物理光學(xué)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(dāng)入射光在主截面內(nèi)時(shí)，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(cè)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(diǎn)：1.不適用于高度會(huì)聚

2、2. 價(jià)格十分昂貴優(yōu)點(diǎn)：1.對(duì)可見光的透明度高2.能產(chǎn)生完善的線偏振光綜合評(píng)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(shí)方解石直角棱鏡膠合劑5AAA光軸ii孔徑角的限制當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射時(shí)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(diǎn)：適用于紫外波段，能承受強(qiáng)光照射缺點(diǎn)：孔徑角小，透射比不高781. 渥拉斯頓棱鏡（Wollaston）： 利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石，石英eonn （二）偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡ffftgnne0arcsin改變振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向，獲得兩束分開的線偏振光ABCD雙向，有輕微有色散晶體光學(xué)元件改進(jìn)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(shí)的光程差與位相差：dnndnneoeo2d是

4、波片厚度。使兩個(gè)振動(dòng)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?yàn)榭燧S。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜1322)41(mmdnneo , 對(duì)應(yīng)的則稱該波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：)(4mineonnd若當(dāng)n0ne時(shí)，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(shí)，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

5、振光4) 對(duì)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(duì)應(yīng)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(shí)，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；2）線偏振光入射時(shí)，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(dòng)方向向著快（慢）軸轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)，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(dòng)入射時(shí)快（慢）軸出射時(shí)偏振分光鏡193、全波片mmdnneo2對(duì)應(yīng)的 , 稱該晶片為全波片。性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾?/p>

6、偏振狀態(tài)；2）只能增大光程差。20三、補(bǔ)償器 產(chǎn)生連續(xù)改變的位相差巴比涅（Babinet）補(bǔ)償器d1d2入射光微量移動(dòng)212ddnneo索里補(bǔ)償器索里補(bǔ)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）a.雙折射晶體（偏振分束器）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(dòng)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(dòng)面旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。

7、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(dòng)面旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。能使偏振光振動(dòng)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(dòng)面旋轉(zhuǎn)的角度旋光物質(zhì)使振動(dòng)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

8、 L- -）Levorotatory and Dextrorotatory Optical IsomerismOptical Isomerism 光學(xué)異構(gòu)體光學(xué)異構(gòu)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)或平移與其鏡像重合，人手是手性的最好例子。一些化學(xué)分是手性的最好例子。一些化學(xué)分子的立體結(jié)構(gòu)也具有這樣的特征，子的立體結(jié)構(gòu)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(xué)式的分子稱為同分異構(gòu)。按化學(xué)式的分子稱為同分異構(gòu)。按照空間結(jié)構(gòu)，手征分子可分為照空間結(jié)構(gòu)，手征分子可分為D D- -和和L L- -。 旋光和旋光

9、效應(yīng)旋光和旋光效應(yīng)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(gòu)和工作原理1. 偏振相關(guān)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(guān)型光隔離器Wedge型偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)型偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)二偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)二偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)三偏振無關(guān)型光隔離器結(jié)構(gòu)三3511101012011021:復(fù)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

10、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(shí),0圓偏振光37所以任意一個(gè)偏振光都可表示為: 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(gè)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(fù)振幅表示為2121iyixeaEeaE38)-(121212112121211 iiiiyxiyixeaaeaeaeaEEE

11、eaEeaE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(shè)1222111212)-(122221112401、線偏振光的歸一化瓊斯矢量： 若光矢量沿x軸， ，則：sincossincos1 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(shè)

12、有兩列偏振光，其偏振態(tài)由復(fù)振幅E1和E2表示2222211111,BAEEEBAEEEyxyx43如果它們滿足條件：0*21EE0*21*21yyxxEEEE*表示復(fù)數(shù)共軛。則這兩個(gè)偏振光是正交的，它們是一對(duì)正交偏振態(tài)光矢量的振動(dòng)方向互相垂直的兩列線偏振光是正交的。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(gè)正交的偏振態(tài)。444511212222112111111222112112212212121121112222111.EGGGGENggggGBAGBAggggBABgAgBBgAgABAEBAENN個(gè)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

13、矩陣，寫成矩陣形式：出射光為，經(jīng)過偏振器件之后，設(shè)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+2B2A2211111cossincoscossin22AABAB2211111cossinsinsin2sin2BABAB111AEB設(shè)入射光的瓊斯矩陣為11,AB表示在x,y軸上兩個(gè)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(gè)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

14、,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1/4、1/2和1/8波片，快軸沿波片Y軸，試用瓊斯矩陣計(jì)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(shè)入射偏振光為A1和B1在波片的快、慢軸上的分量為：

15、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(fù)振幅為：iBBAAexp 1 111因而透過波片后有：111111001001BAcossinsincos)iexp(BA)iexp(BA，53cossinsincos1 12112BABBAA1122BAcossinsincosBA，)iexp(BAcositg,cositgsinitg,cositgcosBAcossinsincos)iexp(cossinsincosBA222122222212001111122，將A1”和B1”再次分解到x,y

16、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(jì)算56一、偏振光的變換147 偏振光的變換和測(cè)定1、橢圓偏振光的獲得 方法：采用起偏器和/4波片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(yàn)系統(tǒng)偏振光的變換與檢驗(yàn)系統(tǒng) 起偏器起偏器：從自然光獲得線偏光 波片波片：對(duì)入射偏光的偏振態(tài)進(jìn)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(qiáng)發(fā)生變化，并在某一個(gè)位置上出現(xiàn)消光現(xiàn)象（此時(shí)

17、，線偏光的振動(dòng)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(qiáng)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(qiáng)變化，無消光現(xiàn)象。/4波片對(duì)各種偏振光的調(diào)制波片對(duì)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(cè)定1、線偏振光的測(cè)定 含義：確定是否是線偏振光；測(cè)定線偏振光的振動(dòng)方向。 出發(fā)點(diǎn)：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(cè)定 含義：用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表示偏振狀態(tài)的參量（指定坐標(biāo)系中的方位角、橢圓度tg和旋向；或直角坐標(biāo)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(cè)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(cè)定橢圓偏光的旋向。1）設(shè)xoy坐標(biāo)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,2sin212