物理光學131121

1、1光線在一般情況下入射晶體， o光和e光是不同面的。當入射光在主截面內(nèi)時，o光，e光主平面均為主截面。 o光，e光的光矢量互相垂直。2一、偏振器件1. 尼科耳棱鏡（w.nicol） 材料：方解石48641. 1 ,65836. 1eonn(一)偏振起偏棱鏡自然光入射，其中一束線偏振光發(fā)生全反射，只出射另一束偏振光145 晶體偏振器件作用：產(chǎn)生偏振光或檢測偏振光。55. 1bn696584. 155. 1sinsin11cbcnn加拿大樹膠ebonnn o光全反射，透出的偏振光的光矢量與入射面平行e光368。71。90。77。尼科耳棱鏡（w.nicol）光軸孔徑角：14缺點：1.不適用于高度會聚

2、2. 價格十分昂貴優(yōu)點：1.對可見光的透明度高2.能產(chǎn)生完善的線偏振光綜合評定：比較優(yōu)良或發(fā)散的光束加拿大樹膠s1s242. 格蘭湯姆遜（glan-thompson）棱鏡aaa光軸光垂直于棱鏡端面入射時方解石直角棱鏡膠合劑5aaa光軸ii孔徑角的限制當入射光束不是平行光或平行光非正入射時48641. 1,65836. 1eonn 55. 1bn69cnm3 .589加拿大樹膠7327. 3tg長寬比：1:27. 3孔徑角：138131. 6tg長寬比：1:31. 6孔徑角：4025. 3tg孔徑角：32甘油474. 1bn90.72長寬比：1:25. 363. 格蘭付科（glan-foucau

3、lt）棱鏡aaa)光軸垂直入射面aab)光軸平行入射面空氣薄層優(yōu)點：適用于紫外波段，能承受強光照射缺點：孔徑角小，透射比不高晶體光學元件改進型格蘭湯普森棱鏡 102.洛匈棱鏡oenn 材料：石英只允許光從左方射入棱鏡可得到無色散的白色偏振光11二、波片（位相延遲器）它的作用是：o光和e光通過波片時的光程差與位相差：dnndnneoeo2d是波片厚度。使兩個振動方向相互垂直的光產(chǎn)生位相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行。自然光起偏器檢偏器paxy 波片 光軸12快軸和慢軸：快軸：稱晶體中傳播速度快的光矢量方向為快軸。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向為慢軸。波片最常用的材

4、料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜1322)41(mmdnneo , 對應的則稱該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：)(4mineonnd若當n0ne時，e光超前，波片的快軸為e 矢量方向。1、/4波片性質(zhì)：1) 線偏振光入射時，出射光為橢圓偏振光2) 與快慢軸都成45度線偏振光入射，出射光為圓偏振光3) 可以使圓偏振光或橢圓偏振光變成線偏振光4) 對某一特定波長的光產(chǎn)生某一特定的相位變化5) 自然光入射，出射光為自然光14o光和e光產(chǎn)生的光程差) 12()21(mmdnneo對應的 , 稱該晶片為二分之一波片。2、/2波片性質(zhì)：1）橢圓偏振光入射時，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；2）線

5、偏振光入射時，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為，出射光的振動方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動了2。15圓偏振光：光矢量大小不變，其方向繞傳播方向均勻轉(zhuǎn)動，且矢量末端軌跡為圓。1617線偏振光通過半波片后光矢量的轉(zhuǎn)動入射時快（慢）軸出射時偏振分光鏡193、全波片mmdnneo2對應的 , 稱該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。20三、補償器 產(chǎn)生連續(xù)改變的位相差巴比涅（babinet）補償器d1d2入射光微量移動212ddnneo索里補償器索里補償器兩光楔相接觸的全部區(qū)域內(nèi)相位差穩(wěn)定不變用于寬光束中223 偏振器（polarizer）雙折射晶體（偏振

6、分束器）單軸晶體如方解石、金紅石釩酸釔、鈮酸鋰等偏振器（polarizer）楔形雙折射晶體偏振分束器楔形雙折射晶體偏振分束器23偏振器-薄膜起偏分束器（swp）24偏振器-線柵起偏器第五節(jié)第五節(jié) 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象（optical activity ）線偏振光通過某些物質(zhì)而發(fā)生振動面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。線偏振光通過某些物質(zhì)而發(fā)生振動面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。1.旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象:旋光物質(zhì)旋光物質(zhì): : 能使偏振光振動面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。能使偏振光振動面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。天然存在的或人造的許多晶體具有旋天然存在的或人造的許多晶體具有旋光性質(zhì)。例如石英晶體、各種糖溶液光性質(zhì)。例如石英晶體、各種糖溶液等，它們有左旋體和右旋體。等，它

7、們有左旋體和右旋體。葡萄糖葡萄糖甘油醛甘油醛2.旋光物質(zhì)使振動面旋轉(zhuǎn)的角度旋光物質(zhì)使振動面旋轉(zhuǎn)的角度:lcl 晶體：晶體：溶液溶液: :稱為物質(zhì)的旋光率。稱為物質(zhì)的旋光率。 lct100單位：單位：l l:dm c:g:dm c:gtl旋光色散：旋光系數(shù)與波長平方成反比3.左旋與右旋：左旋與右旋：右旋（右旋（d d- -）左旋（左旋（l l- -）levorotatory and dextrorotatory optical isomerismoptical isomerism 光學異構體光學異構體手性分子：手性表示物體無法憑手性分子：手性表示物體無法憑旋轉(zhuǎn)或平移與其鏡像重合，人手旋轉(zhuǎn)或平移與

8、其鏡像重合，人手是手性的最好例子。一些化學分是手性的最好例子。一些化學分子的立體結(jié)構也具有這樣的特征，子的立體結(jié)構也具有這樣的特征，故稱手征分子；不同手征而相同故稱手征分子；不同手征而相同化學式的分子稱為同分異構。按化學式的分子稱為同分異構。按照空間結(jié)構，手征分子可分為照空間結(jié)構，手征分子可分為d d- -和和l l- -。 旋光和旋光效應旋光和旋光效應b. 薄膜起偏分束器(swp)c. 線柵起偏器d. 玻璃起偏器2.4.2 光隔離器的結(jié)構和工作原理1. 偏振相關型光隔離器光環(huán)形器工作原理起偏器、檢偏器、旋光器2. 偏振無關型光隔離器wedge型偏振無關型光隔離器結(jié)構型偏振無關型光隔離器結(jié)構偏

9、振無關型光隔離器結(jié)構二偏振無關型光隔離器結(jié)構二偏振無關型光隔離器結(jié)構三偏振無關型光隔離器結(jié)構三3511101012011021:復振幅)cos( )cos(sin,cosiieayeaxetaytaxeaaaaxya1a2a2、圓偏振光(包括橢圓偏振光)cos()cos(1211taetaeyxxya1a2a146 偏振的矩陣表示一、偏振光的表示1、線偏振光的分解kz136或者表示為:0 ,2,)(exp)(exp2121)(201012011011aaaaeayeaxetiayxetiaxxeii2,21 aa右旋橢圓光。左旋橢圓光。線偏振光時,0圓偏振光37所以任意一個偏振光都可表示為:

10、a.光矢量互相垂直 b.沿同一方向傳播且位相差恒定的兩個線偏振光的合成。因此偏振光可表示如下：0y0e yxeex)(20)(1021titieayeax既)(2)(121tiytixeaeeae省去公共因子，用復振幅表示為2121iyixeaeeae38)-(121212112121211 iiiiyxiyixeaaeaeaeaeeeeaeeae二、偏振光的矩陣表示為瓊斯矢量39稱為歸一化的瓊斯矢量通常將上式歸一化，有a iiaeaaaeaaeaaaaae1,-設1222111212)-(122221112401、線偏振光的歸一化瓊斯矢量： 若光矢量沿x軸， ，則：sincossincos1

11、 0,sin,cos21aaaeaaaa01e0, 121aa若光矢量與x軸成 角，振幅為 的線偏振光有則a41iaeaaei25125122右2、求長軸沿x軸，長短軸之比是2：1的右旋橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。 根據(jù)已知條件有：22225,2aeeaeeaeyxiyx歸一化瓊斯矢量為偏振光的疊加偏振光的疊加三、正交偏振三、正交偏振設有兩列偏振光，其偏振態(tài)由復振幅e1和e2表示2222211111,baeeebaeeeyxyx43如果它們滿足條件：0*21ee0*21*21yyxxeeee*表示復數(shù)共軛。則這兩個偏振光是正交的，它們是一對正交偏振態(tài)光矢量的振動方向互相垂直的兩列線偏振光是正交

12、的。左旋圓偏振光和右旋圓偏振光是正交的。任何一種偏振態(tài)均可分解為兩個正交的偏振態(tài)。444511212222112111111222112112212212121121112222111.eggggengggggbagbaggggbabgagbbgagabaebaenn個偏振器件，則相繼通過如果偏振光瓊斯矩陣為。稱為該器件的瓊斯矩陣，式中矩陣，寫成矩陣形式：出射光為，經(jīng)過偏振器件之后，設入射光為四、偏振器件的矩陣表示3.求透光軸與x軸成角的線偏振器的瓊斯矩陣。p1xy1a1b+2b2a2211111cossincoscossin22aabab2211111cossinsinsin2sin2bab

13、ab111aeb設入射光的瓊斯矩陣為11,ab表示在x,y軸上兩個分量分別為11cos ,sinab則沿線偏振器透光軸方向的分量分別為22,ab將這兩個分量的和在x,y軸上再做一次投影，得到分量472222112211sin,2sin212sin21,cosgggg 可知：由此得線偏振器的瓊斯矩陣為：22sin,2sin212sin21,cos gb1a1aa2b20度，45度，90度？48解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，其瓊斯矢量為：112111ba/4波片,/2 ， /8波片的瓊斯矩陣分別為4824001,1001,001ieggig 自然光通過光軸夾角為45度的線偏振器后，又通過了1

14、/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片y軸，試用瓊斯矩陣計算透射光的偏振態(tài)。4944001001001iieie出射光為：44220211100121iieebaieggggi, 0011, 001, 0014428，50有一快軸與x軸成角，產(chǎn)生位相差為的波片，試求其瓊斯矩陣5111ba設入射偏振光為a1和b1在波片的快、慢軸上的分量為：cosbsinabsinbcosaa111111寫成矩陣形式：1111bacossinsincosba，52偏振光透過波片后，在快軸 和慢軸上的復振幅為：ibbaaexp 1 111因而透過波片后有：111111001001bacossinsincos)iexp

15、(ba)iexp(ba，53cossinsincos1 12112babbaa1122bacossinsincosba，)iexp(bacositg,cositgsinitg,cositgcosbacossinsincos)iexp(cossinsincosba222122222212001111122，將a1”和b1”再次分解到x,y軸上，有快軸與x軸成角，產(chǎn)生的相位差為的波片的瓊斯矩陣1cos2sin222cos2sin21cos222itgitggitgitg（三） 利用瓊斯矢量和瓊斯矩陣的計算56一、偏振光的變換147 偏振光的變換和測定1、橢圓偏振光的獲得 方法：采用起偏器和/4波片

16、從自然光中獲得自然光線偏光橢圓偏振光 波片xy快軸起偏器偏振光的變換與檢驗系統(tǒng)偏振光的變換與檢驗系統(tǒng) 起偏器起偏器：從自然光獲得線偏光 波片波片：對入射偏光的偏振態(tài)進行調(diào)制，以獲得圓偏光或橢偏光（/4波片） 檢偏器檢偏器：判定出射光的偏振態(tài)1）出射光為線偏光出射光為線偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器p2，光強發(fā)生變化，并在某一個位置上出現(xiàn)消光現(xiàn)象（此時，線偏光的振動方向與p2的光軸垂直）2）出射光為圓偏光出射光為圓偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器p2，光強無變化3）出射光為橢偏光出射光為橢偏光：旋轉(zhuǎn)檢偏器p2，有光強變化，無消光現(xiàn)象。/4波片對各種偏振光的調(diào)制波片對各種偏振光的調(diào)制輸入/4波片的位置輸出線偏光e軸或o軸與偏振

17、方向一致線偏光e軸或o軸與偏振方向成45度角圓偏光其他位置橢偏光圓偏光任何位置線偏光橢偏光e軸或o軸與橢圓主軸一致線偏光其他位置橢偏光59二、偏振光的測定1、線偏振光的測定 含義：確定是否是線偏振光；測定線偏振光的振動方向。 出發(fā)點：馬呂斯定律半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。60phay半影式檢偏器工作原理) (sin) (sin22222211ohiohixoap1p2h1h2612、橢圓偏振光的測定 含義：用實驗方法測定表示偏振狀態(tài)的參量（指定坐標系中的方位角、橢圓度tg和旋向；或直角坐標系下兩偏振光振幅比tg和位相差。）yxxyc2oa1a262方法：采用1/4波片和檢偏器的方法。步驟：1）首先用檢偏器測定橢圓長軸的方位角和橢圓度tg 2）用1/4波片和檢偏器測定橢圓偏光的旋向。1）設xoy坐標系中橢圓的瓊斯矩陣為xxyc2oa1a221iaae入 檢偏器透光軸與x軸夾角是，其瓊斯矩陣為：22sin,2sin212sin21,