光學(xué) 第五章 光的偏振4

1、光 學(xué),2014年12月,光 學(xué),第六節(jié) 偏振光的干涉,所謂偏振光干涉是指利用偏振器件產(chǎn)生可以相干的光。偏振光的干涉現(xiàn)象可以對(duì)物體或材料所表現(xiàn)的各向異性進(jìn)行研究。,1、 偏振光干涉的一般裝置,偏振片1產(chǎn)生線偏振光，照射到雙折射材料。線偏振光在晶體中根據(jù)光軸取向，分成兩個(gè)正交偏振態(tài)o光和e光。經(jīng)過(guò)晶片后，兩個(gè)光產(chǎn)生相位差：,第六節(jié) 偏振光的干涉,所謂偏振光干涉是指利用偏振器件產(chǎn)生可以相干的光。偏振光的干涉現(xiàn)象可以對(duì)物體或材料所表現(xiàn)的各向異性進(jìn)行研究。,1、 偏振光干涉的一般裝置,從晶體中出射的兩個(gè)正交的偏振光繼續(xù)傳播到偏振器2，兩個(gè)偏振光沿著偏振器2透光軸的投影可以通過(guò)，并被透鏡會(huì)聚到觀察面上。

2、,由于這兩束光存有相位差，在會(huì)聚點(diǎn)將發(fā)生干涉。如果晶片的厚度不均勻，各點(diǎn)產(chǎn)生的相位差就有變化，在觀察屏上就可以看到干涉條紋。,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉,當(dāng)P1和P2的透光軸處于晶體光軸兩側(cè)時(shí),從P2出射的偏振相互平行的光振幅為：,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉,Ae2與Ao2在觀察屏上疊加，合成的光強(qiáng)為：,由于晶片相位延遲產(chǎn)生的相位差為：,由于投影產(chǎn)生的相位差為：,兩束出射光總的相位差為：,當(dāng)P1和P2的透光軸處于晶體光軸同一側(cè)時(shí),2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉,此時(shí)得到觀察面上光強(qiáng)：,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉

3、,當(dāng)P1和P2平行時(shí),P1和P2的透光軸處于晶體光軸兩側(cè),P1和P2的透光軸處于晶體光軸同一側(cè),當(dāng)P1和P2垂直時(shí),設(shè)入射的橢圓偏振光正交偏振態(tài)相位差為0，投影產(chǎn)生的相位差為p，晶片產(chǎn)生的相位差為c，總的相位差為：,另外，注意相位差 不僅僅是由于波晶片引起，如果入射到晶片上的光不是線偏振光，而是橢圓（圓）偏振光，則一開始就存在相位差。,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉,當(dāng)=45時(shí),當(dāng)晶片厚度均勻時(shí)，隨著偏振片P2的旋轉(zhuǎn)，干涉光場(chǎng)呈現(xiàn)均勻的亮度變化。,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分布,第六節(jié) 偏振光的干涉,當(dāng)晶片厚度不均勻時(shí)，干涉光場(chǎng)與晶片厚度相關(guān)的干涉條紋。,2、 偏振光干涉的強(qiáng)度分

4、布,第六節(jié) 偏振光的干涉,在其它條件都相同時(shí)，P1和P2平行和垂直兩種情況下的干涉光強(qiáng)是互補(bǔ)的。,即：,3、色偏振,在偏振光的干涉裝置中，如果入射的光是白色光，則在干涉平面上可能會(huì)出現(xiàn)彩色干涉條紋，這是因?yàn)楦缮婀鈴?qiáng)中的相位差：,如果晶片厚度是均勻的，隨著P2的旋轉(zhuǎn)，干涉光的顏色跟著變化,第六節(jié) 偏振光的干涉,與波長(zhǎng)有關(guān),這一現(xiàn)象叫做色偏振，也叫顯色偏振,3、色偏振,在偏振光的干涉裝置中，如果入射的光是白色光，則在干涉平面上可能會(huì)出現(xiàn)彩色干涉條紋，這是因?yàn)楦缮婀鈴?qiáng)中的相位差：,第六節(jié) 偏振光的干涉,與波長(zhǎng)有關(guān),如果晶片厚度是變化的，將出現(xiàn)彩色干涉圖案分布。,3、色偏振,在偏振光的干涉裝置中，如果

5、入射的光是白色光，則在干涉平面上可能會(huì)出現(xiàn)彩色干涉條紋，這是因?yàn)楦缮婀鈴?qiáng)中的相位差：,第六節(jié) 偏振光的干涉,與波長(zhǎng)有關(guān),干涉條紋隨P2轉(zhuǎn)動(dòng)而變化，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)90后，顏色變?yōu)榛パa(bǔ)色,一些各向同性物體，當(dāng)受到外界作用時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生各向異性現(xiàn)象，因而也會(huì)產(chǎn)生雙折射。外界作用包括擠壓、退火不均勻造成的內(nèi)應(yīng)力。,利用這一現(xiàn)象觀察它們的偏振光干涉，可以研究物體受力分布，稱作光測(cè)彈性術(shù),4、偏振光干涉的應(yīng)用,第六節(jié) 偏振光的干涉,光測(cè)彈性術(shù),一些材料在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，叫做電光效應(yīng)。,4、偏振光干涉的應(yīng)用,第六節(jié) 偏振光的干涉,電光效應(yīng),各向同性物體在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，稱作克爾效應(yīng)。,設(shè)材料的厚

6、度為d，施加的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，對(duì)于波長(zhǎng)，產(chǎn)生的相位差為：,稱作克爾常量。,一些材料在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，叫做電光效應(yīng)。,4、偏振光干涉的應(yīng)用,第六節(jié) 偏振光的干涉,電光效應(yīng),單軸晶體在電場(chǎng)作用下變成雙軸晶體，沿原來(lái)光軸方向產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)，稱作普克爾斯效應(yīng)。產(chǎn)生的附加相位差為：,橫向普克爾斯效應(yīng),稱作電光系數(shù)。,一些材料在電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象，叫做電光效應(yīng)。,4、偏振光干涉的應(yīng)用,第六節(jié) 偏振光的干涉,電光效應(yīng),單軸晶體在電場(chǎng)作用下變成雙軸晶體，沿原來(lái)光軸方向產(chǎn)生附加的雙折射效應(yīng)，稱作普克爾斯效應(yīng)。產(chǎn)生的附加相位差為：,縱向普克爾斯效應(yīng),稱作電光系數(shù)。,4、偏振光干涉的應(yīng)用,第六節(jié) 偏振光的干涉,電光效應(yīng)的響應(yīng)時(shí)間很短，一般小于10-9秒，或109 Hz響應(yīng)頻率。即每秒可以使光強(qiáng)變化數(shù)億次。,電光效應(yīng)應(yīng)用：,電光效應(yīng),具有電光效應(yīng)的材料有：硝鉀苯，三氯甲烷，磷酸二氫鉀（KDP）晶體，鈮酸鋰，液晶等。,高速電光開光,將電信號(hào)調(diào)制成光信號(hào)：光相位，光振幅等,電光調(diào)制,光束偏轉(zhuǎn)，光束掃描,液晶顯示,當(dāng)用白光照明時(shí)，出現(xiàn)顯色偏振現(xiàn)象。利用顯色偏振可以非常靈敏的檢驗(yàn)雙折射現(xiàn)象。因?yàn)楫?dāng)ne-no很小時(shí)，很難直接觀察到雙折射，但顯色偏振可以將ne-no很小的變化轉(zhuǎn)化為顏色變化。,4、偏振光干涉