光学4-3(基础物理课堂讲稿下第二十一讲).ppt

1、第四章 光的偏振(续) 第二十一讲,4.9 偏振光的干涉,单色偏振光的干涉,实验现象:,单入射,+波片d均匀并转动,幕上光强变化,+尖劈波片,单入射,幕上干涉条纹,白光入射,+波片d均匀并转动,幕上颜色变化,白光入射,+尖劈波片,幕上彩色干涉条纹,分析：,O光e光来自同一波列偏振片前 O光e光 无干涉,O光e光经偏振片2 后 O光e光 干涉,不满足相干 第三条件:振动同向,线偏振方向,光轴,入射面与主截面重合三面重合,O光光轴，e光光轴,当=0时，仅e光=线偏振光,当=/2时，仅O光=线偏振光,当=其它，有O光e光并合成椭圆偏振光,光轴, P1P2,偏振片1,偏振片2,波片,A1e,A1O,A

2、1,A2e,A2O,波片O光e光,单色自然光,偏振片1 A1,A1OA1e,偏振片2,A2OA2e,A2O= A1Ocos= A1 sin cos,A2e= A1esin = A1 cos sin,频率同,相位差恒定,振动同向,干涉,A2O光和A2e光间相位差:,A2O= A2e,(消光), P1P2,偏振片1,偏振片2,波片,单色自然光,偏振片1 A1,波片O光e光,A1OA1e,A1e,A1O,A1,偏振片2,A2OA2e,频率同,相位差恒定,振动同向,干涉,A2O= A1Osin= A1sin2,A2e= A1ecos = A1 cos2,A2O光和A2e光间相位差:,A2O A2e,(

3、不完全消光),A2O和A2e同向无,(除=45外),归纳：, P1P2, P1P2,(完全消光),A2O= A2e,(不完全消光),A2O A2e,=0或/2 无双折射 A1P1 A1P2 消光,波片旋转一周 =02 四个消光位置(0,/2, 3/2),=0或/2 无双折射 A1P1 A1 P2 最亮,波片旋转一周 =02 四个最亮位置(0,/2, 3/2), P1P2与P1P2亮暗互补,旋转P2观察之,整个视场相位差相同亮度均匀,波晶片不同部位相位差不同干涉条纹, 波晶片厚度d均匀, 波晶片厚度d不均匀,例如:尖劈波片,显色偏振,白光入射一定晶片d均匀,干涉色,满足亮条件的波长,白光入射一定

4、晶片d不均匀,干涉色分布,满足亮条件的波长,旋转偏振片P2或P1,P1P2时干涉色 P1P2时干涉色,2k1亮,2k 2亮,1暗,2暗,旋转偏振片P2或P1,干涉色分布变化,应用：建立干涉色与光程差的一系列数据库,由干涉色和晶片厚查数据库求出双折射率和辨别正负晶体,会聚偏振光的干涉,定性分析,光轴垂直于晶体表面的晶片,O光e光之间无相位差,无干涉,会聚光,斜出射光O光e光间有相位差,有干涉,因为沿光轴传播,因为没有沿光轴传播,相同入射角其相位差相同,应是干涉园环,定量分析,会聚偏振光的干涉装置如下：,像方干涉条纹,物方干涉条纹,A1,A1O,A1e,A2e,A2O,D,入射到晶片D点上的光振动

5、A1P1,A2O= A1Osin= A1cossin,A2e= A1ecos = A1sincos,I=A22O+ A22e+2A2OA2ecos(+),=A1sin2(1-cos),可见:=0, 90, 180, 270处, I=0 黑十字,P1P2,单轴晶体 光轴晶体表面,单轴晶体 光轴晶体表面,双轴晶体,应用：建立所有晶体的偏光干涉图样数据库(图集)。,提问：怎么物理解释黑十字?,提示：分析N、M、E和F点处O光和e光的主平面,偏光显微镜干涉图样,找矿山上采集样品,与数据库对比,鉴定各种矿物标本,4.10 人为双折射,两相互正交的偏振片之间放入样品,有光透过各向异性样品,外力各向同性变成

6、各向异性双折射彩色干涉条纹,应力分布越集中的地方条纹越细密,各向同性样品仍有彩色干涉条件,说明样品内有残余应力。,应力引起的双折射,电场引起的双折射,克尔效应:,加电场各向同性变成各向异性,双折射率有光通过,实验表明：,双折射率ne-nO电场E,克尔效应响应时间极短t=10-9s,应用：作高速快门光开关用于高速摄影等,旋光现象,4.11 旋光性,石英，糖溶液,药物等有旋光性,旋光现象规律：,3.旋光率a,溶液比旋光率a与波长和物质性质有关,检偏器测 测出溶液浓度,白光入射旋光物慢旋转检偏器出射光颜色变旋光色散,理论解释见赵凯华“光学”下册p217,旋光性与生物活性,旋光异构体,右旋物质(顺时针

7、旋)-D型,左旋物质(逆时针旋)-L型,化学成分相同,但化学结构互为镜像如,发现:同一物质在生物体外和体内其旋光不同。,人工合成的糖, D型与L型掺半,生物体内的和天然的糖 D型,D型,L型,人工合成的氨基酸, D型与L型掺半,生物体内的和天然的氨基酸 L型,研究此差异，可能揭开生命之谜。,初步研究结果：,生物体内催化剂酶只有L型，只消化L型养料，维持D型和L型不平衡。,不平衡平衡,生命老化过程,右旋石英晶体,药物左旋霉素,左旋,磁致旋光,1845年法拉第发现：,不通电 P1P2 消光,通电后 P1P2 不消光, P2转角 消光,表明:无磁场下物质无旋光,表明:在磁场下物质有旋光-,磁致旋光,实验表明：对于给定