2024/7/291第第22章章 光的偏振光的偏振光波的振动方向光波的振动方向光波是横波光波是横波2024/7/292 偏偏振振现现象象是是横横波波所所特特有有的的性性质质，光光的的偏偏振振现象进一步说明光的波动性，并表明光是横波现象进一步说明光的波动性，并表明光是横波。18-1偏振光和自然光偏振光和自然光 18-1偏振光和自然光偏振光和自然光（a）横波通过狭缝）横波通过狭缝（b）横波通不过狭缝）横波通不过狭缝2024/7/29318-1偏振光和自然光偏振光和自然光偏偏振振态态：电电磁磁波波是是横横波波，光光矢矢量量（电电场场矢矢量量）的的振振动动方方向向与与光光的的传传播播方方向向垂垂直直，在在与与光光传传播播方方向向垂垂直直的的平平面面上上看看，光光矢矢量量可可以以向向各各个个方方向向振振动动，当当光光矢矢量量保保持持某某种种特特定定的的振振动动状状态态时时，如如只只沿沿某某一一方方向向振振动动，称称为为偏振态偏振态。光光的的分分类类：按按照照光光的的偏偏振振状状态态的的不不同同，可可将将光光分分为为五五类类，线线偏偏振振光光、圆圆偏偏振振光光、椭椭圆圆偏偏光光、部部分分偏偏振振光和自然光光和自然光。yzx电磁波电场E振动2024/7/294一、线偏振光一、线偏振光电电磁磁波波中中E矢矢量量始始终终沿沿某某一一方方向向振振动动时，称为时，称为线偏振光线偏振光。振动方向在纸面内振动方向垂直纸面线偏振光的图示线偏振光的图示yzx线偏振光电磁波电场E振动磁场H振动18-1偏振光和自然光偏振光和自然光光的振动始终在这光的振动始终在这一平面内，所以又称一平面内，所以又称为为平面偏振光。平面偏振光。E振动的方向振动的方向x与光与光传播的方向传播的方向z所组成的所组成的平面平面xz称为称为振动面。振动面。2024/7/295二、自然光二、自然光 光光源源中中每每个个原原子子每每次次发发出出的的光光都都是是一一列列有有限限长长的的线线偏偏振振光光，但但都都是是随随机机发发射射的的，因因此此迎迎着着光光传传播播的的方方向向观观察察，光光的的振振动动方方向向呈呈对对称称性性分分布布，各各个个方方向向振振动动大大小小均均等等，这这种种振振动动面面在在空空间间各各个个方方向向高高速速随随机机变变化化的的光光称称为为自然光。自然光。 在在与与光光传传播播方方向向垂垂直直的的平平面面上上建建立立坐坐标标，将将光光振振动动分分解解到到坐坐标标上上，自自然然光光可可以以看看作作是是由由两两个个振振动动方方向向垂垂直直、相相互互间间没没有有固固定定相相位位差差、等等振振幅幅的的线线偏偏振光组合而成的。振光组合而成的。自然光图示自然光图示yx无固定相位差yx18-1偏振光和自然光偏振光和自然光2024/7/296四、椭圆偏振光和圆偏振光四、椭圆偏振光和圆偏振光 三、部分偏振光三、部分偏振光 当当光光的的振振动动在在各各个个方方向向上上不不均均匀匀时时，称称为为部分偏振光。部分偏振光。部分偏振光图示部分偏振光图示 若若在在垂垂直直于于光光传传播播方方向向的的平平面面内内，光光矢矢量量按按一一定定角角速速度度旋旋转转，迎迎着着光光看看，光光矢矢量量的的端端点点轨轨迹迹是是圆圆，则则称称为为圆圆偏偏振振光光，端端点点轨轨迹迹是是椭椭圆圆，则称为椭圆偏振光。则称为椭圆偏振光。18-1偏振光和自然光偏振光和自然光2024/7/297一、偏振片的起偏和检偏一、偏振片的起偏和检偏 当当机机械械横横波波通通过过一一狭狭缝缝，如如狭狭缝缝方方向向与与机机械械横横波波的的振振动动方方向向相相同同时时，此此横横波波可可通通过过狭狭缝缝，当当狭狭缝缝方方向向与与机机械械横横波波的的振振动动方方向向相相垂垂直直时时，此此横横波波就就不不能通过狭缝。能通过狭缝。18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理（a）横波通过狭缝）横波通过狭缝（b）横波通不过狭缝）横波通不过狭缝 18-2 起偏和检起偏和检 马吕斯定理马吕斯定理2024/7/298 与与机机械械波波相相仿仿，对对于于光光波波我我们们也也可可找找到到类类似似的的“狭狭缝缝”，使使自自然然光光通通过过此此狭狭缝缝后后，变变为为线线偏偏振振光光，则此则此“狭缝狭缝”称为称为起偏器起偏器。二二向向色色性性：几几乎乎可可将将某某一一方方向振动的光全部吸收的性质。向振动的光全部吸收的性质。起偏自然光偏振光P1起偏器偏振化方向18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理偏振片：偏振片：利用具有利用具有 二向色性的二向色性的物质所制成的薄片。物质所制成的薄片。偏振化方向：偏振化方向：偏振片只使一偏振片只使一个方向的光振动通过，这一特个方向的光振动通过，这一特定的方向称为偏振化方向。定的方向称为偏振化方向。起偏器：起偏器：自然光通过偏振片后，自然光通过偏振片后，变成线偏振光。变成线偏振光。2024/7/299P2检偏器检偏P1起偏器自然光偏振光偏振光无透射 当当检检偏偏器器的的偏偏振振化化方方向向与与偏偏振振光光的的振振动动方方向向一一致致时时，偏偏振振光光可可以以通通过过检检偏偏器器，透透射射光光最最强强，当当相相互互垂垂直直时时，偏振光就不能通过检偏器，这时称为消光。偏振光就不能通过检偏器，这时称为消光。18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理检偏器检偏器检查某光线是否是偏振光的偏振片。检查某光线是否是偏振光的偏振片。2024/7/2910二、马吕斯定理二、马吕斯定理 自自然然光光的的强强度度为为I，经经起起偏偏器器后后偏偏振振光光的的强强度度为为I1，设设起起偏偏器器和和检检偏偏器器的的偏偏振振化化方方向向成成 角角，通通过过检检偏偏器器后后的的透透射射光光强强为为I2，当当偏偏振振光光的的振振动动方方向向与与检检偏偏的的偏偏振振化化方方向向成成 角角时时，可可将将起起偏偏后后偏偏振振光光的的振振幅幅A1分分解到与检偏器偏振化方向一致和相垂直的坐标上解到与检偏器偏振化方向一致和相垂直的坐标上P1起偏器P2检偏器I2I1IP2P1A1A1sinA1cos振幅A振幅A1振幅A218-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理2024/7/2911 自自然然光光变变为为偏偏振振光光后后，因因一一半半的的振振动动被被吸吸收收，起起偏后，偏振光的光强为自然光光强的一半。偏后，偏振光的光强为自然光光强的一半。 偏偏振振光光通通过过检检偏偏器器时时，其其振振幅幅A1与与检检偏偏器器偏偏振振化化方方向向一一致致的的分分量量A1cos 可可以以通通过过检检偏偏器器，垂垂直直方方向向上上的的分分量量A1sin 不不 能能 通通 过过 检检 偏偏 器器 ， 则则A2=A1cos 。由由于于光光强强与与振振幅幅的平方成正比，的平方成正比，I A2，所以，所以即即 此式称为此式称为马吕斯（马吕斯（E.L.Malus）定律）定律。18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理P2P1A1A1sinA1cos2024/7/2912例例 两两正正交交的的偏偏振振片片之之间间，有有一一偏偏振振片片以以角角速速度度 绕绕光光轴轴旋旋转转。证证明明自自然然光光I0通通过过这这一一系系统统后后，出出射射光光强度强度I强弱变化的频率被调制为旋转频率的四倍。强弱变化的频率被调制为旋转频率的四倍。解解 如如图图，设设t时时刻刻旋旋转转偏偏振振片片与与起起偏偏器器偏偏振振化化方向的夹角为方向的夹角为 = t，则，则偏振光偏振光I1偏振光偏振光I2自然光I0I1I2I出射光90-18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理2024/7/2913出射光出射光I18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理自然光I0I1I2I出射光90-2024/7/2914出射光出射光I 出出射射光光强强变变化化的的频频率率为为旋旋转转频频率率的的4倍倍。可可以以看看出出原原本本偏偏振振化化方方向向相相互互垂垂直直而而不不透透光光的的两两正正交交偏偏振振片片，在在其其中中间间插插入入另另一一偏偏振振片片后后，可可有有偏偏振振光光透透射出。射出。18-2 起偏和检偏起偏和检偏 马吕斯定理马吕斯定理2024/7/2915一、光在反射和折射时的偏振一、光在反射和折射时的偏振 1809年年马马吕吕斯斯发发现现，自自然然光光在在两两种种介介质质的的交交界界面面上上发发生生反反射射或或折折射射时时，反反射射光光和和折折射射光光都都将将成成为为部部分分偏偏振振光光。如如光光从从空空气气入入射射到到玻玻璃璃上上，反反射射光光中中垂垂直直于于入入射射面面的的光光矢矢量量较较强强，折折射射光光中中平平行行于于入入射射面面振振动动的的光矢量较强。光矢量较强。iirn1n218-3 反射和折射时的偏振现象反射和折射时的偏振现象改变入射角改变入射角i时，反射、折射光的偏振化程度会改变。时，反射、折射光的偏振化程度会改变。 18-3 反射和折射时的偏振现象反射和折射时的偏振现象2024/7/29161812年年布布儒儒斯斯特特发发现现，当当反反射射光光和和折折射射光光成成90 角角时时，反反射射光光变变为为全全偏偏振振光光，振振动动方方向向垂垂直直于于入入射射面面，折折射射光光为最大程度的部分偏振光。为最大程度的部分偏振光。i0称为布儒斯特角称为布儒斯特角，n21是相对折射率。是相对折射率。i0i0rn1n290由由和折射定律和折射定律得得即即布儒斯特定律布儒斯特定律18-3 反射和折射时的偏振现象反射和折射时的偏振现象二、布儒斯特定律二、布儒斯特定律2024/7/2917三、布儒斯特定律的应用三、布儒斯特定律的应用利用玻璃片堆利用玻璃片堆产生全偏振光产生全偏振光i0反射光折射光 利利用用布布儒儒斯斯特特定定律律可可以以获获得得偏偏振振光光。空空气气的的折折射射率率n1=1.00，玻玻璃璃n2=1.50，当当入入射射角角i0 56.3 时时，就就可可得得到到全全偏偏振振的的反反射射光光。但但一一次次反反射射所所得得的的光光强强很很弱弱，约约占占总总入入射射光光强强的的7.5%左左右右。而而折折射射光光的的偏偏振振化化程程度度低低，这这时时可可利利用用玻玻璃璃片片堆堆进进行行多多次次反反射射和和折折射射，最最后后反反射射光和折射都成为偏振光光和折射都成为偏振光。18-3 反射和折射时的偏振现象反射和折射时的偏振现象2024/7/291818-3 反射和折射时的偏振现象反射和折射时的偏振现象用玻璃片堆制成偏振器可起偏和检偏用玻璃片堆制成偏振器可起偏和检偏2024/7/2919u 双双折折射射：一一束束光光线线进进入入各各向向异异性性的的晶晶体体（如如方方解解石石CaCO3晶晶体体）后后，折折射射光光分分裂裂成成两两束束光光线线，它它们们沿沿不不同同方方向向折折射射，这种现象称为双折射。这种现象称为双折射。求求 是是求求 是是方解石的双折射现象一、双折射现象一、双折射现象u 寻寻常常光光和和非非常常光光：光光线线进进入入晶晶体体后后，分分成成两两束束，其其中中一一束束遵遵守守折折射射定定律律，称称为为寻寻常常光光线线（o光光），另另一一束束不不遵遵守守折折射射定定律律，称称为为非非常常光光线线（e光光）。o光光和和e光光都都是是线线偏偏振振光，它们的振动方向基本相互垂直。光，它们的振动方向基本相互垂直。o光e光自然光18-4 光的双折射光的双折射 18-4 光的双折射光的双折射2024/7/2920u 晶体的光轴晶体的光轴：晶体中存在一个方向，光沿该方向传晶体中存在一个方向，光沿该方向传播时，不产生双折射现象，称该方向为晶体的播时，不产生双折射现象，称该方向为晶体的光轴光轴。 方方解解石石晶晶体体形形成成等等边边平平行行六六面面体体，有有两两个个顶顶点点A和和B，其其三三个个棱棱边边之之间间的的夹夹角角都都为为102 ，AB的的连连线线就就是是光光轴轴，光光轴轴指指的的是是一一个个方方向向，与与AB平平行行的的直直线线都都是是光光轴轴。晶晶体体中中仅仅有有一一个个光光轴轴的的称称单单轴轴晶晶体体，如如方方解解右右、石石英英等等；有有些些晶晶体体有有两两个个光光轴轴称称双双轴轴晶晶体体，如如云云母母、硫硫磺磺、蓝宝石等。蓝宝石等。AB102晶体的 光轴10210210218-4 光的双折射光的双折射2024/7/2921u主平面主平面：光线与光轴组成的平面光线与光轴组成的平面。 io光e光e光o光斜入射垂直入射光轴o光和e光的主平面重合光轴18-4 光的双折射光的双折射 两主平面不完全重合，当入射面包含光轴时，两主平面不完全重合，当入射面包含光轴时，两主平面重合，且与入射面重合。两主平面重合，且与入射面重合。 o光的振动垂直于光的振动垂直于o光的主平面，光的主平面，e光的振动平行光的振动平行于于e光的主平面。光的主平面。2024/7/2922二、二、 双折射现象的解释双折射现象的解释 单轴晶体中光波的波阵面单轴晶体中光波的波阵面 晶晶体体中中原原子子排排列列有有序序，形形成成点点阵阵结结构构，但但由由于于在在各各方方向向上上原原子子排排列列的的密密度度不不同同，从从而而导导致致各各方方向向的的物物理理特特性不同性不同。l 在在各各向向异异性性的的晶晶体体中中，光光的的传传播播速速度度由由光光轴轴方方向向和和光光矢矢量量的的振振动动方方向向决决定定，两两者者夹夹角角不不同同，光光速速不不同同，相相应折射率不同。应折射率不同。l o光光的的振振动动方方向向垂垂直直于于主主平平面面，与与光光轴轴始始终终垂垂直直，因因此此向向各各个个方方向向传传播播的的速速度度都都相相同同（用用vo表表示示），折折射射率率是是常常数数（no=c/vo），遵遵守守折折射射定定律律，在在晶晶体体中中传传播播的的波阵面是球面。波阵面是球面。18-4 光的双折射光的双折射 产生双折射现象的原因产生双折射现象的原因：晶体内各向异性。晶体内各向异性。2024/7/2923l e光光的的振振动动方方向向在在主主平平面面内内，与与光光轴轴可可有有任任意意夹夹角角，所所以以各各个个方方向向的的传传播播速速度度不不同同，折折射射率率不不同同。当当传传播播方方向向与与光光轴轴方方向向一一致致时时，振振动动方方向向与与光光轴轴垂垂直直，则则速速度度与与o光光速速度度相相同同，而而在在与与光光轴轴方方向向垂垂直直的的方方向向上上，速速度度差差最最大，记作大，记作ve，折射率，折射率ne=c/ve称为称为e光的主折射率。光的主折射率。光轴光轴正晶体正晶体n no o n ne eoee波面o波面光轴光轴18-4 光的双折射光的双折射l若若vove，则，则none，称为，称为正晶体正晶体，如石英、冰等；，如石英、冰等； 若若vone，称为，称为负晶体负晶体，如方解石、电气石等。，如方解石、电气石等。2024/7/2924 晶体中晶体中o光和光和e光的传播光的传播l 平平行行光光斜斜入入射射负负晶晶体体表表面面，光光光光轴轴在在入入射射面面内内且且与与晶晶面面斜斜交交。 在在晶晶体体内内，o光光波波面面是是圆圆，e光光波波面面是是椭椭圆圆，在在光光轴轴方方向向上上两两面面相相切切，负负晶晶体体，椭圆外切圆。，椭圆外切圆。 当当光光束束1 在在晶晶体体内内从从 A点点运运动动到到过过D的的球球面面（对对o光光)和和E的的椭椭球球面面（对对e光光）时时，光光束束2从从C 点点运运动动到到B点点，连连接接BD和和BF，分分别别是是o光光和和e光光的的包包络络面面，连连接接AD和和AE，分分别是别是o光和光和e光的传播方向。光的传播方向。18-4 光的双折射光的双折射界面2024/7/2925l 平平行行光光正正入入射射负负晶晶体体表表面面，光光轴轴在在入入射射面内且垂直于界面。面内且垂直于界面。l 平平行行光光正正入入射射负负晶晶体体表表面面，光光轴轴在在入入射射面内但平行于界面。面内但平行于界面。光轴方向界面ABeoe光轴方向界面ABoe o光光e光光重重合合，不不发生双折射现象。发生双折射现象。 两两光光束束没没有有分分开开，但但传传播播方方向向上上波波面面不不重重合合，仍有双折射现象。仍有双折射现象。18-4 光的双折射光的双折射2024/7/2926l 平平行行光光斜斜入入射射负负晶晶体体表表面面，光光轴轴垂垂直直入入射面且与界面平行。射面且与界面平行。 e光光的的振振动动方方向向与与光光轴轴方方向向一一致致，对对于于负负晶晶体体，此此时时e光光的的速速度度最最大大，相相应应折折射射率率最最小小为为ne ，并并遵遵守守折折射射定定律律，利利用用o光光和和e光光的的折折射射率率no和和ne，可可由由折射定律分别求得两光的传播方向。折射定律分别求得两光的传播方向。BAC界面光轴方向eo18-4 光的双折射光的双折射2024/7/292718-4 光的双折射光的双折射三、三、 晶体光学器件晶体光学器件u 尼科尔棱镜尼科尔棱镜方解石方解石 n0=1.658 ne=1.486加拿大树胶加拿大树胶 n=1.55o,e光的主平面光的主平面o光以光以76入射入射加拿大树胶加拿大树胶2024/7/2928 如如图图所所示示渥渥拉拉斯斯顿顿棱棱镜镜的的截截面面是是由由两两个个棱棱镜镜角角均均为为45的的直直角角方方解解石石棱棱镜镜粘粘合合其其斜斜面面构构成成的的，棱棱镜镜ABD的的光光轴轴平平行行于于AB，棱棱镜镜BDC的的光光轴轴垂垂直直于于图图截截面面。当当自自然然光光垂垂直直AB入入射射时时，o光光和和e光光的的传传播播方方向向及光矢量振动方向如图所示。及光矢量振动方向如图所示。光轴光轴ABCD18-4 光的双折射光的双折射u 渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜2024/7/2929 光光垂垂直直进进入入第第一一块块棱棱镜镜时时不不偏偏折折，o光光e光光速速度度不不同同，折折射射率率none，由由于于第第二二块块光光轴轴方方向向不不同同，o光光到到第第二二块块棱棱镜镜时时变变成成了了e光光，是是由由光光密密到到光光疏疏，折折射射角角大大于于入入射射角角，折折射射后后光光线线偏偏离离法法线线，而而原原e光光变变为为o光光，由由光光疏疏到到光光密密，光光折折射射后后偏偏向向法法线线，从从第第二二块块棱棱镜镜进进入入空空气气时时两两光光被被进进一一步步分分开开，最最后后得得到到两两束束线偏振光。线偏振光。oe光轴光轴ABCD原原o光光18-4 光的双折射光的双折射2024/7/2930u 波晶片（波片、晶片）波晶片（波片、晶片） 波波片片是是有有一一定定厚厚度度的的晶晶体体薄薄片片，晶晶体体的的光光轴轴与与其其表表面平行。面平行。 若若垂垂直直入入射射光光是是自自然然光光， 在在晶晶片片内内分分为为o光光和和e光光，它它们们之之间间没没有有确确定定的的相相位位关关系系，出出射射后后仍是自然光；仍是自然光；光轴oe18-4 光的双折射光的双折射 垂直入射光的垂直入射光的o光光e光重合，光重合， 由于由于o光和光和e光的折射光的折射率不同，走过同样的路程，但相位改变不同；率不同，走过同样的路程，但相位改变不同； 若入射时就是线偏振光若入射时就是线偏振光，则出射，则出射光是两束振动方向相互垂直的线偏光是两束振动方向相互垂直的线偏振光，且振光，且有一定的相位差。有一定的相位差。2024/7/2931 设设波波片片厚厚为为d，o光光的的折折射射率率为为no，e光光的的为为ne，通通过过晶晶体体后后它它们们的的光光程差为程差为相位差为相位差为光轴oe18-4 光的双折射光的双折射2024/7/2932l 四分之一波片四分之一波片 使使o光光和和e光光通通过过波波片片后后相相位位差差为为 /2的的晶晶片片，称称为为四分之一波片。四分之一波片。l 二分之一波片二分之一波片 使使o光光和和e光光通通过过波波片片后后相相位位差差为为 的的晶晶片片，称称为为二分之一波片。二分之一波片。片的最小厚度片的最小厚度波片是对特定波长而言的，不同的波长有不同的波片。波片是对特定波长而言的，不同的波长有不同的波片。18-4 光的双折射光的双折射片的最小厚度片的最小厚度2024/7/2933设入射线偏振光的振动方向与晶轴方向之间的夹角设入射线偏振光的振动方向与晶轴方向之间的夹角 o光振幅光振幅 Ao=Asin d线偏振光椭圆偏振光C波片AAeAo光轴AoAee光振幅光振幅 Ae=Acos 18-5 椭圆偏振光椭圆偏振光 当当线线偏偏振振光光通通过过波波晶晶片片后后，出出射射的的o光光和和e光光是是振振动动方方向向互互相相垂垂直直、频频率率相相同同、有有恒恒定定相相位位差差，沿沿同一方向传播同一方向传播的光波。的光波。 18-5 椭圆偏振光椭圆偏振光2024/7/2934椭圆偏振光 按按简简谐谐振振动动合合成成，合合矢矢量量E的的端端点点的的轨轨迹迹是是椭椭圆圆螺螺旋旋线线，在在垂垂直直于于传传播播方方向向的的平平面面上上的的投投影影为椭圆，称为椭圆偏振光。为椭圆，称为椭圆偏振光。18-5 椭圆偏振光椭圆偏振光2024/7/2935 当当振振动动方方向向与与晶晶轴轴方方向向之之间间的的夹夹角角 一一定定时时，椭椭圆偏振光的形状、旋转方向由相位差圆偏振光的形状、旋转方向由相位差 确定。确定。相位差相位差各种相位差时的椭圆偏振光及其旋转方向各种相位差时的椭圆偏振光及其旋转方向18-5 椭圆偏振光椭圆偏振光左旋左旋椭圆偏振光椭圆偏振光右旋右旋椭圆偏振光椭圆偏振光2024/7/2936各种相位差时的椭圆偏振光及其旋转方向各种相位差时的椭圆偏振光及其旋转方向 光光轴轴方方向向与与线线偏偏振振光光振振动动方方向向成成45 时时，对对四四分分之之一一波波片片（ = /2），出出射射光光为为圆圆偏偏振振光光；对对二二分分之之一一波波片片（ = ），出出射射光光为为线线偏振光偏振光，振动方向旋转，振动方向旋转90 。18-5 椭圆偏振光椭圆偏振光2024/7/293718-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用一、偏振光的干涉一、偏振光的干涉 线线偏偏振振光光经经波波片片后后被被分分解解为为两两束束振振动动方方向向垂垂直直的的光光，能能合合成成椭椭圆圆偏偏振振光光，不不能能产产生生干干涉涉。若若使使这这两两束束光光再再经经过过一一块块偏偏振振片片，使使它它们们的的振振动动方方向向一一致致，便便可可形形成成干干涉涉现象。现象。u 两偏振片的偏振化方向正交两偏振片的偏振化方向正交光轴P1P2自然光线偏振光椭圆偏振光干涉光C 18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/2938 自自然然光光经经起起偏偏器器P1后后，为为线线偏偏振振光光，振振幅幅为为A，经经波波片片C分分解为两垂直的线偏振光解为两垂直的线偏振光Ao1和和Ae1 再再经经P2，只只有有与与P2偏偏振振化化方方向向一一致致的的振振动动能能通通过过，即即水水平平方方向向上上的的振振动动Ao2和和Ae2能能通通过过，这这时时两两振振动动方方向向在同一直线上，且振幅相等。在同一直线上，且振幅相等。P2Ae2Ao2P1光轴 Ae1Ao1A18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/2939 方方向向相相反反，相相当当于于有有 的的附加相位差，干涉条件为附加相位差，干涉条件为18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用P2Ae2Ao2P1光轴 Ae1Ao1A厚度一定时，强度随角度变化厚度一定时，强度随角度变化波片是二分之一波片时，干涉加强波片是二分之一波片时，干涉加强2024/7/2940u 两偏振片的偏振化方向平行两偏振片的偏振化方向平行 当当P2的的偏偏振振化化方方向向与与P1相相同同时时，经经P2后后，Ao2和和Ae2在在垂垂直直方方向向上上的的分分量可以通过量可以通过 ，两振动方向相同。，两振动方向相同。P1P2光轴Ae1Ao1AAo2Ae2干涉条件干涉条件18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/2941若为单色光入射，且晶片若为单色光入射，且晶片d d不均匀，则屏上出不均匀，则屏上出 现等厚干涉条纹。现等厚干涉条纹。若为白光入射，有两种情况：若为白光入射，有两种情况： 如晶片如晶片d d 均匀，屏上由于某种颜色干涉相消，均匀，屏上由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，这叫而呈现它的互补色，这叫显色偏振显色偏振。 如晶片如晶片d d不均匀，则屏上出现彩色条纹。不均匀，则屏上出现彩色条纹。 如红色相消如红色相消绿色；蓝色相消绿色；蓝色相消黄色。黄色。显色偏振鉴定双折射晶体显色偏振鉴定双折射晶体18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/294218-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用二、偏振光的干涉的应用二、偏振光的干涉的应用u 光弹效应光弹效应 非晶体物质应变会导致光非晶体物质应变会导致光学各向异性，出现双折射。学各向异性，出现双折射。应力分布应力分布干涉条纹干涉条纹 应力变化梯度大处，干涉条纹细密。应力变化梯度大处，干涉条纹细密。工件工件模型模型加模拟压力加模拟压力应力分布应力分布2024/7/2943 各向同性介质在外电场作用下变各向同性介质在外电场作用下变为各向异性而产生双折射，称为为各向异性而产生双折射，称为克尔效应克尔效应；各向异性介质在外电场作用下要改变原有的各向异性介质在外电场作用下要改变原有的双折射性质，称为双折射性质，称为泡克尔斯效应泡克尔斯效应；这两种现这两种现象都称为电光效应，也叫电致双折射效应。象都称为电光效应，也叫电致双折射效应。u电光效应电光效应18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/2944（1 1）克尔效应克尔效应 (1875(1875年年) ) 不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P P2 2无透射光无透射光 加电场加电场液体呈单轴双折射晶体性质，其液体呈单轴双折射晶体性质，其光轴平行于外电场光轴平行于外电场 P P2 2有透射光有透射光l+-45 45 P1P2克尔盒克尔盒d18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/2945电光效应电光效应其中其中 E E 电场强度，电场强度， k k 克尔常数克尔常数。克尔效应引起的克尔效应引起的e e光与光与o o光的相位差为光的相位差为： 当当 时，克尔盒相当于一个半波片，时，克尔盒相当于一个半波片， P P2 2透光最强透光最强 。改变场强，透射光的强度会随之变化。改变场强，透射光的强度会随之变化。克尔效应引起的克尔效应引起的e光与光与o光的光程差为光的光程差为：18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用克尔效应驰豫时间极短，可用作电光开关。克尔效应驰豫时间极短，可用作电光开关。2024/7/294618-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用(2) (2) 泡克尔斯效应泡克尔斯效应。泡克尔斯盒泡克尔斯盒电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 不加电场不加电场 P P2 2 无透射光无透射光 加电场加电场折射率改变折射率改变 P P2 2 有透射光。有透射光。 应用应用 : : 电光开关、电光调制器。电光开关、电光调制器。 如军用固体激光测距机。如军用固体激光测距机。 优点优点 ：响应时间短，外加电压低，克尔效应的：响应时间短，外加电压低，克尔效应的 十分之一十分之一。2024/7/2947 当线偏振光通过某些透明物质时，其振动面将以当线偏振光通过某些透明物质时，其振动面将以光的传播方向为轴发生旋转，这称为旋光现象。光的传播方向为轴发生旋转，这称为旋光现象。 旋转的角度旋转的角度 旋光物质旋光物质 l 旋光率，与旋光率，与物质性质和入射光波长物质性质和入射光波长有关有关 u 物质的旋光性物质的旋光性右旋物质和左旋物质右旋物质和左旋物质18-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用2024/7/294818-6 偏振光的干涉及应用偏振光的干涉及应用溶液旋光物质：溶液旋光物质：c: 溶液浓度溶液浓度糖量计：利用旋光性测量糖溶液的浓度。糖量计：利用旋光性测量糖溶液的浓度。人工旋光性：磁致旋光。人工旋光性：磁致旋光。2024/7/294912.5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动u高高能能物物理理实实验验：利利用用高高能能粒粒子子的的碰碰撞撞和和反反应应，研研究粒子间的相互作用、粒子的结构、发现新粒子究粒子间的相互作用、粒子的结构、发现新粒子带电粒子作加速运动时，要发射电磁波带电粒子作加速运动时，要发射电磁波-X射线。射线。u 同步加速器同步加速器-同步辐射光源同步辐射光源 -光子工厂光子工厂高亮度、能量连续、准直性好、高偏振性，高相干性高亮度、能量连续、准直性好、高偏振性，高相干性 X射线是研究物质微观结构的重要手段射线是研究物质微观结构的重要手段上海光源，上海光源，Shanghai Synchrotron Radiation facility，SSRF。 2024/7/295012.5 带电粒子在电场和磁场中的运动带电粒子在电场和磁场中的运动210K NO在在Pt(111)的吸附结构的吸附结构O N Pt2024/7/2951作业：作业：18-2 18-3 18-7 18-8作业：作业：18-9 18-10 18-11 18-142024/7/2952