偏振光的干涉
偏振光的干涉
蓝色（485.4nm）相消 →黄色（585. 3 nm）。 红色（656.2 nm）相消→绿色（492.1nm）； 若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。
色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法,用显微镜观察 各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些结构.
这时克尔盒相当于一块半波片。
应用:
光开关
P1 45
Δk
l
2π
k d2
U
2
+
P2 45
P1 P2
克尔盒 l
d
当U=0时，Δk 0 ,光通不过 P2, 关！
当U为半波电压时，克尔盒使线偏振光的振动面
转过 2 =900，光正好能全部通过 P2，开！
克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109次。
过Ｎ2后的相干光强为
N1 A
Ao
C
N2
Ae
600 Ae2
Ao2
I Ao22 Ae22 2 Ao2 Ae2 cos( / 2)
Ao22 Ae22 ( Asin 300 cos 600 )2 ( A cos2 300 )2
5 8
A2
5 16
I0.
出射光为线偏振光．
人工双折射
人工双折射是用人工的方法造成材料的 各向异性, 从而获得双折射的现象。
一.应力双折射（光弹性效应）
将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。 加力的方向即光轴的方向。
在观察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：
··P1
SF C P2
有机玻璃
P1 P2
光的偏振与干涉偏振光与干涉光的关系
光的偏振与干涉偏振光与干涉光的关系光的偏振是指光波传播方向中电场矢量的振动方向。
光波可以分为非偏振光、线偏振光和圆偏振光三种类型，其中线偏振光又可分为水平偏振光和垂直偏振光。
而干涉是指两个或多个光波叠加形成明暗相间的干涉图案的现象。
光的偏振与干涉之间存在密切的关系。
这种关系体现在干涉光中，对偏振光的处理可以改变干涉光的干涉图案，并对干涉程度产生影响。
一、光的偏振对干涉现象的影响1. 等光程干涉中的光的偏振在等光程干涉中，两束光程差相同，光的偏振状态对干涉现象影响较小。
无论是线偏振光还是圆偏振光，对干涉图案的分布没有明显改变。
2. 等厚干涉中的光的偏振在等厚干涉中，根据光的偏振状态的不同，干涉图案会有所变化。
例如，在等厚干涉中，如果入射光为偏振光，其振动方向与干涉薄膜的主轴方向垂直，那么在干涉图案中会出现椭圆等厚线。
而如果入射光的振动方向与主轴方向平行，那么在干涉图案中则会得到一系列等间隔的直线等厚线。
二、干涉对光的偏振的影响1. 偏振干涉现象当两束偏振光发生干涉时，干涉现象与光的偏振状态有关。
例如，在马吕斯干涉仪中，两束水平偏振光相交形成干涉图案时，光的偏振状态会影响到干涉环的亮度分布。
当两束完全相同的线偏振光互相垂直时，干涉环中间完全暗淡，这是由于互相垂直的线偏振光无法通过偏振镜，使得这一区域成为暗场。
2. 干涉偏振现象干涉光中的偏振现象也能够影响光的偏振态。
例如，在杨氏双缝干涉实验中，当入射光为线偏振光，两束光相交形成干涉图案时，干涉光的振动方向会影响到干涉条纹的亮度分布。
如果入射光的偏振方向与缝隙之间的连线垂直，干涉图案中的亮纹较强，而入射光的偏振方向平行于连线时，亮纹较弱。
综上所述，光的偏振与干涉之间存在着相互影响的关系。
在等光程干涉中，光的偏振对干涉现象的影响较小；而在等厚干涉和偏振干涉中，光的偏振状态会对干涉图案产生较大的改变。
同时，干涉现象也会对光的偏振态产生影响，例如马吕斯干涉仪和杨氏双缝干涉实验中观察到的现象。
21.4 偏振光的干涉
光程差
( no − ne ) d
3
no —— o 光主折射率 ne —— e 光主折射率
第21章 光的偏振
2. 光强分析
Ao = A sin θ 1
Ao2 = Ao cosθ = A sin θ ⋅ cos θ 1
Ae = A cos θ 1
Ae2 = Ae sin θ
1 • P
= A sin θ ⋅ cos θ 1 2πd ∆ϕ = ∆ϕc + π = no − ne + π
6 第21章 光的偏振
白光
• •
P1
P2
屏
偏振片1 偏振片
偏振片2 偏振片
相位差与装置的关系: 相位差与装置的关系
P1 ⊥ P2
∆ϕ =
2π
P || P2 1
λ 2π ∆ϕ = ( no − ne ) d λ
( no − ne ) d + π
思考1 画出P 思考 画出 ⁄ ⁄ A时振幅投影图 时振幅投影图 思考2 比较 思考 比较P ⁄ ⁄ A与P ⊥ A情况 说明为什么 与 情况 多采用P 多采用 ⊥ A情形观察偏振光干涉 情形观察偏振光干涉 思考3 自然光入射波片后的偏振状态是什么? 思考 自然光入射波片后的偏振状态是什么
9
第21章 光的偏振
硫代硫酸钠晶片的色偏振图片
10 第21章 光的偏振
石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹） 石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）
11 第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
12
第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
13
第21章 光的偏振
利用偏振光干涉看到的结冰过程
14
光的干涉衍射与偏振
光的干涉衍射与偏振光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在传播过程中，光可以发生干涉、衍射和偏振等现象。
本文将就光的干涉衍射与偏振进行探讨，并介绍相关实验和应用。
一、光的干涉1. 干涉现象光的干涉是指两束或多束光波相互叠加产生明暗条纹的现象。
当两束光波相遇时，根据相位差的不同，会出现增强或相消干涉。
光的干涉分为相干光的干涉和非相干光的干涉两种情况。
2. 干涉实验常见的干涉实验有杨氏双缝干涉实验、牛顿环实验等。
其中，杨氏双缝干涉实验通过用一块光栅，或者两条狭缝让光通过后形成干涉条纹，可以直观地观察到干涉的现象。
3. 透明薄膜的干涉透明薄膜的干涉是指光在两个介质交界处发生反射和透射时，由于反射光和透射光路径不同而发生干涉。
常见的例子是油膜的彩色条纹和肥皂泡的彩色环。
二、光的衍射1. 衍射现象光的衍射是指光通过一个孔或经过一个缝隙时，光波传播方向发生偏折的现象。
这是由于光的波动性质造成的。
2. 衍射实验常见的衍射实验有单缝衍射实验、双缝衍射实验等。
其中，双缝衍射实验可以通过两个狭缝让光通过后形成干涉条纹，观察到光的衍射现象。
3. 单缝衍射和多缝衍射单缝衍射和多缝衍射是光的衍射的两种基本情况。
单缝衍射下，光波经过一个狭缝后形成的衍射图样是一组等距的亮暗条纹。
多缝衍射下，光波经过多个狭缝后形成的衍射图样有更加复杂的亮暗条纹。
三、光的偏振1. 偏振现象光的偏振是指光波中的振动方向具有选择性的现象。
一束未偏振的光中的光波振动方向是各种方向都有的，而偏振后的光则只在特定方向上振动。
2. 偏振实验常见的偏振实验有偏振器实验、马吕斯定律实验等。
其中，偏振器实验可以通过使用偏振片来实现光的偏振，并通过观察光的传播方向和强度的变化来研究偏振现象。
3. 产生和应用偏振光偏振光可以通过偏振片、波片等光学元件产生。
偏振光在日常生活中有许多应用，比如3D电影中的立体效果、太阳眼镜中的消除光线反射等。
综上所述，光的干涉衍射与偏振是光的波动特性的重要表现。
光的偏振与干涉现象
光的偏振与干涉现象观察光的偏振和干涉现象是光学实验中常见的现象。
光的偏振是指光波在传播过程中，电矢量振动方向只在某一特定方向上变化的现象。
而干涉现象是指两束或多束光波在相遇时，根据波动理论的叠加原理，形成明暗相间的交叉条纹的现象。
这两个现象展示了光的波动性质和波动光学的基本原理。
光的偏振是由于光波中电矢量振动的方向存在约束而导致的。
一般情况下，自然光是无规则偏振的，即电矢量在各个方向上均匀分布。
然而，当光通过某些特定的介质时，会发生偏振现象。
例如，当光通过偏振片时，只有与偏振片的主轴方向相同的电矢量振动才能透过，其它方向上的振动则被阻止。
这样，通过偏振片的光就变成了偏振光。
这种偏振现象可以用于光的分析和控制。
偏振光不仅在光学实验中有重要应用，还在许多其他领域中发挥着关键作用。
例如，偏振光在显微镜下对观察样品进行细节探测时提供了更好的分辨率。
在光学通信中，利用偏振光可以增加信息传输的容量。
此外，偏振光还广泛应用于光学元件的检测和定位，在3D电影中也有重要的应用。
而干涉现象则是光的波动性质的一种重要表现形式。
干涉是由两束或多束光波相遇产生的。
当光波相遇时，根据光的波动性质，其波动相叠加，形成明暗相间的交叉条纹。
这些条纹是由于不同光波相位的叠加导致的，相位差的变化会引起干涉条纹的变化。
干涉现象可以提供很多有用的信息和应用。
例如，干涉测量可以用于计算光的波长和介质的折射率。
这种测量方法被称为干涉计，并在科学研究和工业应用中得到广泛应用。
此外，干涉现象还被应用于实验室中的干涉仪器、相衬显微镜和激光干涉仪等仪器中。
光的偏振和干涉现象都是光的波动性质的体现，与光的粒子性质相对应。
光既可以被视作波动的电磁波，也可以被视作粒子的光子。
这种粒子-波动二重性的认识对理解光的行为和光学实验中的现象起到了重要的作用。
总之，光的偏振和干涉现象是光学实验中常见的现象，展示了光的波动性质和波动光学的基本原理。
偏振现象对光的分析和控制具有重要作用，而干涉现象则提供了测量和应用的手段。
6-5偏振光的干涉及其应用
4）坐标轴投影相位差δ ′ ）
（4）注意： a） '只有 0和 π两个取值 ）注意： ） （ δ 2π （b） δ = ） (no − ne )d （c）有多种取值 δ入 ）
Ee = Ee1 cos(−ωt)e 则两垂直光振动同步： 则两垂直光振动同步： Eo = Eo1 cos(−ωt)o e轴和 o轴的正方向向 P2 投影的相位差 正是两同步瞬时光振动向 P 的投影结果 2 得到的是仅仅由于向 P 投影引起的相位差 2
o e
δ (no − ne )d E d 或 : δ Ed 即： = ∝ =B 2π λ λ 2π λ 系数 B是物质的克尔常数
2
2
钠黄光通过硝基苯时： 钠黄光通过硝基苯时： （5）克尔效应的应用 ） 单位 B = 220×10 CGSE ×
7
弛豫时间约为10−9 s
用于制作高速光闸、电光调整器。 用于制作高速光闸、电光调整器。 用于高速摄影、光束测距、 用于高速摄影、光束测距、 激光通讯、激光电视等方面。 激光通讯、激光电视等方面。 （6）克尔盒的缺点 硝基苯纯度要求很高、 ）克尔盒的缺点: 硝基苯纯度要求很高、 有毒、液体不便携带等。 有毒、液体不便携带等。 （7）泡克耳斯效应 ）泡克耳斯效应: 单轴晶体( 在电场作用下 KDP单轴晶体 KH2 PO4 ) 变成双轴晶体。 变成双轴晶体。 特点： 所需电压低,固体 无毒。 固体, 特点： ∝ E, 所需电压低 固体 无毒。 δ
P ⊥ P：I2 = 0;(消光) 2 则： 1 2 P // P：I2 = E01;(极大) 1 2
λ1
(k = 0,±1,⋅⋅⋅)
2）若入射光是单色光 λ2： ） 且：
δ2 =
2π
2 P ⊥ P：I2 = E02;(极大) 2 则： 1 P // P：I2 = 0;(消光) 1 2
偏振光干涉原理
偏振光干涉原理
偏振光干涉是一种利用偏振光产生干涉现象的技术，它广泛应用于光学领域，
包括激光干涉仪、偏振干涉仪、光栅干涉仪等。
在这篇文档中，我们将深入探讨偏振光干涉的原理及其在实际应用中的重要性。
偏振光是指在特定方向上振动的光波，它具有振动方向的特性。
光波的振动方
向可以分为水平方向和垂直方向，分别对应着s光和p光。
当偏振光遇到透明介质
表面时，会发生反射和折射现象，这时就会产生偏振光干涉。
偏振光干涉的原理可以用菲涅尔公式来解释。
菲涅尔公式描述了光波在介质表
面反射和折射时的振幅和相位变化。
当两束偏振光在介质表面发生反射和折射后再次相遇时，它们的振幅和相位会发生变化，从而产生干涉现象。
这种干涉现象可以通过干涉条纹来观察，干涉条纹的间距和对比度与入射光的偏振状态、介质的折射率以及入射角等因素有关。
偏振光干涉在实际应用中具有重要意义。
首先，它可以用于测量光学元件的表
面形貌和光学性能。
通过观察干涉条纹的变化，可以推断出光学元件的表面形貌和折射率等参数。
其次，偏振光干涉还可以用于制备光栅、光学薄膜和其他光学器件。
通过精确控制偏振光的振动方向和光程差，可以实现对光学器件的精密加工和调控。
此外，偏振光干涉还被广泛应用于光学成像、光学通信和光学传感等领域，为光学技术的发展提供了重要支持。
总之，偏振光干涉作为一种重要的光学技术，具有广泛的应用前景和重要的理
论意义。
通过深入理解偏振光干涉的原理和特性，我们可以更好地应用它于实际生产和科研中，推动光学技术的发展和进步。
希望本文对您对偏振光干涉有所帮助，谢谢阅读！。
光的干涉、衍射和偏振
光的干涉、衍射和偏振
1．光的干涉
(1)定义：在两列光波叠加的区域，某些区域相互加强，出现亮条纹，某些区域相互减弱，出现暗条纹，且加强区域和减弱区域相互间隔的现象．
(2)条件：两束光的频率相同、相位差恒定．
(3)双缝干涉图样特点：单色光照射时形成明暗相间的等间距的干涉条纹；白光照射时，中央为白色亮条纹，其余为彩色条纹．
2．光的衍射
发生明显衍射的条件：只有当障碍物的尺寸与光的波长相差不多，甚至比光的波长还小的时候，衍射现象才会明显．
3．光的偏振
(1)自然光：包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．
(2)偏振光：在垂直于光的传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动的光．
(3)偏振光的形成
①让自然光通过偏振片形成偏振光．
②让自然光在两种介质的界面发生反射和折射，反射光和折射光可以成为部分偏振光或完全偏振光．
(4)光的偏振现象说明光是一种横波．
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= = 2π
λ
2π
(n o n e )d + π (n o n e )d
P A
λ
思考1 画出P 思考 画出 A时振幅投影图 时振幅投影图 思考2 比较P 思考 比较 A与P ⊥ A情况 说明为什么 与 情况 多采用P 多采用 ⊥ A情形观察偏振光干涉 情形观察偏振光干涉 思考3 自然光入射波片后的偏振状态是什么? 思考 自然光入射波片后的偏振状态是什么
钓 钩 的 光 弹 图 象 模 型 的 光 弹 图 象
41
k d 2π F = ne no + π = +π λ λ S 2 πd
演 示
电致双折射(电光效应) 二、电致双折射(电光效应) 1.克尔效应 二次电光效应 克尔效应(二次电光效应 克尔效应 二次电光效应)
45° ° P1 克尔盒 + 45° ° P2 d
P
分析各区光的偏振状态 起偏器 后是线偏振光 起偏器P后是线偏振光 起偏器 线偏振光经波晶片 后偏振态 强度 线偏振光经波晶片C后偏振态 强度? 线偏振光经波晶片 后偏振态?强度 检偏器 后的偏振态 强度 检偏器A后的偏振态 强度? 检偏器 后的偏振态?强度
3
二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态 结论: 结论 1)o 光 e 光传播方向相同 ) 同一点源发出的o 同一点源发出的 光 e 光不分开 2) 2) o 光 e 光振动方向垂直 o ⊥ 光轴 e 光轴
ω ω
9
三、 相干区干涉强度
α
I1 = A2 1
I1
相干区
P
相干光的振幅 相干光的振幅
C
A
y(P)
A2e = Ae sin α 1
= A cosα sin α 1
A 1
Ao 1
O.A.
α
Ae 1
A2e x(A)
A2o
= A2o
10
相干光光程差 相干光光程差 由波片厚度引进的是 (no ne )d 在该装置中 两光经 检偏器A后振动步调相反 检偏器 后振动步调相反 所以装置带来的 附加光程差是 总光程差
过 λ/2片后 片后 = π 2 4象限的振动 象限的振动
Ao 1
A 1
= 0
α O.A. αA
1e
1 3象限的振动 象限的振动
注意: 注意 λ/2波片 λ/4 波片 必须指明波长 波片
8
5 ) 推论
由上述分析知
圆和椭圆偏振光可看成是两束 频率相同 椭圆偏振光可看成是两束 传播方向一致 振动方向相互垂直 相位差为某个确定值的线偏振光的合成 相位差为某个确定值的线偏振光的合成 线偏振光 同样 线偏振光可看成是两束 频率相同 线偏振光可看成是两束 相位相同 振幅相同 传播方向亦相同的 圆偏振光的合成 左 右旋 圆偏振光的合成
(nR nL ) 与 nR nL λ 有关
52
三、 量糖术 对旋光溶液有 θ = [a] C l ] [ a ] C = a — 溶液的旋光率 C — 溶液的浓度 [ a ] — 溶液的比旋光率 “量糖计”可分析旋光（同分）异构体的成分 量糖计”可分析旋光（同分） 量糖计 例如： 广泛用在化学和制药等工业中 例如： 氯霉素天然品为左旋 合成品为左右旋各半 称合霉素 其中只有左旋有疗效 用量糖术可 分离出左旋品（左霉素） 分离出左旋品（左霉素） 疗效同天然品 53
( no ne ) d =
相位差是
λ
2
2π
λ
(no ne )d = π
称该波晶片为二分之一波片(或称半波片) 称该波晶片为二分之一波片(或称半波片) 经二分之一波片后 合成为线偏振光 合成为线偏振光
7
o光e 光相位差为 π 光
线 I1 = A 偏 o.A. 振 /2片 λC片
2 1
α
仍是线偏振 旋转了 2α角 α 在 λ/2片前 片前
Ao 1
y(P)
A 1
A2o
O.A.
α
Ae 1
A2e x(A)
λ
2
(no ne )d +
λ
2
11
相位差
= 2π
y(P)
λ
(n o n e )d + π
A 1
Ao 1
O.A.
α
Ae 1
A2e x(A)
A2o
合成结果
2 2 A = A2e + A2o + 2A2e A2o cos
A2e = A2o = A cosα sin α 1
12
讨论 1) 典型装置 )
相干区
y(P)
A 1
Ao 1
O.A.
α
Ae 1
A2e x(A)
A2o
C 相干条件的实现: 相干条件的实现
P
A
振幅投影图
波晶片 保证从一次发光中分出两支 波晶片 给出光程差 (no-ne)d 检偏器 保证两光振动方向相同 检偏器 起偏器 保证两光有确定相差 起偏器
13
2)相位差与装置的关系 )
k — 克尔常数 U — 电压
由于折射率改变与电场强度是平方关系 故克尔效应也叫二次电光效应 故克尔效应也叫二次电光效应
kU 2 ne no l = 2 π l 。 相位差为： 相位差为： k = λ λd 2π
当 k = π 克尔盒相当于半波片 此时对应的电压U 叫半波电压 P2透光最强
43
a 旋光率
旋光率 a 与旋光物质和入射波长有关 旋光率 与旋光物质和入射波长 物质和入射波长有关 还和旋光物质的浓度 浓度有关 对于溶液 还和旋光物质的浓度有关 物质的旋光性和物质原子排列结构有关 物质的旋光性和物质原子排列结构有关 物质的旋光性和物质原子排列结构 同一种物质可以有左旋体 左旋体和 同一种物质可以有左旋体和右旋体 它们的原子排列互为镜像对称 它们的原子排列互为镜像对称 称为同分异构体 称为同分异构体
线偏振光 与入射面 有一夹角
可以用光轴来说明o 光 可以用光轴来说明 e光 振动方向 3) o 光 e 光的光程差 (no ne )d )
o.A.
o e
4
d
4) 线偏振光通过波晶片后的偏振状态 ) 两个同频率的 振动方向垂直的 有确定相位差的 S. H. V. 的合成 一般 一般 合成光矢量端点的轨迹是椭圆 每时刻都是 都是线偏振光 但 每时刻都是线偏振光 称为椭圆偏振光 所以 称为椭圆偏振光
33
利用偏振光干涉看到的结冰过程
34
利用偏振光干涉看到的结冰过程
35
利用偏振光干涉看到的结冰过程
演示 36 完
四、偏振状态的检验 第一步：用偏振片旋 第一步： 观察出射光强变化 种偏振态分成3组 将5种偏振态分成 组 种偏振态分成 线偏振光 自然光 圆偏振光 自然光 部分偏振光 椭圆偏振光 部分偏振光
37
A
第二步： 第二步： 用四分之一波片区分圆偏振光和自然光 用四分之一波片区分椭圆偏振光和部分偏振光
λ
椭圆偏振光
2
思考： 思考：
会出现消 如何保证四分 光现象 之一波片的光
λ
4
λ
4
A
轴与产生椭圆 偏振光的波片 光轴平行或垂 直？ 38
§5 人工双折射 一、应力双折射 二、电致双折射 三、磁致双折射
44
3 相位差： 相位差： p = 2 π no rU λ
r — 电光常数
no— o光在晶体中的折射率 光在晶体中的折射率 U —电压
p = π 时 P2 透光最强
常用的电光晶体是 KH2PO4（KDP） ） NH4H2PO4（ADP）等 ） 应用：超高速开关（响应时间小于10 ） 应用：超高速开关（响应时间小于 -9s） 激光调Q 显示技术 数据处理 激光调 数据处理…
14 偏振光的干涉 一、典型装置 二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态 三、相干区 干涉强度 四、 偏振状态的检验
1
一、典型装置
P
波晶片: 波晶片: 波晶片
C
A
两个正交的偏振片 记做 两个正交的偏振片
P⊥A
光轴平行于入射表面的晶体薄片 三个元件表面平行 自然光正入射 三个元件表面平行
2
? ?
A C 在上述装置下 令单色自然光正入射
16
晶片确定 厚度确定 白光入射 由于某种波长干涉相消而呈现它的互补色 波长干涉相消而呈现它的 由于某种波长干涉相消而呈现它的互补色 这种现象叫（ 这种现象叫（显）色偏振 红色（ 如 红色（656.2 nm） 相消 ） 出现绿色（492.1nm） 出现绿色（ 绿色 ） 蓝色（ 蓝色（485.4nm） 相消 ） 黄色（ 出现黄色 出现黄色（585. 3 nm） ） 若厚度不 会出现彩色 彩色条纹 若厚度不均匀 会出现彩色条纹
24
利用偏振光干涉看到的结冰过程
25
利用偏振光干涉看到的结冰过程
26
利用偏振光干涉看到的结冰过程
27
利用偏振光干涉看到的结冰过程
28
利用偏振光干涉看到的结冰过程
29
利用偏振光干涉看到的结冰过程
30
利用偏振光干涉看到的结冰过程
31
利用偏振光干涉看到的结冰过程
32利Βιβλιοθήκη 偏振光干涉看到的结冰过程R =
L =
nR l
nLl
E
同一时刻 E EL ER 入射面(a) 入射面
R L
θ
EL
ER
λ
2π < 0
2π < 0
出射面(b)
λ
光通过左旋物质 光通过左旋物质 左旋
设 nR > nL
则 R > L
L和R电矢量合成的线偏振光向左偏离 和 电矢量合成的线偏振光向左偏离 初始状态θ 此物质为左旋体
17