物理光學(xué)光的偏振

1、1光的偏振 (2) 25.4 雙折射現(xiàn)象一.雙折射現(xiàn)象 (透過方解石看字成雙像)象折射現(xiàn)o光方解石晶體CaCO3雙e光紙面折射現(xiàn)3 以入射線為軸轉(zhuǎn)方解石,光點(diǎn)o不動，e 繞o轉(zhuǎn)，用偏振片檢驗(yàn)，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。一束光入射到各向異性的媒質(zhì)中分成兩束光的現(xiàn)象。(演示) 方解石oeeo所以，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。4二.幾個(gè)重要的概念1.尋常光（o光）和 非尋常光（e光） 尋常光（ordinary light）： 遵從折射定律非尋常光（extra-ordinary light）： 一般不遵從折射定律折射線一般不在入射面內(nèi)。n1n2irore(各向異性媒質(zhì))自然光o光e光5

2、2. 晶體的光軸當(dāng)光在晶體內(nèi)沿某個(gè)特殊方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。 例.方解石晶體是由平行六面體構(gòu)成的。 六面體每個(gè)面都是鈍角1020和銳角780的平行 四邊形，A點(diǎn)和B點(diǎn)是三個(gè)鈍角的會合點(diǎn)， AB線與三條棱邊的夾角相等。6如果將A或B磨平，使磨面與光軸垂直，當(dāng)光線垂直磨面入射時(shí)，無雙折射現(xiàn)象。方解石晶體的光軸光軸AB實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)AB的方向即光軸的方向。 7 只有一個(gè)光軸的晶體稱單軸晶體， 如方解石、石英,冰等； 有兩個(gè)光軸的晶體稱雙軸晶體, 如云毋、硫磺，蘭寶石等。 （本章只討論單軸晶體的雙折射）3.主平面和主截面主平面：晶體中某條光線與晶體光軸構(gòu)成 的平面,稱為該光線的主平面

3、。0光有0光的主平面；e光有e光的主平面.8O 光振動其主平面; 實(shí)驗(yàn)表明: e光振動在其主平面內(nèi)o光，e光的主平面可能重合， 也可能不重合；e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面主截面： 晶體表面的法線與晶體光軸構(gòu)成的平面。9三.晶體的主折射率，正晶體、負(fù)晶體 o光的子波，各方向傳播的速度相同為v0，點(diǎn)波源波面為球面,振動方向始終垂直其主平面.(如圖) o光只有一個(gè)光速vo 一個(gè)折射率no.惠更斯研究雙折射現(xiàn)象提出:在各向異性的晶體中,子波源會同時(shí)發(fā)出o光、e光兩種子波.vot光軸10 e光的子波,各方向傳播的速度不同。e光在平行光軸方向上的速度與o光的速度相同為v0;點(diǎn)波源波面為旋轉(zhuǎn)橢球

4、面,振動方向始終在其主平面內(nèi).（如圖）光軸vetvote光在垂直光軸方向上的速度與o光的速度相差最大，記為 ve，其相應(yīng)的折射率為 ne.11n0 ，ne稱為晶體的主折射率.正晶體： neno(ve vo)，如石英、冰等。負(fù)晶體： neno(ve vo)，如方解石、紅寶石等。子波源votvet光軸votvet光軸 正晶體 (vo ve) 負(fù)晶體 (vo ve )子波源12下面以負(fù)晶體(ve vo) 為例:1. 光軸晶體表面， 自然光入射:o, e在方向上雖沒分開，但速度上是分開的，仍是兩束光。 還是有雙折射的。四.晶體中光傳播方向的惠更斯作圖法：在特殊情況下（入射面包含光軸或垂直光軸），可以按

5、惠更斯作圖法在紙面上作圖，找出o光，e光的傳播方向。作圖：- e oe o光軸晶體13若光軸垂直晶體表面，還有沒有雙折射？一快（ e 光）一慢(o光)兩束光。e光,o光的振動方向如何？方法：先找它們的主平面。o光 - 點(diǎn)e光 - 道 e oe o光軸晶體142. 光軸晶體表面，且入射面，自然光斜入射 此種情況下，在入射面（紙面）內(nèi)，o光，e光都滿足折射定律，作圖：-o光、e光的振動方向如何？o光 -道；e光 - 點(diǎn).晶體光軸ir0reo oteteo ect即153. 光軸與晶體表面斜交，自然光 入射這正是前面雙折射現(xiàn)象演示中的雙折射情形。作圖: -o光、e光的振動方向如何？o e晶體光軸 e

6、方解石光軸o eo注意:此時(shí)e光的波面不再與其傳播方向垂直了。16五. 晶體偏振器件 1. 晶體的二向色性、晶體偏振器某些晶體對o光和e光的吸收有很大差異，這就是晶體的二向色性. 例如,電氣石對o光有強(qiáng)烈吸收，對e光吸收 很弱，用它可產(chǎn)生線偏振光：(晶體偏振器)電氣石光軸光軸e光17天然晶體偏振器尺寸不大，成本高。現(xiàn)今廣泛使用偏振片（人工使具有二向色性的細(xì)微晶粒的光軸在塑料薄膜上定向排列）。2. 偏振棱鏡偏振棱鏡可得高質(zhì)量的線偏振光。 但利用晶體二向色性獲得的偏振光 不夠純，強(qiáng)度也不大。（書上的例子自學(xué)）18 對第一個(gè)棱鏡是o光，它由光密光疏， 讓其入射角臨界角(約690)， 在交界面全反射,

7、被涂層吸收。光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠 (n = 1.55)oe吸收涂層i 例1. 格蘭-湯姆遜偏振棱鏡光軸的取向使o光、e光對應(yīng)的 恰是主折射率no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)19對第一個(gè)棱鏡是e光，它絕大部分透射，并且沿入射方向射出第二個(gè)棱鏡，即為所要的非常純的線偏振光。 (入射光可有約10 0 范圍內(nèi)偏差). 光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠 (n = 1.55)oe吸收涂層ino (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)20 例2.沃拉斯頓棱鏡光從棱鏡1進(jìn)入棱鏡2時(shí)： o光(點(diǎn))變e光 光密光疏 折射角入射角; e光(道)變o光

8、光疏光密 折射角入射角， 二者分開。進(jìn)入空氣后,均是由光密光疏， 可得到進(jìn)一步分開的二束線偏振光。12方解石方解石oe光軸光軸（偏光分束鏡）no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)215.5 橢圓偏振光和圓偏振光一.橢圓偏振光和圓偏振光的獲得1.晶片：光軸平行表面的晶體薄片。通過厚度為d的晶片，o、e光產(chǎn)生相位差：它正是惠更斯作圖法的例1(晶體中一快一慢)晶片也稱為相位延遲器.ydxAAoAe線偏振光光軸AAoAe光軸P22o、e光振幅關(guān)系：在晶體內(nèi), o、e光的振動方向如何?先找主平面:0光振動是其主平面;e光振動在其主平面內(nèi).迎著光看,入射到晶片上的光振幅可分解為o光和e

9、光兩個(gè)振幅如圖.有時(shí)常稱光軸為e軸.ydxAAoAe線偏振光光軸AAoAe光軸P23 從晶片出射的是兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻率相等、有恒定相位差的線偏振光，它們一般合成為一束橢圓偏振光.當(dāng) 時(shí)為圓偏振光。2. 波（晶）片對某個(gè)波長而言，當(dāng)o、e光在晶片中的光程差為的某個(gè)特定倍數(shù)時(shí)，這樣的晶片叫波晶片，簡稱波片。所以, 橢圓(圓)偏振光可用 晶片來獲得.24 四分之一波片作用：從線偏振光獲得(正)橢圓或圓偏振光（或相反）圓(o光,e光分量的振幅相等)橢圓線偏振光(只有平行于光軸的分量)線偏振光(只有垂直于光軸的分量)25 (正)橢圓或圓偏振光,經(jīng)1/4波片為什么可以 獲得線偏振光呢

10、?因?yàn)?正)橢圓或圓偏振光的兩個(gè)垂直分量已經(jīng)有了相位差/2, 經(jīng)1/4波片以后,又有 /2的相位差,所以出來的就是相位差為0或的線偏振光了. 二分之一波片26作用：可使線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。 若入射點(diǎn)處線偏振光分解的o、e光同相 則出射點(diǎn)處仍是線偏振光: o、e光反相 若線偏振光入射時(shí), 出射光仍是線偏振光， 只是振動方向轉(zhuǎn)過2角.當(dāng)若入射的是圓偏振光(已有/2),經(jīng)1/2波片(又有 ),出來仍是圓偏振光,但是左旋右旋A0入A0出A入A出Ae入= Ae出入光軸27若入射的是橢圓偏振光,經(jīng) 1/2 波片,出來仍是橢圓偏振光,但是旋轉(zhuǎn)的方向改變,而且橢圓的長軸轉(zhuǎn)過 2 角. 全波片：它對波長為的光沒有影響（相位延遲了2）。但是對別的波長的光來說是有影響的.28二.橢圓與圓偏振光的檢偏 用1/4 波片和偏振片 P 可區(qū)分出 自然光和圓偏振光 或部分偏振光和橢圓偏振光。?片PI(轉(zhuǎn))29I片P(轉(zhuǎn))?（光軸長或短軸