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1、偏振光的研讨偏振光的研讨中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座2006.1.10前言前言v干涉和衍射光的动摇性v偏振光是横波v光的偏振景象v偏振元件v运用 K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。在各向同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向。EHS光的矢量性光的矢量性 光是横波光是横波Exy自然光部分偏振光线偏振光圆偏振光椭圆偏振光光的五种偏振态光的五种偏振态部分偏振度v定义：椭圆偏振光的构成两个相互垂直的振动的合成椭圆偏振光的构成两个相互垂直的振动的合成v椭圆方程式：椭圆方程式：( 1- 2)= = /2 正椭圆正椭圆
2、E0x= E0y= E0圆ExEy1、利用偏振片、利用偏振片2、利用反射景象、利用反射景象3、利用双折射晶体、利用双折射晶体 光的散射光的散射改动光的偏振态的方法改动光的偏振态的方法非偏振光非偏振光线偏振光线偏振光偏振片偏振片利用偏振片产生偏振光利用偏振片产生偏振光马吕斯定律马吕斯定律1809年和消光景象年和消光景象自然光P1P2起偏器检偏器起偏器I2=I1cos2( )I1=I0/2P1与与P2方向的夹角为方向的夹角为 A1A2APASRPRSTPTSn1n2只写出反射时的公式布鲁斯特角： 注：R，A为振幅菲涅耳公式菲涅耳公式APRSRPTPTSn1n2利用布儒斯特角产生偏振光利用布儒斯特角
3、产生偏振光玻璃片堆激光器全反射光阴的偏振态的改动全反射光阴的偏振态的改动v反射波的振幅比可以改写为：当入射角大于或等于临界角当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时时全反射时的相位改动全反射时的相位改动405060708090PS/2入射角菲涅耳棱体菲涅耳棱体455454利用全反射产生圆偏光晶体光学晶体光学晶体光学元件晶体光学元件1、偏振器件：、偏振器件： 尼科耳棱镜尼科耳棱镜格兰棱镜格兰棱镜2 波晶片波晶片v构造：单轴晶体使其光轴与外表平行构造：单轴晶体使其光轴与外表平行光轴光轴(e光振动方向光振动方向入射光入射光o光振动方向光振动方向1/4波片波片厚度主截面主截面检验偏振光的光路检验偏振
4、光的光路偏振片波片偏振光的检验偏振光的检验v借助借助检偏器和偏器和1/4波晶片波晶片检验光的光的5种偏振种偏振态v1.只用只用检偏器偏器转动：v 对于于线偏光可以出偏光可以出现极大和消光景象。极大和消光景象。v 对于于椭圆偏光和部分偏光可以出偏光和部分偏光可以出现极大和极小景象。极大和极小景象。v 对于于圆偏光和非偏光各方向光偏光和非偏光各方向光强不不变。v2.用用1/4波晶片和波晶片和检偏器偏器转动 ：v 对于非偏光自然光各方向光于非偏光自然光各方向光强不不变。v 对于于圆偏光出偏光出现消光景象消光景象缘由。由。v 对于部分偏光仍出于部分偏光仍出现极大和极小景象。极大和极小景象。v 对于于椭
5、圆偏光，当把偏光，当把1/4波晶片的快慢波晶片的快慢轴放在光放在光强极大位极大位置置时出出现消光景象消光景象缘由。由。干涉的三条件：频率、振动方向、初位相一样 安装：自然光+起偏器P1+波晶片+检偏器P2平行偏光干涉的安装平行偏光干涉的安装偏振光的干涉的结果偏振光的干涉的结果互补性消光消光消光消光极大极大极大极大vP1 P2vP1 II P2 为波片的光为波片的光轴与轴与P1的夹角的夹角景象景象v单色光照明厚度变化的波晶片单色光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，亮暗，亮暗纹互补纹互补v v白光照明厚度变化的波晶片白光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，彩色互，彩色
6、互补如红色与青色，绿色和紫色，黄色和蓝色等显色偏振补如红色与青色，绿色和紫色，黄色和蓝色等显色偏振其他产生双折射的机理和运用其他产生双折射的机理和运用v光测弹性由于资料的内、外应力呵斥双折射景象v 检查玻璃、塑料等的内应力v桥梁、矿井、水坝和机械工件等的应力分布的监测和模拟。v地震预告。v克尔效应和普克尔效应由于电场呵斥双折射景象高速光开关。旋光景象的察看和丈量旋光景象的察看和丈量v1811年由阿喇果和毕奥发现v石英、松节油、糖溶液中有旋光景象v左旋和右旋与旋光物质的构造有关1822年赫谢尔发现v旋光计丈量糖溶液的浓度 光源起偏器罗兰片待测溶液检偏器望远镜量糖计量糖计会聚偏光的干涉会聚偏光的干
7、涉L2L1L3L4幕C CP2P1椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率 在现代科学技术中，薄膜有着广泛的运用。因此丈量薄膜的技术也有了很大的开展，椭偏法就是在现代科学技术中，薄膜有着广泛的运用。因此丈量薄膜的技术也有了很大的开展，椭偏法就是70年年代以来随着电子计算机的广泛运用而开展起来的目前已有的丈量薄膜的最准确的方法之一。椭偏法代以来随着电子计算机的广泛运用而开展起来的目前已有的丈量薄膜的最准确的方法之一。椭偏法丈量具有如下特点：丈量具有如下特点：能丈量很薄的膜能丈量很薄的膜1nm，且精度很高，比干涉法高，且精度很高，比干涉法高1-2个数量级。个数量
8、级。是一种无损丈量，不用特别制备样品，也不损坏样品，比其它精细方法：如称重法、定量化学分析法简是一种无损丈量，不用特别制备样品，也不损坏样品，比其它精细方法：如称重法、定量化学分析法简便。便。可同时丈量膜的厚度、折射率以及吸收系数。因此可以作为分析工具运用。可同时丈量膜的厚度、折射率以及吸收系数。因此可以作为分析工具运用。对一些外表构造、外表过程和外表反响相当敏感。是研讨外表物理的一种方法对一些外表构造、外表过程和外表反响相当敏感。是研讨外表物理的一种方法 椭偏仪的光路图椭偏仪的光路图光源起偏器检偏器波片光阑光电探测器样品椭偏仪的根本原理椭偏仪的根本原理薄膜薄膜12dn2n1n2n3EEt12Er12Et12r 23t21ei Et12r 23 2t21ei2 基底基底Et12r 23 4t21ei3 FASASPE入射光的P分量入射光的S分量45反射光的反射光的P 分量和分量和 S分量的比分量的比值椭圆参量参量 =RP/Rs=tanexp(i )=f(n1, n2, n3,1，d， 总结总结v光是横波具有五种偏振态v光与物质相互作用时会发生偏振态的改动v偏振元件：偏振片、偏振棱镜、波片v运用：光测弹性、旋光计、椭偏仪、电光调制
