第十四章第三课

巴比涅补偿器d1d2光束垂直入射光轴上楔中o光e光下楔中e光o光附加相位差光程差索列尔补偿器偏振光的干涉自学§14－5偏振光的干涉偏振光的干涉同样有重要的应用。从干涉现象来说，偏振光的干涉与自然光的干涉现象相同，但实验装置不同：自然光干涉是通过分振幅法或分波面法获得两束相干光，进行干涉；偏光干涉则是利用晶体的双折射效应，将同一束光分成振动方向相互垂直的两束线偏振光，再经检偏器将其振动方向引到同一方向上进行干涉，即，通过晶片和一个检偏器即可观察到偏光干涉现象。光波通过晶片时，一般分成、两光波；但叠加时不产生干涉现象，原因是两光波振动方向相互垂直。若能使其同方向振动，则将出现干涉现象（、两光波，通过晶片后的频率不变，而且相位差恒定）。这种通过晶片后产生的干涉，就是偏振光干涉。这时，应考虑振动方向（由偏振器的取向决定）和相位差（、两光波在晶体中光程差决定）两个因素对干涉光强的影响。一实验装置晶片的厚度为，光轴平行于晶片表面。起偏器将入射的自然光变成线偏振光，检偏器则将有一定相位差、振动方向互相垂直的线偏振光引到同一振动方向上，使其产生干涉。的偏振化方向与光轴夹角为。

与偏振化方向夹角为；

二干涉光强公式单色自然平行光通过变成振幅为的线偏振光，线偏振光的光强度为线偏振光垂直投射到晶片上，在晶片内被分解为振动方向互相垂直的两束线偏振光(光和光)。两光的振幅为

沿光轴振动光

垂直光轴振动光

—入射线偏振光与光轴夹角由于是垂直振动，而且相位差恒定，合成振动矢量端点轨迹一般为椭圆，即从晶片出射的光，一般为椭圆偏振光。两光通过晶片后的相位差为从出射两束振动方向平行的线偏振光，振幅分别为从出射的两束光频率相同、振动方向平行、相位差恒定，是相干光。将要产生干涉，干涉光强度为1起偏器与检偏器正交

光强度与晶片产生的相位差和两偏振器的取向有关

从出射后的光强度为

当或时，即光在晶片中的振动方向与偏振器之一的透光轴一致时，无论相位差是多少，从出射后的光强度为零；这还是与相位差有关；当时，即光在晶片中的振动方向与偏振器之一的透光轴夹角为时，从出射后的光强度最大（相位差不变的情况下），为当取其它值时（相位差不变的情况下），光强度不是最大。（1）晶片为全波片即晶片为半波片时，输出光强得到加强。如果，则输出光强最强，为。当晶片产生的相位差为（2）晶片为半波片即晶片为全波片时，输出光强为零。无论为多大，输出光强都为零。当晶片产生的相位差为2起偏器与检偏器平行

光强度与晶片产生的相位差和两偏振器的取向有关

从出射后的光强度为

这还是与相位差有关；当或时，即光在晶片中的振动方向与偏振器之一的透光轴一致时，无论相位差是多少，从出射后的光强度最强，为；当时，即光在晶片中的振动方向与偏振器之一的透光轴夹角为时，从出射后的光强度最弱（相位差不变的情况下），为当取其它值时（相位差不变的情况下），光强度不是最弱。（1）晶片为全波片即晶片为半波片时，输出光强最弱。如果，则输出光强最强，为零。当晶片产生的相位差为（2）晶片为半波片当晶片产生的相位差为即晶片为全波片时，输出光强最强，为。无论为多大，输出光强都为。起偏器与检偏器正交和平行，两种情况干涉输出光强正好互补。使用全波片时，无论起偏器与检偏器正交还是平行，转动晶片时，输出光强不变。使用半波片时，起偏器与检偏器平行，则输出光强最弱；起偏器与检偏器正交，则输出光强最强，而且有消光现象。由于弱光不易观察和测量，强光易于观察和测量，所以，在进行平行偏振光干涉实验时，一般是令起偏器与检偏器正交，使用半波片。对单色光变化，出现干涉条纹，对白光有彩色条纹。四出现干涉条纹的偏振光干涉棱角为的楔形石英晶片置于两个正交偏振片之间，在准单色光入射时，位于后面的观察屏上，可以出现一组平行的直条纹，或通过一透镜将此条纹放大成像于观察屏上。偏振光的干涉，在工程上有着广泛的应用。例如，塑料、玻璃和一些有机材料属非晶体物质。一般情况下，它们对于光是各向同性的。但是，在机械力的作用下，受到拉伸或压缩时，会产生类似单轴晶体的各向异性的性质，在光的照射下产生应力双折射现象。因此用这些材料制作各种工程部件模型，模拟部件受力的情况，并观察分析偏振光通过部件模型产生的干涉条纹，可判断部件内部的应力分布，最后以此为根据来决定工程材料的选用、加固等。这种方法也称为光测弹性方法。例13－4如图，楔形石英晶片（，），顶角，光轴与棱边平行，偏振片、的偏振化方向相互垂直，且都与晶片的光轴成角。单色光波长，(1)干涉条纹的形状如何?相邻两暗条纹的间距为多少?(2)旋转，图样如何变化?(3)保持，晶片以光束为轴旋转，图样如何变化?解：(1)由已知、，则由出射的光强为而，可知相同，就相同，因此光强相同。所以干涉条绞是沿棱边走向的明暗相间的直条纹

即暗纹条件为在处，，明条纹中心；在处，，为暗条纹中心。相邻两条暗纹间距为相邻两暗条纹对应的厚度差为得第级暗纹对应楔片厚度为在处，，明条纹中心；在处，，为暗条纹中心。与旋转前比正好为明暗条纹互换位置。(2)旋转，、，则由出射的光强为(3)保持，晶片以光束为轴旋转，

则、，则

无论等于多少，光强都为零，即视场一片黑暗。§13.6旋光现象一、物质的旋光性除石英外，氯酸钠、乳酸、松节油、糖的1811年，法国物理学家阿喇果（Arago）其振动面能发生旋转，发现，线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时，这称为旋光现象。水溶液等也都具有旋光性。

晶体

a—旋光率

l光轴实验表明，旋光率a与旋光物质和入射波长等因素有关，石英对=589nm的黄光，a=21.75/mm；而对=408nm的紫光，a=48.9/mm。对于溶液，旋光率

a还和旋光物质的浓度有关。

相同浓度下，旋光率随入射光的波长而改变的现象，称为旋光色散。c是溶液浓度旋光性左旋右旋物质左旋物质右旋物质物质的旋光性是和物质原子排列结构有关的，原子排列互为镜像对称，左旋物质与右旋物质的称为同分异构体。二、人为各项异性电光效应也叫电致双折射效应。克尔效应（1875年）45P2l+-克尔盒dP145不加电场→液体各向同性→P2不透光；加电场→液体呈单轴晶体性质，光轴平行电场强度P2透光。硝基苯溶液

—二次电光效应k—克尔常数，U—

电压克尔效应引起的相位差为：时，克尔盒相当半波片，P2透光最强。45P2l+-克尔盒dP145硝基苯溶液可作为光开关（响应时间109s），克尔盒的应用：克尔盒的缺点：和加数万伏的高电压，用于高速摄影、激光通讯、光速测距、脉冲激光系统（作为Q开关）硝基苯有毒，需要极高的纯度故现在很少用。易爆炸，子弹射穿苹果的瞬间（高速摄影）第15章光与物质相互作用光的散射光的吸收光的色散光在介质中传播固有频率阻尼系数15.1分子光学的基本概念一、电偶极子模型带电粒子受力——电场力——其他电荷给的弹性力——电磁辐射阻尼力稳态解稳态解感生电偶极矩当o

振幅最大：分子的极化率二、带电粒子分类原子核、离子——重振子惯性大，在频率较低的红外光中才能振动。电子振子很轻能在可见光照射下振动。各向同性介质：

是常量一般各向异性介质：

与外电场方向有关，是张量。方向关系复杂。散射——在侧面能接收到光。1）媒质的不均匀度a<<的媒质散射——瑞利散射

2）大颗粒媒质散射对波长无选择。15.2光的散射

光源瑞利散射区散射概率米氏区3）拉曼散射紫伴线红伴线o——分子的固有频率。分子的固有频率不止一个，所以拉曼光谱中还有光源散射物质光谱仪红伴线斯托克斯线紫伴线反斯托克斯线15.3光的吸收IoIx0xI-dI

x+dx朗伯特定律真吸收散射15.4光的色散1、任何光学材料都有色散。2、正常色散：n3、反常色散：处于吸收带附近。柯西公式Itisalightscatteringtechniquelaserlightisshoneo