oe o光轴晶体142. 光轴晶体表面，且入射面，自然光斜入射 此种情况下，在入射面（纸面）内，o光，e光都满足折射定律，作图：-o光、e光的振动方向如何？o光 -道；e光 - 点.晶体光轴ir0reo oteteo ect即153. 光轴与晶体表面斜交，自然光 入射这正是前面双折射现象演示中的双折射情形。作图: -o光、e光的振动方向如何？o e晶体光轴 e

6、方解石光轴o eo注意:此时e光的波面不再与其传播方向垂直了。16五. 晶体偏振器件 1. 晶体的二向色性、晶体偏振器某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，这就是晶体的二向色性. 例如,电气石对o光有强烈吸收，对e光吸收 很弱，用它可产生线偏振光：(晶体偏振器)电气石光轴光轴e光17天然晶体偏振器尺寸不大，成本高。现今广泛使用偏振片（人工使具有二向色性的细微晶粒的光轴在塑料薄膜上定向排列）。2. 偏振棱镜偏振棱镜可得高质量的线偏振光。 但利用晶体二向色性获得的偏振光 不够纯，强度也不大。（书上的例子自学）18 对第一个棱镜是o光，它由光密光疏， 让其入射角临界角(约690)， 在交界面全反射,

7、被涂层吸收。光轴光轴方解石方解石加拿大树胶 (n = 1.55)oe吸收涂层i 例1. 格兰-汤姆逊偏振棱镜光轴的取向使o光、e光对应的 恰是主折射率no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)19对第一个棱镜是e光，它绝大部分透射，并且沿入射方向射出第二个棱镜，即为所要的非常纯的线偏振光。 (入射光可有约10 0 范围内偏差). 光轴光轴方解石方解石加拿大树胶 (n = 1.55)oe吸收涂层ino (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)20 例2.沃拉斯顿棱镜光从棱镜1进入棱镜2时： o光(点)变e光 光密光疏 折射角入射角; e光(道)变o光

8、光疏光密 折射角入射角， 二者分开。进入空气后,均是由光密光疏， 可得到进一步分开的二束线偏振光。12方解石方解石oe光轴光轴（偏光分束镜）no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)215.5 椭圆偏振光和圆偏振光一.椭圆偏振光和圆偏振光的获得1.晶片：光轴平行表面的晶体薄片。通过厚度为d的晶片，o、e光产生相位差：它正是惠更斯作图法的例1(晶体中一快一慢)晶片也称为相位延迟器.ydxAAoAe线偏振光光轴AAoAe光轴P22o、e光振幅关系：在晶体内, o、e光的振动方向如何?先找主平面:0光振动是其主平面;e光振动在其主平面内.迎着光看,入射到晶片上的光振幅可分解为o光和e

9、光两个振幅如图.有时常称光轴为e轴.ydxAAoAe线偏振光光轴AAoAe光轴P23 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、有恒定相位差的线偏振光，它们一般合成为一束椭圆偏振光.当 时为圆偏振光。2. 波（晶）片对某个波长而言，当o、e光在晶片中的光程差为的某个特定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。所以, 椭圆(圆)偏振光可用 晶片来获得.24 四分之一波片作用：从线偏振光获得(正)椭圆或圆偏振光（或相反）圆(o光,e光分量的振幅相等)椭圆线偏振光(只有平行于光轴的分量)线偏振光(只有垂直于光轴的分量)25 (正)椭圆或圆偏振光,经1/4波片为什么可以 获得线偏振光呢

10、?因为(正)椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有了相位差/2, 经1/4波片以后,又有 /2的相位差,所以出来的就是相位差为0或的线偏振光了. 二分之一波片26作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。 若入射点处线偏振光分解的o、e光同相 则出射点处仍是线偏振光: o、e光反相 若线偏振光入射时, 出射光仍是线偏振光， 只是振动方向转过2角.当若入射的是圆偏振光(已有/2),经1/2波片(又有 ),出来仍是圆偏振光,但是左旋右旋A0入A0出A入A出Ae入= Ae出入光轴27若入射的是椭圆偏振光,经 1/2 波片,出来仍是椭圆偏振光,但是旋转的方向改变,而且椭圆的长轴转过 2 角. 全波片：它对波长为的光没有影响（相位延迟了2）。但是对别的波长的光来说是有影响的.28二.椭圆与圆偏振光的检偏 用1/4 波片和偏振片 P 可区分出 自然光和圆偏振光 或部分偏振光和椭圆偏振光。?片PI(转)29I片P(转)?（光轴长或短轴