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1、5.6 圆及椭圆偏振光的获得和检验,利用波片的相位延迟作用，使得从其中出射的两列振动相互垂直的光波之间有一定的相位差。 这两列光合成，使得出射光具有不同的偏振态。 合成光的偏振态取决于它们之间的相位差,一、自然光经过波晶片,自然光可正交分解。 每一个分量都含有相位随机的多列波。 在晶体中分为相互正交的o光、e光。 经过波片后，每一个分量仍然是相位随机的多列波。 所以，正交分量合成后，仍是自然光 不考虑波片的吸收，光强不变。,自然光经波晶片,仍然是自然光,y,二、平面(线)偏振光经波晶片,在波片中分为正交的e光、o光，0=0， 出射后，产生额外相位差,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,z,1、
2、经过1/4波片,产生/2的额外相位差,y为快轴,右旋椭圆偏振光,y为快轴,左旋椭圆偏振光,例： 线偏光经过方解石（负晶体）,e轴,o轴,x,y,y为慢轴,y为快轴,都是左旋的,与坐标系的取法无关,快轴就加，慢轴就减！,线偏振光通过1/4波片也可获得圆偏振光,如果入射光的电矢量与光轴间的夹角为45o 则经过波片后 是左旋或右旋的圆偏振光,2、经过1/2波片,产生的额外相位差 出射光间的相位差是，或者0，还是平面偏振光 由于反相，电矢量的振动方向反转。,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,入射,出射,入射,出射,三、圆偏振光经过波片,入射光的两正交分量间
3、相位差是/2 经过1/4波片，产生/2的额外相位差 出射光，正交分量间相位差是0， 变为平面偏振光，电矢量与光轴成45o角,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,1、 通过1/4波片,2、经过1/2波片,经过1/2波片，产生的额外相位差 还是圆偏振光，但是由于反相，旋转方向相反,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,四、椭圆偏振光经过波片,入射光，正交分量间有任意的固定相位差 经过波片，产生额外的相位差，出射光为 相位差仍是固定的任意值，仍是椭偏光,e轴,o轴,x,y,P191,1、椭圆偏振光经过1/2波片,产生的额外相位差，反相 导致旋转方向相反,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,
4、2、椭圆偏振光经过1/4波片,产生/2的额外相位差，需要根据入射分量间的相位差作具体分析,e轴,o轴,x,y,e轴,o轴,x,y,五、波片的相位延迟,同一种晶体的波片，当厚度不同时，对偏振态的改变不同 例，方解石的1/4波片,o光比e光滞后,所以，1/4波片不仅要标注所适用的波长，还要标注光程差是1/4波长，还是3/4波长。要指出哪个方向是快轴。,各种偏振光通过 /4波片后的偏振态,O光轴,e光轴,/4波片,光的偏振态的鉴定,1、使用线检偏器，可鉴定平面(线)偏振光 旋转检偏器，观察透射光强度的变化 自然光：光强不变 圆偏振光：光强不变 平面偏振光：光强改变，在某一角度消光 部分偏振光：光强改
5、变，但不消光 椭圆偏振光：光强改变，但不消光,2、进一步鉴定,先让光通过1/4波片! 自然光：仍是自然光 圆偏振光：变为平面偏振光 部分偏振光：仍是部分偏振光 椭圆偏振光：仍是椭圆偏振光，当光轴与椭圆长短轴重合，可以得到平面偏振光。 再通过线检偏器，可以将自然光与圆偏振光鉴别；部分偏振光与椭圆偏振光鉴别。,偏振态的鉴定,P196,例题：,平行自然光相继垂直照射到一透明物P和一个四分之一波片Q上，无论P和Q怎样绕OO旋转，总可以在Nicol棱镜N后得到一个消光位置。问： 1)入射到Q上的说什么光？ 2) P为何物？,Q,P,N,O,O,5.7 平行偏振光的干涉,产生干涉的三个必要条件 线偏振光通
6、过波晶片后可分成o光，e光。它们是两束光矢量相互垂直、频率相同、位相差恒定的光 一般合成为椭圆偏振光。 不会产生干涉！ 能否采用把两束光矢量相互垂直的光，改造成振动面相互平行的光？ 分振动面法（分波前法、分振幅法）,偏振片,一、 干涉装置及各光学元件的作用, 的作用是将自然光改造成线偏振光。 波片的作用:1) 分振动面把线偏振光分成振动相互垂直，振幅不同的o光和e光；2)是产生固定的位相差,偏振片,双折射晶体,的作用是使参与干涉的两光矢量振动方向相同，从振,动面相互垂直的两束光中取出与它透振方向相同的分量 和 ，使他们相遇时产生干涉,1、电矢量的分解,P197,2、相位差的确定,除了波晶片产生
7、的相位差之外，还要考虑在坐标系中偏振片取向而产生的相位差,双折射晶体产生的相位差,偏振片取向而产生的相位差,Eo2与Ee2之间总的相位差,P198,波片光轴在P1P2之间， -之外，0,3、两种特例,1).两偏振片相互垂直，且与波晶片光轴成45o角,2).两偏振片相互平行,且与波晶片光轴成45o角,二、讨 论,在 相同的条件下，两偏振片 平行和正交时，两者总相位差为。 这两种情况的干涉光强互补，即,若两偏振片正交，光强最大即,此时位相差恰好使两偏振片平行时的光强为最小值,转动 ,使 由正交变为平行,接收屏光强将由最大变为消光,三、偏振光的干涉现象,1、厚度均匀的晶体，屏上照度均匀 1)单色光入
8、射，转动晶体，振幅改变，光强改变；若引起的相位差，屏上光强突变，亮暗位置互换。 2)白光入射，不同波长的光，相位差不同，因而光强也不同，屏上呈现彩色，转动晶体，光强改变，色彩改变，显色偏振.,显色偏振现象,偏振片,偏振片,双折射晶体,显色偏振,转动各个元件,振幅逐渐改变，相位差突变,黄与蓝;绿与红均为互补色。如白光中少了黄光屏上呈现蓝色,2、厚度不均匀的晶体,经过不同厚度（尖劈状）的光，相位差不同，屏上呈现干涉条纹（等厚）。 白光入射，会出现彩色条纹,若波片不规则，则屏上出现不规则的彩色花纹，转动任意元件花纹都会随之而改变。,汇聚偏振光的干涉,5.8 人工双折射,一些各向同性的透光介质，例如玻
9、璃、塑料，当内部有应力时，就是各向异性的，也会产生双折射效应 利用偏振光的干涉装置，可以观察到干涉条纹或者显色偏振现象。 可以用作应力分析。 可以用塑料制成金属部件的形状，则可用于分析金属部件内部的应力。,一、光测弹性,玻璃的内部应力,Visualisation of Strain in a glass blank (here a 200mm f/2.5 telescope mirror) using a Polarizer in front of a LCD monitor.,有机玻璃由于应力的显色偏振,A picture of plastic utensils created using
10、photoelasticity,光测弹性实例,Tension lines in plastic protractor seen under cross polarized light.,实验证明晶体的主折射率差正比于物体内部的应力P,其中K为比例系数,如果应力分布均匀，通过它不同部分的o光e光均有相同的相位差,如果P不均匀由其后将能观测到干涉条纹,二、电光效应,1. Kerr效应 某些各向同性的物质，在外电场作用下，具有双折射特性，这是一种电光效应 (Kerr electro-optic effect, or DC Kerr effect ) 电场中介质中的光波沿两个方向偏振，具有不同的折射率
11、，感生折射率差n与电场成二次方关系（二阶电光效应）,溶液的Kerr效应,硝基苯,克尔盒,电极,K：Kerr常数,光轴,外电场,原理？光学上各向同性异性,Kerr常数,有不尽相同的表示 它与介质、波长、温度有关,电光效应的应用,1.激光光强的调制 激光的特点是稳定，但要用于光通信，必须加载信号，对光强进行调制，尤其是量子通讯。,电光晶体,信号源,线性区,调制电信号,交变输出光强,电光效应的应用,2.高速光闸（开关） 电光晶体以及具有电光效应的溶液对电场的响应时间很短,10-12s，在这一时间内可以达到半波电压 打开或截止光路,光（或量子）计算机的应用！,5.9 旋光现象,一、自然旋光 石英晶体中
12、，线偏光沿着光轴传播，电矢量的振动面旋转,比例系数称为旋光率,光轴,不但与物质有关，还与波长。这种现象称为旋光色散,除石英外，在蒸汽和液态物质也含有此现象,1811年阿喇果,旋光异构体,同一种晶体具有不同的旋光方向， 称为旋光异构体,酒石酸晶体的旋光异构体,石英的旋光异构体,dextro,levo,Fresnel对旋光的唯象解释,线偏光可以看作是两列同方向传播的、旋转角速度相同、方向相反的圆偏振光的合成。,在旋光介质中，左旋和右旋的圆偏振光传播速度不同，即它们的折射率不同，分别是nL和nR， 在晶体中，经过距离d后，相位滞后分别为,即相对于原来的电矢量分别转过-R和-L ，导致合成后的线偏光振
13、动面旋转。,出射的点相位比入射点的相位要滞后,也就是说，电矢量还未转到入射点的方位，即相当于反向旋转,入射点,出射点,出射点,二、溶液的旋光性,蔗糖溶液具有旋光性，与浓度N有关,比旋光率,三、人工旋光 磁致旋光(magneto-effect),线偏光通过处于磁场中的介质后，电矢量振动面旋转 法拉第效应（Faraday effect）,V：Verdet常数，与介质、波长、温度有关。 光沿磁场传播时,正值表示左旋,电流I,如果光沿着磁场传播电矢量左旋，则逆着磁场传播电矢量右旋 光经过介质左旋，被反射回来再经过介质，右旋，共转过2。,旋转方向与光的传播方向有关,磁致旋光的应用,单通光闸：旋转方向与磁场方向有关,自动控制溶液浓度,光电探测器,量糖术,光通信,使激光电矢量振动面偏转，再通过偏振片对光强进行调制,交变信号源i,四、磁光克尔效应,Magneto-optic Kerr effect (MOKE) 被磁性介质反射的
