椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验
（3）区分依据： （a）若圆偏振光为右旋光，则
入 / 2, / 2,
出射线偏振光的偏振方向位于二四象限。
出＝
（b）若圆偏振光为左旋光，则
入 / 2, / 2,
出射线偏振光的偏振方向位于一三象限。
出 0
作业：2、3、4
旋转偏振片P一周，出射光强不变化
I
1 2
I0
E2
P I
2）椭圆偏振光通过旋转的检偏器后光强的变化
y Ey
E
P
x O Ex
I0
椭圆偏振光
P I
偏振片处于任意位置时：
Em E EM
旋转偏振片一周，没有消光现象。
出射光强为：
Im I IM
4．通过波晶片后光束偏振态的变化
1）光路：
结论：
0<</2，右旋椭圆，且向1～3象限倾斜；
/2< <，右旋椭圆，且向2～4象限倾斜；
< <3/2（或-< <-/2），左旋椭圆，且向
2～4象限倾斜；
3/2< <2 （或-/2< <0），左旋椭圆，且向
1～3象限倾斜。
右旋
左旋
=0
/4
/2
3/4
5/4
/4
3）具体区分步骤： （1）将偏振片放入光路，然后慢慢旋转一周。
（a）若出射光强有变化，且有消光位置， 则入射光是线偏振光。
（b）若出射光强没有变化，则入射光 为自然光或圆偏振光。
（c）若出射光强虽有变化，但没有消光位置， 则入射光为部分偏振光或椭圆偏振光。
（2）在第二组入射光前依次放置 波晶片 和偏振片，旋转偏振片一周若出射光有 消光位置，则该入射光为圆偏振光， 否则为自然光。
椭圆偏振光和圆偏振光偏振光的干涉
偏振片P1
d 光轴方向 偏振化方向
偏振光的干涉
解
按题意
2
d (n
ne )
k
所以 总 的整数倍
它代表振幅为A2e和A2o两相干线偏振光之间的相 位差，按同方向振幅的叠加，得合振幅为
A A22e A22o 2 A22e A22o cos（）总
当偏振片 P1和P2相互正交，
通过晶体C后的两束光是相干光，相位差为：
c
2d
ne
no
此两束光合成为一束椭圆偏振光。通过P2 后相位差为：
c
2d
ne
no
2k d 2k 1 , (k 1,2,)
ne no 2
—相长干涉
(2k 1) d k
ne no
—相消干涉
偏振光的干涉
• 若为单色光入射，且晶片d不均匀，则屏上出
自然光或圆偏振光 部分偏振光或椭圆偏振光
椭圆偏振光和圆偏振光
自然光 圆偏振光
四 自然光 分 之 一 线偏振光 波 片
部分 部分偏振光 四 偏振光
分 之 椭圆偏振光 一 线偏振光 波 片
偏 振
线偏振光
I不变
片
（ 转
线偏振光
I变, 有消光
动
）
以入射光方向为轴
偏 振
线偏振光
I变, 无消光
片
（ 转
线偏振光
椭圆偏振光和圆偏振光
椭圆偏振光
椭圆偏振光和圆偏振光
1.1 椭圆偏振光和圆偏振光的获得方法
单色 自然光
偏振片P1
双折射晶片C
椭圆偏振光
偏振化方向
光轴方向 d
透过双折射晶片后，o光和e光的相位差为
k
椭圆和圆偏振光的检验与获得
E
E
r
r
二、产生
用一束平面偏振光垂直入射在一块光轴与表面 平行的单轴晶体薄片 C上，设C的光轴与入射的平 面偏振光的振动方向成 角，在晶片C内产生双折 射，且o、e 光沿同一方向传播，振动矢量相互垂直。 振幅分别为：
AO A sin , Ae A cos
A
消第1项
x cos 2 y cos 1 A1 A2
得
x cos 2 y cos1 sin t sin( 2 1 ) A1 A2
x A1 (cost cos1 sin t sin 1 ) y A2 (cost cos2 sin t sin 2 )
4.2 波晶片— 相位延迟片
晶片是光轴平行表面的晶体薄片。
平行光正入射
晶片
Ae
x
A
线偏振光 d
Ao
y
光轴 Ae
P
A Ao
椭圆偏振光 光轴
o光垂直主平面振动，e光平行主平面振动,主平面为含光轴 与折射光。 o光振动垂直光轴方向 e光振动沿光轴方向
振幅关系：
Ao A sin ，
Ae A cos
即 : 线偏振光 园偏振光
三、椭圆偏振光与部分偏振光的检定：
让椭圆偏振光和部分偏振光通过一个偏振片时，旋转中均会出现光强 大小变化但无消光的相同现象，无法区分。 方法：在偏振片前放入一块四分之一波片，并设法使椭圆的一个轴与四分 之一波片的光轴平行；以入射光为轴旋转偏振片。
1 波片且 450 4
光轴平行最大光强或最小光强方向放置 或光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置
2. 2 1 2
两个相互垂直的同频率的谐振动可以合成为一直线谐振动、 匀速圆周运动和椭圆运动。 由此可见，任一直线谐振动、匀速圆周运动和椭圆运动 都可分解为两个相互垂直的同频率的谐振动。
椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
(no ne )d (2k 1) / 2 , k 0,1,2 相干相长 (no ne )d k , k 1,2
相干相消
• 偏振片M与N的透振方向相互平行（M//N)
AeN A cos cos
M
N
c
AeN
Ae
AON A sin sin
17-7 人为双折射现象
• 光弹现象
E M
F
现已成为光测弹性学基础。
N
o
• • I
0
I0 2
o' F
透明的各向同性介质在机械应力作用下，显示出光学上的各向 异性，与OO’为光轴的双折射类似，这种现象叫做光弹效应。 实验表明，在一定胁强强范围内：
S为材料 E受力的面积。
k 为胁强光学系数
F (ne no ) k S
d
波长片
任意 1/2波片
任意
00或900
出射光的偏振态
与入射光偏振态相同
与入射光偏振态相同 出射线偏光振动方向与入射光 振动方向对于光轴对称，两者间夹角2 圆偏振光 线偏光 长短轴之比为tan或Ctan 的正椭圆偏光 椭圆偏振光
450
1/4波片 非波片 非半波片 非波片 非半波片 非1/4波片
M
N M
• • I
0
•• 色偏振（互补原理的应用）
取不同厚度的云 母片将它们贴在 玻璃板上，放在 两个用白光照明 的正交偏振片M、 N 之间，其厚度 MN 使其呈现红、绿、 蓝三色。 当M、N平行时，则呈现青、品、黄。
M // N
白光中去掉红为青；白光中去掉绿为品；白中去蓝为黄。
这两个偏振片在由正交向平行方位过渡时， 出射光的颜色，亮度发生变化的现象，称 为色偏振。
12.5 椭圆偏振光和圆偏振光
式中是单色光在真空中的波长。
这样的两束频率相同、振动方向互相垂直、有一定相位差的 光互相叠加，就形成椭圆偏振光。
4. 讨论:
(1)适当地选择晶片的厚度d，使得o光和e光的光程差
(no
ne)d4
这时相应地相位差为
2(none)d2
则两束光通过晶片后叠加的结果是一正椭圆偏振光，其厚度为
12.5 椭圆偏振光和圆偏振光
2. 圆即 E0x=E0y, 而且两个分振动的相位差2-1=/2，此时椭圆 轨迹变为圆，这样的光就是圆偏振光。
3. 椭圆偏振光的获得
图中P为偏振片，C为单轴晶片，与P平行放置，其厚度为d ，主折射率为no和ne，光轴平行于晶面并与p的偏振化方向 成夹角。
圆偏振光和自然光或者椭圆偏振光和部分偏振光的根本区 别是相位关系的不同。圆偏振光和椭圆偏振光是由两个有确 定相位差的互相垂直的光振动合成的，合成光矢量作有规律 的旋转。而自然光和部分偏振光在不同振动面上的光振动是 彼此独立的，因而表示它们的两个互相垂直的光振动之间没 有恒定的相位差。根据这一区别就可以将它们区分开。
d
4(no ne) 此时，如果再使=/4，则Eo=Ee，通过晶片的光即成为圆 偏振光。
使o光和e光的光程差等于四分之一波长的晶片成为四分之 一波片。显然，四分之一波片是对特定波长而言的。
(2) 如果晶片的厚度d使得o光和e光的光程差为
(no
ne)d2
相应的相位差为
2(none)d
则两束光通过晶片后叠加的结果仍为线偏振光，但它的
振动面入射的线偏振光转过了2角。=/4时，可使线偏
振光的振动面旋转/2，这样的晶片称为二分之一波片，其
厚度为
d
2(no ne)
偏振棱镜 波晶片 圆和椭圆偏振光的产生和检验
入射 0
出射 入射 2
Ae
A
Ao
光轴
Ae
Ao
0o ,45o ,90o
Ao Ae
2
一束线偏光经过四分之
一波片，且 0o ,45o ,90，o 则出射的光为椭圆偏振光
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
3、线偏光通过四分之一波片的偏振态
入射 0
出射 入射 2
Ae
A
Ao
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
自然光
线偏光
线性起偏器
圆偏光
线偏光
线性起偏器
出射光光强 不发生改变
不能用线性 起偏器将自 然光和圆偏 光分辨开
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
2、圆偏振光的检验
圆偏光
线偏光
线偏光
四分之一波片
线性起偏器
旋转线性起偏器一周，会出现消光现象。
三、圆和椭圆偏振光的产生和检验
确定值
一束自然光经过任意波片， 出射后仍为自然光。
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
2、线偏光通过半波片的偏振态
入射 0
Ae
A
Ao
光轴
出射 入射
A
Ae
Ao
Ao
一束线偏光经过半波
片，出射后仍为线偏光，
其振动面转过 2α角度。
二、自然光、线偏光通过波片的偏振态
3、线偏光通过四分之一波片的偏振态
d
2
no ne d (2k 1)
noned(k1 ) 2一、波晶片
3、四分之一玻片 光轴
d
2
no
ne
d
( 2k
1 2
)
no
ne
偏振光的产生和检测
偏振光的产生和检测偏振光是一种只在特定平面内振动的光波。
与非偏振光不同，非偏振光在所有方向上的振动幅度都相同。
偏振光在自然界中广泛存在，例如太阳光就是一种偏振光，自然界中的大部分生物都依赖偏振光进行导航。
此外，偏振光在现代科技领域也有着广泛的应用，如液晶显示、光纤通信等。
一、偏振光的产生1. 自然光的光源自然光是由太阳或其他恒星产生的。
由于太阳或恒星发出的光经过大气层时会受到气流、温度等影响，使得光发生折射和散射，从而使得光波在不同方向上具有不同的相位，进而在各个方向上振动幅度不同，形成自然光。
2. 偏振光的生成方法（1）线性偏振光线性偏振光可以通过偏振器生成。
偏振器是一种能够让光波在特定平面内通过，而在其他平面内则被阻挡的装置。
当自然光通过偏振器时，只有振动方向与偏振器的透振方向平行的光波可以通过，从而得到线性偏振光。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光圆偏振光和椭圆偏振光可以通过特殊的装置生成，如线偏振光通过半波片和四分之一波片的组合。
当线偏振光的振动方向与四分之一波片的快轴方向成45度角时，通过四分之一波片后的光波将变为圆偏振光。
椭圆偏振光可以通过改变四分之一波片和半波片之间的夹角来获得。
二、偏振光的检测1. 偏振光检测的原理偏振光的检测主要是利用偏振片对光波的振动方向的筛选作用。
当偏振片的透振方向与光波的振动方向平行时，光波可以通过偏振片；当偏振片的透振方向与光波的振动方向垂直时，光波则被阻挡。
通过观察光波通过偏振片前后的强度变化，可以判断光波的偏振状态。
2. 偏振光检测的方法（1）线偏振光检测线偏振光可以通过偏振片进行检测。
当线偏振光通过偏振片时，如果光波的振动方向与偏振片的透振方向平行，则光波可以通过；如果光波的振动方向与偏振片的透振方向垂直，则光波被阻挡。
通过改变偏振片的透振方向，可以观察到光强的变化，从而判断光波的偏振方向。
（2）圆偏振光和椭圆偏振光检测圆偏振光和椭圆偏振光的检测需要使用特殊的偏振片组合，如半波片和四分之一波片。
圆偏振与椭圆偏振光
圆偏振与椭圆偏振光在日常生活中，我们经常接触到各种类型的光。
有些光线是直线传播的，称为线偏振光；而另一些光线则具有一定的弯曲特性，称为圆偏振光或椭圆偏振光。
本文将探讨圆偏振与椭圆偏振光的概念、性质以及应用领域。
首先，我们来了解一下圆偏振光的概念。
圆偏振光是指电场矢量在光传播方向上作圆周运动的光。
具体来说，电场矢量的大小保持不变，但方向随时间变化，呈现出一个完整的圆周轨迹。
圆偏振光可以按照其旋转方向分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
左旋圆偏振光中，电场矢量逆时针旋转；而在右旋圆偏振光中，电场矢量顺时针旋转。
与圆偏振光相比，椭圆偏振光的电场矢量在光传播方向上呈现出一个椭圆轨迹。
椭圆偏振光可以看作是左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的叠加。
椭圆偏振光的椭圆轨迹的长轴方向和旋转方向决定了光的性质，如偏振程度、主轴方向和相位差等。
圆偏振和椭圆偏振光在许多领域中都有重要的应用。
例如，在通信领域，光纤传输中常用到的光信号就是圆偏振光。
圆偏振光可有效减小传输过程中的光信号损失，并提高数据传输的速率和可靠性。
此外，圆偏振光在光电子器件中的应用也十分广泛，如偏振片、偏振旋转器等。
另外，椭圆偏振光在显微镜领域也有重要的应用。
对于某些材料，例如生物样品，它们对特定偏振方向的光敏感。
通过使用椭圆偏振光，可以改变光的偏振状态，从而观察和分析材料的特性，以及检测样品中可能存在的缺陷或异常。
此外，圆偏振与椭圆偏振光还可以用作光学显微镜、光谱分析等领域的研究工具。
通过研究光在物质中的传播和相互作用的过程，我们可以更深入地了解物质的性质和结构。
这对于科研工作者和工程师来说具有重要意义，有助于他们设计和优化光学器件，实现更高效的光学功能。
总结起来，圆偏振与椭圆偏振光是光学中的重要概念。
它们具有各自独特的性质和应用领域。
通过探索其原理和特性，我们可以更好地理解光的行为和物质的相互作用规律，为科学研究和工程应用提供有力支持。
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一、 圆偏振光和椭圆偏振光起偏 晶体相移器件
1、椭圆和圆偏振光获得（思路及装置） （一种相移元件）
思路： 根据振动方向相互垂直、频率相同的两个简谐振动能够合
成椭圆和圆的原理，可有双折射现象获得椭圆和圆偏振光。
分析： 自然光入射到晶片上，
光轴
出射光仍为自然光。（无恒定的相位差）晶片
d
自然光透过晶片是得不到椭圆和圆偏振光的。 o e
线偏振光入射到晶片上，可分解为振动方向相 互垂直的 e 光和 o 光。
晶片：光轴 平行于表面 的晶体薄片
出射光为振动方向相互垂直的、具有固定位相关
系的线偏振光 椭圆和圆偏振光
2、椭圆和圆偏振光起偏装置（光路图） 光轴
y
λ
Ae
A0
？ x
P2 A2e
若单色光入射，且d不均匀， 则屏上出现等厚干涉条纹。色
若若dd均不匀均不匀变，，且而以以白白光光入入射射，，则则屏屏上上出出现现彩均色匀条的纹颜。色。偏振
色偏振： 由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色
如 红色相消→绿色；蓝色相消→黄色
二、人为双折射
人为地造成介质的各向异性，而产生双折射。
A出
Ae 正最大时，Ao为负最大
A入
线偏振光振动面转过2 角度 A0出
A0入
1/2波片的作用—— 使线偏振光振动面转过2 角度
二、椭圆偏振光与圆偏振光的检偏
用1/4 波片C 和偏振片P 可把自然光与圆偏振光
（或部分偏振光与椭圆偏振光）区分开来。
自然光 圆偏振光
自然光 四 分 线偏振光 之
一、偏振光的干涉
P1
AC
Ao
Ae
光轴
d
问题：出射的o光和e光（两线偏振光）能否发生干涉？
不能！o光、e光振动垂直，不是相干光。
问题：如何使出射的两束线偏振光发生干涉？
一、 偏振光的干涉
再用一偏振片使o e光投影到同一方向，可产生干涉。
P1
A1 C
Ao
Ae
光轴
d
P1 C A1
Ae
P2
Ao A2o
线性（一次）电光效应
no—o光在晶体中的折射率； V —电压； r — 电光常数。
3、 磁致双折射
科ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ—穆顿效应
应用：
（1）液晶显示
（2）利用偏振光的干涉研究材料内部应力分布 ——光测弹性学
有些材料在力作用下变为各向异性，产生双折射
no ne 应力
同一应力处，对应同一条纹，白光照呈彩条。
合成光矢量端点轨迹：
x2 y2
xy
A2 o
A2 e
2
Ao Ae
cos
sin 2
2
Δ (no ne )d
k
偶 奇
（（12、、34象象限限））线偏振光
(2k 1) 正椭圆偏振光
2
若 45 0; Ao Ae 圆偏振光
其它值 斜椭圆偏振光
合成光矢量端点轨迹：
k 时， 克尔盒相当于半波片， P2透光最强 。
（2） 泡克尔斯效应(1893年)
P1 K
K P2
• 不加电场 → P2 不透光
• 加电场→晶体变双轴晶体
·电光晶体 ·
→原光轴方向附加了双折射效应 → P2 透光
+。。-
泡克尔斯盒
泡克尔斯效应引起的相位差：
2
p
n3 o
rV——
Ae
A
Ao
线偏振光
光轴
线偏振光入射到晶片上，
d 出射光为振动方向相互垂直的、
可分解为振动方向相互垂 直的 e 光和 o 光。
具有固定位相关系的两束线偏振光：
振幅：
Ae A0
Acos Asin
光程差和 相位差为：
(n0 ne ) d 2 2
(n0 ne ) d
A2 e
2
Ao Ae
cos
sin 2
Ae
A
Ao
1/2波片——使o光和e光的光程差为1/2的奇数倍的波片
dmin 2(n0 ne ) ——1/2波片的最小厚度
2
(n0
ne
)d
合成光矢量端点轨迹： x Ao y Ae
光轴
Ae入= Ae出入
1、 光弹性效应(应力双折射效应)
F
··
P1 S
C
P2
有机玻璃
干涉
dF
应力→ 各向异性 →u各向不同
→n各向不同
在一定应力范围内：
F ne no k S
在一定应力范围内： ne no
各处应力不同 →各处位相差不同
kF S
→出现干涉条纹
光测弹性
2、电光效应
（1）克尔效应 (1875年)
45 P1
也叫电致双折射效应
+
P2 45
克尔盒 l
d
• •
不加电场时：液体各向同性 →P2不透光
加电场时： 液体呈单轴晶体性质 光轴平行于E
P2透光
ne no kE2 k V 2 d 2——二次电光效应
E — 电场强度，k — 克尔常数
2
2 l kV 2
克尔效应引起的相位差为：k ne no l d 2
问题：通过晶片后两束线偏振光光矢量合成的轨迹？ ——
一般为椭圆
合成光矢量端点轨迹： x2 A2
o
y2 A2
e
2
xy Ao Ae
cos
sin 2
2、椭圆和圆偏振光起偏装置（光路图）
光轴 C
P
y
自然光
λ
x
Ae
线偏振光 d
A0
光
轴
？ Ae A Ao
Ae A cos Ao A sin
2 (n0 ne )d
2
1/4波片的作用——使线偏振光转化为椭圆或圆偏振
光
4
A0 Ae
线偏振光 → 圆偏振光
0, 2
线偏振光→线偏振光（不变）
0
4
2
A0 Ae
线偏振光 → 椭圆偏振光
合成光矢量端点轨迹：
光轴 P
x2 y2
xy
A2 o
光轴 P
x2 y2
xy
A2 o
A2 e
2
Ao Ae
cos
sin 2
3、 1/4波片与1/2波片
若 Ao Ae 2, 3
2 ,Ae
圆偏振光
A Ao
1/4波片——使o光和e光的光程差为1/4的奇数倍的波片
dmin 4(n0 ne ) ——1/4波片的最小厚度
偏 线偏振光 I 不变
振 片
线偏振光
I变, 有消光
一 部分 （
部分偏振光 波 偏振光 片
转 动
线偏振光
I 变, 无消光
椭圆偏振光
线偏振光 ） 线偏振光 I变, 有消光
以入射光方向为轴 光轴平行于最大光强或最小光强的方向放置
（光轴平行于椭圆偏振光的长轴或短轴方向放置）
§5.6 偏振光的干涉 (自学) §5.7 人为双折射(自学)