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1、1 光线在一般情况下入射晶体 ， o光和e光是不同面的。 当入射光在主截面内时，o光 ，e光主平面均为主截面。 o 光，e光的光矢量互相垂直。 2 一、偏振器件 1. 尼科耳棱镜（W.Nicol） 材料：方解石 (一)偏振起偏棱镜 自然光入射，其中一束线偏振光发生全反射，只出射另一束偏振光 145 晶体偏振器件 作用：产生偏振光或检测偏振光。 加拿大树胶 O光全反射，透出的偏振光的光矢量与入射面平行e光 3 68 。 71 。 90 。 77 。 尼科耳棱镜（W.Nicol） 光轴 孔径角： 缺点：1.不适用于高度会聚 2. 价格十分昂贵 优点：1.对可见光的透明度高 2.能产生完善的线偏振光
2、 综合评定：比较优良 或发散的光束 加拿大树胶 S1 S2 4 2. 格兰汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜 光垂直于棱镜端面入射时 方解石直角棱镜 胶合剂 5 当入射光束不是平行光或平行光非正入射时 加拿大树胶 长宽比：孔径角： 长宽比： 孔径角： 孔径角： 甘油 长宽比： 6 3. 格兰付科（Glan-foucault）棱镜 空气薄层 优点：适用于紫外波段，能承受强光照射 缺点：孔径角小，透射比不高 7 8 1. 渥拉斯顿棱镜（Wollaston）： 利用两个正交的光轴分解光。材料：冰洲石，石英 （二）偏振分束棱镜也称为双像棱镜 f f 改变振动方向互相垂直的两束线偏振光的传播方向，
3、 获得两束分开的线偏振光 A B C D 双向，有轻微有色散 晶体光学元件 改进型格兰汤普森棱镜 10 2.洛匈棱镜材料：石英 只允许光从左方射入棱镜 可得到无色散的白色偏振光 11 二、波片（位相延迟器） 它的作用是： o光和e光通过波片时的光程差与位相差： d是波片厚度。 使两个振动方向相互垂直的光产生位相延迟。 制作：用单轴透明晶体做成的平行平板，光轴与表面平行。 自然光 起偏器 检偏器 P A x y 波片 光轴 12 快轴和慢轴： 快轴：称晶体中传播速度快的光矢量方向为快轴。 慢轴：称晶体中传播速度慢的光矢量方向为慢轴。 波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜 13 则称该波片是
4、1/4波片，1/4波片的最小厚度： 若 当n0ne时，e光超前，波片的快轴为e 矢量方向。 1、/4波片 性质： 1) 线偏振光入射时，出射光为椭圆偏振光 2) 与快慢轴都成45度线偏振光入射，出射光为圆偏振光 3) 可以使圆偏振光或椭圆偏振光变成线偏振光 4) 对某一特定波长的光产生某一特定的相位变化 5) 自然光入射，出射光为自然光 14 O光和e光产生的光程差 称该晶片为二分之一波片。 2、/2波片 性质： 1）椭圆偏振光入射时，出射光仍为椭圆偏振光，只是旋向 相反； 2）线偏振光入射时，出射光仍为线偏振光。若入射的线偏 振光与快（慢）轴夹角为，出射光的振动方向向着快（慢 ）轴转动了2。
5、 15 圆偏振光： 光矢量大小不 变，其方向绕 传播方向均匀 转动，且矢量 末端轨迹为圆 。 16 17 线偏振光通过半波片后光矢量的转动 入射时 快（慢）轴 出射时 偏振分光镜 19 3、全波片 称该晶片为全波片。 性质： 1）不改变入射光的偏振状态； 2）只能增大光程差。 20 三、补偿器 产生连续改变的位相差 巴比涅（Babinet）补偿器 d1 d2 入射光 微量移动 索里补偿器 两光楔相接触的全部区域内相位差稳定不变 用于宽光束中 22 3 偏振器（Polarizer） a.双折射晶体 （偏振分束器） 单轴晶体如方解石、金红石 钒酸钇、铌酸锂等 偏振器（Polarizer） 楔形双折
6、射晶体偏振分束器 23 偏振器-薄膜起偏分束器（SWP ） 24 偏振器-线栅起偏器 第五节 旋光现象（optical activity ） 线偏振光通过某些物质而发生振动面旋转的现象。 1.旋光现象: 旋光物质: 能使偏振光振动面旋转的物质。 天然存在的或人造的许多晶体具有旋 光性质。例如石英晶体、各种糖溶液 等，它们有左旋体和右旋体。 葡萄糖 甘油醛 2.旋光物质使振动面旋转的角度: 晶体： 溶液:称为物质的旋光率。 单位：l:dm C:g l 旋光色散：旋光系数与波长平方成反比 3.左旋与右旋： 右旋（D-） 左旋（L-） Levorotatory and Dextrorotatory
7、Optical Isomerism 光学异构体 手性分子：手性表示物体无法凭 旋转或平移与其镜像重合，人手 是手性的最好例子。一些化学分 子的立体结构也具有这样的特征 ，故称手征分子；不同手征而相 同化学式的分子称为同分异构。 按照空间结构，手征分子可分为 D-和L-。 旋光和旋光效应 b. 薄膜起偏分束器(SWP) c. 线栅起偏器 d. 玻璃起偏器 2.4.2 光隔离器的结构和工作原理 1. 偏振相关型光隔离器 光环形器工作原理 起偏器、检偏器、旋光器 2. 偏振无关型光隔离器 Wedge型偏振无关型光隔离器结构 偏振无关型光隔离器结构二 偏振无关型光隔离器结构三 35 2、圆偏振光(包括
8、椭圆偏振光) 146 偏振的矩阵表示 一、偏振光的表示 1、线偏振光的分解 36 或者表示为: 右旋椭圆光。 左旋椭圆光。 圆偏振光 37 所以任意一个偏振光都可表示为: a.光矢量互相垂直 b.沿同一方向传播且位相差恒定 的两个线偏振光的合成。因此偏振光可表示如下： 既 省去公共因子，用复振幅表示为 38 二、偏振光的矩阵表示 为琼斯矢量 39 称为归一化的琼斯矢量 通常将上式归一化，有 + = a = + = d aa aad i i ae aa a E a a e a a aa a E 1 ,-设 1 2 2 2 1 1 1 2 12 )-( 1 2 2 2 2 1 1 12 40 1、
9、线偏振光的归一化琼斯矢量： 若光矢量沿x轴， ，则： 若光矢量与x轴成 角，振幅为 的线偏振光 有 则 41 2、求长轴沿x轴，长短轴之比是2：1的右旋椭圆偏振光的 归一化琼斯矢量。 根据已知条件有： 归一化琼斯矢量为 偏振光的叠加 三、正交偏振 设有两列偏振光，其偏振态由复振幅E1和E2表示 43 如果它们满足条件： *表示复数共轭。则这两个偏振光是正交的，它们是一对正交偏振态 光矢量的振动方向互相垂直的两列线偏振光是正交的。 左旋圆偏振光和右旋圆偏振光是正交的。 任何一种偏振态均可分解为两个正交的偏振态。 44 45 四、偏振器件的矩阵表示 3.求透光轴与x轴成角的线偏振器的琼斯矩阵。 P
10、1 x y + + 设入射光的琼斯矩阵为 表示在x,y轴上两个分量分别为 则沿线偏振器透光轴方向的分量分 别为 将这两个分量的和在x,y轴上再 做一次投影，得到分量 47 由此得线偏振器的琼斯矩阵为： 0度，45度，90度？ ？ 48 解：自然光通过起偏器，成为线偏振光，其琼斯矢量为： /4波片,/2 ， /8波片的琼斯矩阵分别为 自然光通过光轴夹角为45度的线偏振器后，又 通过了1/4、1/2和1/8波片，快轴沿波片Y轴， 试用琼斯矩阵计算透射光的偏振态。 49 出射光为： 50 有一快轴与x轴成角，产生位相差为的波 片，试求其琼斯矩阵 51 设入射偏振光为 A1和B1在波片的快、慢轴上 的
11、分量为： 写成矩阵形式： 52 偏振光透过波片后，在快轴 和慢轴上的复振幅为： 因而透过波片后有： 53 将A1”和B1”再次分解到x,y轴上，有 快轴与x轴成角，产生的相位差为的波片的琼斯矩阵 （三） 利用琼斯矢量和琼斯矩阵的计算 56 一、偏振光的变换 147 偏振光的变换和测定 1、椭圆偏振光的获得 方法：采用起偏器和/4波片从自然光中获得 自然光 线偏光 椭圆偏振光 波片 x y 快轴 起偏器 偏振光的变换与检验系统 起偏器：从自然光获得线偏光 波片：对入射偏光的偏振态进行调制，以获得圆偏光 或椭偏光（/4波片） 检偏器：判定出射光的偏振态 1）出射光为线偏光：旋转检偏器P2，光强发生
12、变化，并 在某一个位置上出现消光现象（此时，线偏光的振动 方向与P2的光轴垂直） 2）出射光为圆偏光：旋转检偏器P2，光强无变化 3）出射光为椭偏光：旋转检偏器P2，有光强变化，无消 光现象。 /4波片对各种偏振光的调制 输入/4波片的位置输出 线偏光 e轴或o轴与偏振方向一致 线偏光 e轴或o轴与偏振方向成45度角 圆偏光 其他位置 椭偏光 圆偏光 任何位置 线偏光 椭偏光 e轴或o轴与椭圆主轴一致 线偏光 其他位置 椭偏光 59 二、偏振光的测定 1、线偏振光的测定 含义：确定是否是线偏振光；测定线偏振光的振动方向。 出发点：马吕斯定律 半影式检偏器：用以提高检偏器方位的定位精度。 60
13、PHA y 半影式检偏器工作原理 x O A P1 P2 H1 H2 61 2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比tg和位相差。） y x x yC2 O A1 A2 62 方法：采用1/4波片和检偏器的方法。 步骤：1）首先用检偏器测定椭圆长轴的方位角和椭圆度tg 2）用1/4波片和检偏器测定椭圆偏光的旋向。 1）设xoy坐标系中椭圆的琼 斯矩阵为 x x yC2 O A1 A2 检偏器透光轴与x轴夹角 是，其琼斯矩阵为： 63 出射光的强度为： 由此可找出光强最大的位置，从而确定长轴与预定的x轴 之间的夹角和椭圆度tg =A2/A1。 64 2）将1/4波片快轴与已找到的椭圆长轴方向一致 x x yC2 O A1 A2 若入射椭圆偏光为左旋时： 出射光在二、四象限。 若入射椭圆偏光为右旋时： 出射光在一、三象限。 这样即可判断椭圆偏 光的旋向。 物理光学课全部结束！物理光学课全部结束！ 谢谢大家！谢谢大家！ 祝：考试顺利！祝：考试顺利！
