注意与光沿光轴传播时无双折射情况的区别注意与光沿光轴传播时无双折射情况的区别.光轴光轴AE•eBF′E′•FO（（b）光轴在纸面内）光轴在纸面内 115.5.晶体偏振器件晶体偏振器件 利用双折射晶体可以获得偏振光利用双折射晶体可以获得偏振光. .常用常用的晶体偏振器件有的晶体偏振器件有尼科耳棱镜尼科耳棱镜, 沃拉斯特棱镜沃拉斯特棱镜, 洛匈棱镜洛匈棱镜尼科尔棱镜尼科尔棱镜由两块直角方解石用特种树胶粘合而成由两块直角方解石用特种树胶粘合而成方解石的折射率方解石的折射率 no=1.658, ne=1.485, 加拿大树胶的折射率加拿大树胶的折射率n=1.55，，O光入射角大于其临界角光入射角大于其临界角69012’，被全反射，在，被全反射，在CN处为涂黑层所吸收处为涂黑层所吸收e光则不发生全反射，可穿过树胶光则不发生全反射，可穿过树胶层从棱镜射出层从棱镜射出,其振动面在棱镜的主平面内其振动面在棱镜的主平面内ACNM•e•760O220680尼科耳棱镜可以用作起偏器或检偏器尼科耳棱镜可以用作起偏器或检偏器光轴光轴480 12沃拉斯特棱镜和洛匈棱镜沃拉斯特棱镜和洛匈棱镜由光轴相互垂直的两块方解石直角棱镜构成由光轴相互垂直的两块方解石直角棱镜构成两束折射光通过两束折射光通过沃拉斯特或洛匈沃拉斯特或洛匈棱镜后将会分开，是棱镜后将会分开，是很好的偏振光分束元件很好的偏振光分束元件沃沃拉拉斯斯特特棱棱镜镜洛洛匈匈棱棱镜镜oo 13 某些晶体（电气石等）对某些晶体（电气石等）对o o光和光和e e光的吸收有很大差光的吸收有很大差异，称晶体的异，称晶体的二向色性。
二向色性例如，电气石对例如，电气石对o光的吸收能光的吸收能力特别强，结果就只剩下力特别强，结果就只剩下e光穿出晶体光穿出晶体6. 晶体的二向色性和偏振片晶体的二向色性和偏振片 利用二向色性可以产生偏振光的性质，可以制作利用二向色性可以产生偏振光的性质，可以制作偏偏振片偏振片是一种常用的起偏器偏振片是一种常用的起偏器 聚乙烯醇膜聚乙烯醇膜加热后拉伸，使碳氢化合物分子沿拉伸加热后拉伸，使碳氢化合物分子沿拉伸方向排列，再浸入碘溶液，烘干制成方向排列，再浸入碘溶液，烘干制成碘化奎宁（碘化奎宁（H H偏振片）偏振片），，或或聚乙烯醇膜聚乙烯醇膜放入高温炉，通以氯化氢，去除一些水分放入高温炉，通以氯化氢，去除一些水分子形成细长分子，再单向拉伸子形成细长分子，再单向拉伸（（K K偏振片）偏振片），光矢量在，光矢量在导电分子长链方向的分量使电子运动，被强烈吸收，垂导电分子长链方向的分量使电子运动，被强烈吸收，垂直方向不对电子做功，无吸收，可以通过直方向不对电子做功，无吸收，可以通过 14§例例 如图所示沃拉斯特棱镜，方解石棱镜的如图所示沃拉斯特棱镜，方解石棱镜的n nO O=1.658,n=1.658,ne e=1.486, 589nm=1.486, 589nm的钠黄光垂直的钠黄光垂直ABAB面入射，面入射，求两束折射光在第二个棱镜中分开的角度。
求两束折射光在第二个棱镜中分开的角度解：解：ABD中的中的O光进入光进入BD后折射角为后折射角为 2，则，则 15§ABDABD中的中的e e光进入光进入BDBD后折射角为后折射角为 1 1，则，则两束光的夹角两束光的夹角 16§12-16 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 偏振光的干涉偏振光的干涉1. 1. 波晶片（晶体移相器）波晶片（晶体移相器）------由由光轴平行于表面的双折射晶体光轴平行于表面的双折射晶体薄片制成薄片制成 自然光自然光垂直入射垂直入射到到厚度为厚度为d 的的双折射波晶片后，分解双折射波晶片后，分解为为 o 光和光和 e 光，传播方向相光，传播方向相同，但速度不同，出射光为同，但速度不同，出射光为两束位相不同，振动方向相两束位相不同，振动方向相互垂直的线偏振光互垂直的线偏振光波晶片波晶片o 光光e 光光 根据两种光线在晶体中的根据两种光线在晶体中的光程不同光程不同，可制作不同用，可制作不同用途的途的波晶片波晶片一、椭圆偏振光和圆偏振光一、椭圆偏振光和圆偏振光 17光经过波片光程为光经过波片光程为光经过光程为光经过光程为光的相位差为：光的相位差为：则出射则出射 光和光和波晶片波晶片分类：分类：1/4波片波片半波片半波片全波片全波片 这种这种光轴平行于表面的光轴平行于表面的晶体片称为波晶片，简称波晶体片称为波晶片，简称波片，光线通过这种波片后，片，光线通过这种波片后，o o光与光与e e光会产生相位差。
光会产生相位差 18在在垂垂直直光光传传播播方方向向的的平平面面上上，，只只有有单单一一的的振振动动矢矢量量，，但但振振动动矢矢量量的的大大小小和和方方向向不不断断地地改改变变，，振振动动矢矢量量的的端点描绘成一个椭圆端点描绘成一个椭圆( (圆圆) )形轨迹 迎着光线传播方向观看：迎着光线传播方向观看：若振动矢量若振动矢量 顺时针旋转就称为右旋圆偏振光顺时针旋转就称为右旋圆偏振光若振动矢量若振动矢量 逆时针旋转就称为左旋圆偏振光逆时针旋转就称为左旋圆偏振光 2. 椭圆偏振光和圆偏振光椭圆偏振光和圆偏振光 19 设一个质点同时参与了两个振动方向相互垂直的设一个质点同时参与了两个振动方向相互垂直的同频率简谐振动，即同频率简谐振动，即消去消去t 得到轨道方程：得到轨道方程： 合合运运动动的的轨轨迹迹一一般般是是在在 2A2A1 1 ( x 向向)、、2A2 ( y 向向)范范围围内的一个椭圆内的一个椭圆 椭椭圆圆的的性性质质( (方方位位、、长长短短轴轴、、左左右右旋旋 ) )在在 A1 、A2确定之后确定之后, ,主要决定于主要决定于 相位差。
相位差椭圆（圆）偏振光椭圆（圆）偏振光由两个由两个同频率、振动方向相互垂直、同频率、振动方向相互垂直、有固定相位差的线偏振光的合成有固定相位差的线偏振光的合成 20当当＝＝k (k=0, ±1, ±2, … )时时, 合成光为合成光为线偏振光线偏振光椭圆偏振光，左旋椭圆偏振光，左旋圆偏振光圆偏振光, 右旋右旋线偏振光线偏振光当当A1＝＝A2 且且 ＝＝(2k+1) /2时，合成光为时，合成光为圆偏振光圆偏振光当当A1与与A2不等，不等， 不为不为k 时，合成光为时，合成光为椭圆偏振光椭圆偏振光 21的e光及 由起偏器射来的由起偏器射来的线线偏振光偏振光正入射双折射晶片正入射双折射晶片后分解后分解为为同同频率频率、、振动方向相互垂直、振动方向相互垂直、沿同方向传播沿同方向传播的的两束线偏振光两束线偏振光 (o和和e光光)o光振动方向垂直光轴光振动方向垂直光轴, e光振动方向平行光轴光振动方向平行光轴 这这两束两束不同速率的不同速率的o和和e光通过厚度为光通过厚度为d 的的波晶片波晶片C后产后产生一恒定的相位差：生一恒定的相位差：椭圆（圆）偏振光的产生椭圆（圆）偏振光的产生 22通通过过晶晶片片后后的的这这两两束束传传播播方方相相同同、、振振动动方方向向垂垂直直、、频频率率相相等等、、相相位位差差 恒恒定定的的线线偏偏振振光光，，可可以以合合成成为为一一束束椭圆或者线偏振光。
具体情况取决于晶片的厚度椭圆或者线偏振光具体情况取决于晶片的厚度d1 1））若线偏振光通过晶体后，若线偏振光通过晶体后， o光与光与e光产生的光程差为光产生的光程差为 ，，相位差为相位差为 则称此类晶片为则称此类晶片为全波片全波片任何偏任何偏振光通过全波片后振光通过全波片后偏振态不变偏振态不变或圆或圆) 23（（2 2））若线偏振光通过晶片后，若线偏振光通过晶片后， o光与光与e光的光的相位差为相位差为 光程差光程差 为为 /2的奇的奇数倍，则称此类晶片为数倍，则称此类晶片为半波片半波片线偏振光经过线偏振光经过半波片后，半波片后，出射光仍为出射光仍为线偏振光线偏振光, , 但振动方向转过但振动方向转过2 角度光轴光轴光轴光轴AoAeA光轴光轴光轴光轴偏振偏振方向方向 24（（3 3））若线偏振光通过晶片后，若线偏振光通过晶片后， o光与光与e光的光的相位差为相位差为 光程差光程差 为为 /4的奇数倍，则称此类晶片为的奇数倍，则称此类晶片为1/4波片。
波片线偏振光经过线偏振光经过1/41/4波片后，波片后，变为变为长短轴沿坐标轴长短轴沿坐标轴(光轴光轴)的正的正椭圆偏振光椭圆偏振光¼波片可用于产生椭圆波片可用于产生椭圆或圆偏振光，也可用于或圆偏振光，也可用于检验椭圆或圆偏振光检验椭圆或圆偏振光光轴光轴线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光椭圆椭圆椭圆椭圆( ( ( (圆圆圆圆) ) ) )偏振光偏振光偏振光偏振光 25 取取CC′表示表示光轴光轴 方向，方向，MM′表示偏振片表示偏振片P的偏振方向的偏振方向即入射偏振光的振动方向即入射偏振光的振动方向A表示入射偏振光的振幅矢量，表示入射偏振光的振幅矢量， 表示表示入射偏振光的振动方向和晶片光轴的夹角入射偏振光的振动方向和晶片光轴的夹角: C'CMA M' 振幅关系：振幅关系：圆偏振光条件：入射线偏振光的振动圆偏振光条件：入射线偏振光的振动方向与方向与1/4波片光轴的夹角波片光轴的夹角 =45 ，此，此时时Ao=Ae即： 26 1/4 1/4 波片波片能够用于改变能够用于改变光的偏振光的偏振状态，状态，半波片半波片可用可用于改变光的旋向，下表给出波晶片对光偏振的影响：于改变光的旋向，下表给出波晶片对光偏振的影响：入射光入射光波晶片波晶片出射光出射光线偏振光线偏振光圆偏振光圆偏振光自然光自然光椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光圆偏振光（左、右旋）圆偏振光（左、右旋）椭圆偏振光（左、右）椭圆偏振光（左、右）自然光自然光波片波片波片波片波片波片波片波片波片波片* *波片波片波片波片波片波片椭圆偏振光椭圆偏振光线偏振光线偏振光自然光自然光线偏振光线偏振光线偏振光线偏振光圆偏振光（右、左旋）圆偏振光（右、左旋）椭圆偏振光（右、左旋）椭圆偏振光（右、左旋）自然光自然光 273 3、、偏振光的进一步检测偏振光的进一步检测 如何用实验方法区别自然光、线偏振光、圆偏振如何用实验方法区别自然光、线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光以及部分偏振光光、椭圆偏振光以及部分偏振光? 偏偏振振片片 (转转动动)待检测光待检测光线偏振光线偏振光I 变变, 有消光现象有消光现象自自然然光光or 圆圆偏偏振振光光or 部分圆偏振光部分圆偏振光I 不变不变椭椭圆圆偏偏振振光光or 部部分分椭椭圆圆偏偏振光振光 or部分线偏振光部分线偏振光I 变，无消光变，无消光 为了进一步区分圆偏振光和自然光（或者椭圆偏振光为了进一步区分圆偏振光和自然光（或者椭圆偏振光和部分偏振光），在上述偏振片的前面插入和部分偏振光），在上述偏振片的前面插入1/4波片，然波片，然后再按上述步骤操作，观察透射光强变化后再按上述步骤操作，观察透射光强变化 28 四四分分之之一一波波片片圆偏振光圆偏振光自然光自然光自然光自然光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片 (转转动动)线偏振光线偏振光 I 不变不变线偏振光线偏振光I变变, 有消光有消光以入射光方向为轴以入射光方向为轴 四四分分之之一一波波片片椭圆偏振光椭圆偏振光部分偏振光部分偏振光线偏振光线偏振光 偏偏振振片片 (转转动动)线偏振光线偏振光I 变变, 有消光有消光 部分部分偏振光偏振光线偏振光线偏振光I 变变, 无消光无消光光光轴轴必必须须平平行行最最大大光光强强或或最最小小光光强强方方向向（（即即椭椭偏偏光光的的主主轴轴））放放置置。
因因为为只只有有椭椭圆圆主主轴轴与与1/4波波片片光光轴轴平平行行时时才才会会把把椭椭偏偏光光变变成成线线偏偏光光等等效效于于线线偏光经过两个偏光经过两个1/4波片，合起来才相当于一个半波片）波片，合起来才相当于一个半波片） 29解：（解：（1）线偏振光通过晶片后变为正椭圆偏振光，说）线偏振光通过晶片后变为正椭圆偏振光，说明入射光通过晶片后明入射光通过晶片后e光与光与o光的光程差为光的光程差为(2k+1) /4，，晶片为晶片为1/4波片，波片，石英晶片石英晶片的厚度满足：的厚度满足：例例1 1 如果要使一波长为如果要使一波长为600nm600nm的线偏振光通过一光轴与的线偏振光通过一光轴与晶体表面平行的石英晶片后，变为长、短轴之比为晶体表面平行的石英晶片后，变为长、短轴之比为 的正椭圆偏振光（石英晶体的主折射率：的正椭圆偏振光（石英晶体的主折射率：ne=1.552=1.552，，no=1.544=1.544）求（1 1）晶片的最小厚度；（）晶片的最小厚度；（2 2）入射偏振）入射偏振光的振动方向与晶片光轴方向的夹角光的振动方向与晶片光轴方向的夹角 最小厚度为：最小厚度为： 30（（2）设入射线偏振光振动方向与光轴夹角为）设入射线偏振光振动方向与光轴夹角为 ，入射，入射光振幅为光振幅为A，则椭圆的长短轴之比为：，则椭圆的长短轴之比为：AAoAe 光轴光轴P 31 从起偏器得到的线偏振光，经过波晶片后，变为两束相位差从起偏器得到的线偏振光，经过波晶片后，变为两束相位差恒定、振动方向相互垂直的恒定、振动方向相互垂直的o光和光和e光。
若使光若使o光与光与e光再通过一光再通过一检偏器，使其振动方向变得相互平行，则此两分量具有相干性，检偏器，使其振动方向变得相互平行，则此两分量具有相干性，称为称为偏振光干涉偏振光干涉如下图：如下图： 通过晶片的两束光再经过检偏器后，在偏振片通过晶片的两束光再经过检偏器后，在偏振片P2的偏振化的偏振化方向具有相干性方向具有相干性 二、偏振光的干涉二、偏振光的干涉偏振光偏振光的干涉的干涉入射自然光入射自然光起偏器起偏器••线偏光线偏光椭圆椭圆偏光偏光检偏器检偏器 32光轴光轴 A2o与与A2e 振幅相等，频率相同、振动方向一致，是振幅相等，频率相同、振动方向一致，是相干光相干光, 能产生干涉现象发生干涉的效果决定于彼此的能产生干涉现象发生干涉的效果决定于彼此的相位差因二者偏振方向相反，即产生附加相位差相位差因二者偏振方向相反，即产生附加相位差 , 故故总的相位差为总的相位差为: （（1）） 偏振片偏振片P2与与P1透振方向相互垂直透振方向相互垂直 33 （（a）单色光入射时，若波片厚度不均匀，则从不同位）单色光入射时，若波片厚度不均匀，则从不同位置出射的两分量之间相位差不同，干涉明暗效果就不同，置出射的两分量之间相位差不同，干涉明暗效果就不同，即出现与波片厚度分布有关的干涉条纹即出现与波片厚度分布有关的干涉条纹 （（b）若白光（不同频率的光）照射，对于一定的晶）若白光（不同频率的光）照射，对于一定的晶片厚度片厚度d，有的加强有的减弱，，有的加强有的减弱，视场中显出彩色条纹，视场中显出彩色条纹，这种现象称为这种现象称为色偏振色偏振.当当total=2k 或或(no-ne)d=(2k-1) /2 时干涉加强时干涉加强, 视场明视场明亮亮 total=(2k+1) 或或(no-ne)d=k 时干涉最弱时干涉最弱, 视场变视场变暗暗. 34（（2）） 偏振片偏振片P2与与P1透振方向相互平行透振方向相互平行无附加相位差，因而干涉公式无附加相位差，因而干涉公式为为：：干涉相长干涉相长干涉相消干涉相消偏振光的干涉与前面所学干涉知识规律相同偏振光的干涉与前面所学干涉知识规律相同 35某波长某波长λ满足满足 则该波长的光在则该波长的光在 时是相互抵消的在时是相互抵消的在 时是相互加强的。
时是相互加强的某波长某波长λ满足满足 则该波长的光在则该波长的光在 时是相互抵消的在时是相互抵消的在 时是相互加强的时是相互加强的 36例题：一厚度为例题：一厚度为10μm的方解石晶片，其光轴平行于表的方解石晶片，其光轴平行于表面，放置在两正交偏振片之间，晶片的光轴与第一偏振面，放置在两正交偏振片之间，晶片的光轴与第一偏振片的偏振化方向夹角为片的偏振化方向夹角为450，若要使波长，若要使波长 600nm 的光的光通过上述系统后呈现极大，晶片的厚度至少要磨去多少通过上述系统后呈现极大，晶片的厚度至少要磨去多少？？解：解：由干涉加强必由干涉加强必须满足的条件：须满足的条件：Δl()jp2pdno=+=ne2kp(2k-1)2d=()nonel=1.76(2k-1)mm=0.602(1.66－1.49)(2k－1)d =1.76(2××3－1) = 8.8mmK = 3取取=10－－8.8=1.2m mmd d应磨去的厚度为：应磨去的厚度为： 371.1.光弾性现象光弾性现象 （应力双折射）（应力双折射）—— 在外界条件（或人为条件）影响下造成各向异性在外界条件（或人为条件）影响下造成各向异性而产生的双折射现象。
而产生的双折射现象三、人为双折射三、人为双折射 非晶体非晶体E在应力在应力作用下有单轴晶体的作用下有单轴晶体的性质性质, 沿应力沿应力OO'方向方向为光轴方向为光轴方向. (ne-no)的的值与胁强成正比值与胁强成正比.P1P2dFOO'屏屏ESk-胁强光学系数胁强光学系数p-胁强胁强应力较小应力较小 应力较大应力较大 382. 2. 电光效应电光效应实验装置实验装置电光效应电光效应(线性电光线性电光效应）又称效应）又称克尔效应克尔效应（泡克尔斯效应）（泡克尔斯效应）, 非晶体或液体在强电非晶体或液体在强电场中会具有双折射性场中会具有双折射性质质给克尔盒加电场给克尔盒加电场, 屏幕变亮屏幕变亮.克克尔尔盒盒 45º45ºlP1P2CC'克克尔尔盒盒通过液体的光程差：通过液体的光程差： 393. 3. 磁滞双折射效应磁滞双折射效应实验装置类似电光效应实验（磁场垂直于光传播实验装置类似电光效应实验（磁场垂直于光传播方向）方向）, 电场改成磁场电场改成磁场.在强磁场作用下在强磁场作用下, , 某些非晶体产生的双折射现象某些非晶体产生的双折射现象. .蒸汽中蒸汽中------------佛克脱佛克脱(W. Voigt)(W. Voigt)效应效应液体中液体中------------科顿科顿- -穆顿穆顿(Cotton-Mouton)(Cotton-Mouton)效应效应后者比前者强得多后者比前者强得多. . - -真空中波长真空中波长ＣＣ－常量，与物质与波长有关常量，与物质与波长有关 40P21012 - 54，，55，，56，，57 41§§1212- -1717 旋光性旋光性（（1 1）旋光现象）旋光现象实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方向将绕着光的传播方向旋转过某一角度方向将绕着光的传播方向旋转过某一角度 ，称为，称为旋旋光现象光现象。
这种介质称为旋光物质如石英、糖、酒石酸钾钠等这种介质称为旋光物质如石英、糖、酒石酸钾钠等在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转的物质，称为的物质，称为左旋物质左旋物质；反之为；反之为右旋物质右旋物质 为滤色片；为滤色片；M为起偏器；旋光物体放在两个正交为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片的偏振片M与与N之间，之间，将会看到视场由原来的零变亮，将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器把检偏器 N 旋转一个角度，又可得到零视野旋转一个角度，又可得到零视野是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片C为左旋物质时，在迎光矢量图上，电矢量振动方向为左旋物质时，在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转；反之，顺时针方向旋转逆时针方向旋转；反之，顺时针方向旋转 实验证明：振动面旋转的角度实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度与材料的厚度d、、浓度浓度C 以及入射光的波长以及入射光的波长 有关对于固体：对于固体：定义定义 为旋光系数，它是入射光波长的函数为旋光系数，它是入射光波长的函数对于液体：对于液体：式中式中C为溶液的浓度。
为溶液的浓度把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方向加磁场光传播方向加磁场 B，，则发现线偏光通过样品后，振则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一个角度动面旋转过一个角度 ，，实验表明实验表明：：V叫做韦尔代叫做韦尔代(Verdet)系数 称为磁致旋光现象称为磁致旋光现象 当线偏光当线偏光沿磁场方向沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向电振动方向右旋右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋左旋所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过面旋转过2 2 ，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响右旋右旋左旋左旋反射面反射面 452011-2012年第二学期期末考试安排年第二学期期末考试安排§时间：时间： 7月月3日日(周周 二二) 上午上午8:30—10:30§地点：地点： H3109 教室教室（（3号教学楼）号教学楼）§准备计算器、三角尺、圆规、铅笔、橡皮。
准备计算器、三角尺、圆规、铅笔、橡皮 46答疑时间：答疑时间：7月月2 日日 上午上午9:00—11:30 （周一）（周一） 下午下午14:30—17:00地点：地点： 光学楼光学楼 519室室 。