4.3偏振器件

尼科耳棱镜原理
光轴方向
入射光：
22° N
A’
S ·· M
B 68°
13°
主截面
D 13°
··77°
e光
·· C’
o光被涂黑的镜壁吸收
589.3 A
no 1.658 ne 1.486 加拿大树胶
nc 1.550
e光从光疏介质射入光密介质，不发生全反射 ne nc no o光从光密介质射入光疏介质，发生全反射
A·β·M ··············N·······D·21
1 2
对ADB为o光，对CDB为e光
no ne ∴ 该束光从光密到光疏，向
远离法向MN方向偏折；从
CDB向外偏折时，进一步向远
B
C
离法向MN方向偏折
▲ E矢量在屏面内的偏振光 对ADB为e光，对CDB 为o光
no ne ∴ 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折 从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时，两束出射光几乎对称地分开
即: 平面偏振光 14波 片且 450 圆偏振光
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1/4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。
I 0 检偏器
线偏振光通过l/2波片后仍为线偏振光，但振动
方向与原振动方向相比转过 2A角e
Ao
圆（椭圆）偏振光通过/2波片后仍为圆（椭圆）偏振光，但 转动方向与原来的相反
椭圆偏振光和圆偏振光
三、自然光改造成椭圆或是圆偏振光
自然光
起偏器 需要的角度 ¼波片 椭圆偏振器
椭圆偏振光
自然光
起偏器 450 ¼波片 圆偏振器
直的o光和e光)和相位延迟。 • P2 ：把两束光(o光和e光)的振动引导到相同方向上。
二、线偏振光干涉的强度分布
A A sin , A A cos
o
1
e
1
A 2o
A 2e
A sin o
A cos e
A 1
A 1
sin cos
sin cos
I A2 A2 A2 2 A A cos
2o
2e
2o 2e
A2 1
cos2 (
)
sin
2
sin
2
sin 2
2
2
• ：P1的透振方向与波片光轴 y 的夹角；
• ：P2的透振方向与波片光轴 y 的夹角；
• ：从P2出射的两束光之间的相位差.
'
2
no
ne
d
0，，AA22oo与与AA22ee同反向向
（1）P1和P2的透振方向互相平行时
A vot vet
o
e A vot
vet o
Eo
Ao
cos2
t T
r
o
e
A
Ee
Ae
cos2
t T
r
e
r Bd
其中o、e为 o、e 光各自的波长，T为周期，r为光传播的几何路程C。
则两光的位相差为：
e
o
2
r
o
r enec vee, no
c vo
o
2
no
ne r
设晶片厚度为d，则 o、e 光从晶
,,
,,
II////
AA1212[[11ssiinn2222ssiinn22
]]..
22
iiff :: 4455,, tthheenn:: II//// 1212AA1212((11ccooss))
I // I A12 干涉互补
（2）P1和P2的透振方向互相垂直时
2
(取锐(取角锐）,角）I,
• 有两类旋光物质，即左旋光物质和右旋光物质。
椭圆偏振仪
克尔效应
• 内盛某种液体（如硝基苯）的玻璃盒子称为克尔盒，盒内装有平行板 电容器，加电压后产生横向电场。克尔盒放置在两正交偏振片之间。
• 无电场时液体为各向同性，光不能通过P2。存在电场时液体具有了单 轴晶体的性质，光轴沿电场方向，此时有光通过P2。
• 互补色：任何两种彩色如果混合起来能够成为白色，
• 则其中一种称为另一种的互补色。
• 红+青 、 蓝+黄 、 绿+紫、天空蔚蓝色+朝阳桔红
• 显色偏振：偏振光干涉时出现彩色的现象。
•
— —是检验双折射极为灵敏的方法.偏光显微镜就是根
据显色偏振的原理制成的（医药、化工、金相学、矿物学）.
2．显色偏振
第三节 偏振器件
利用晶体的双折射现象，可以制成各种偏振棱镜。
｛ 双折射 o、e光均是线偏光：制成偏振片，分开o、e光而得线偏光
特点 o、e光传播速度不同：制成波晶片，使o、e光产生一定的相差
一、偏振棱镜
1、尼科耳棱镜（1828年）
（1）取一块长度约为宽度三倍的方解石晶体，将两 端切去一部分，使主截面上的角度为68o。
线偏振光通过/4波片后将变 光轴
为线偏振光（0o或90o）、
椭圆偏振光(45o)、圆偏振 线偏振光 光（任意角度）
椭圆(圆)偏 振光
4、1/2波片：
晶片厚度满足：D
no
ne
d
m
1 2
该晶片称为1/2波片或移相器。圆偏振光通过1/2波片后仍然是圆偏振光，但 旋向改变；线偏振光通过半波片后仍然是线偏振光，但光矢量的方向改变。
格兰棱镜是为改进尼科尔棱镜的这个缺点而设计的。
2、格兰(Glan)棱镜
也是用方解石制成，不同之处是端面与底面垂直，光轴与 图面垂直。孔径角约为±13o。
Air-spaced polarizers
3、沃拉斯顿棱镜
光轴 A
D
方向
B
··········C··
A
D
M
·
·β·············N····
偏振光的干涉
P1
C
P2
S
线偏振光
椭圆偏振光
d
干涉条件：① 频率相等 ② 相位差恒定 ③ 振动在一条直线上。
椭圆偏振光：任何两束沿相同方向传播、频率相等、振动面 垂直且相差为定值的光叠加时，都将形成椭圆偏振光。
一、偏振光干涉的实验装置
• P1 ：把自然光转变为线偏振光. • d ： 分解光束(将入射线的偏振光分解成振动方向互相垂
E022; (极大) 0;(消光)
3）若入射光是 1和2两种单色光
P1 P2：I2 (1) 0，I2 (2 ) E022
显示出2 的颜色
P1 // P2：I1(1) E021，I2 (2 ) 0
显示出 1的颜色
若白光照明, 转动P2，将显示出多种色彩的变化。
硫代硫酸钠晶片的色偏振图片
圆偏振光
偏振态的实验检定
一、线偏振光的检定：
方法：让被检定的光通过一块偏振片（如尼科耳棱镜），以入射光为轴 旋转偏振片。
判断：若旋转一周的过程有消光（即I=0）现象出现，即为线偏振光； 若无消光现象出现，则不是线偏振光。
原理：马吕斯定律：I I 0 cos2
二、圆偏振光与自然光的检定：
I 0 检偏器
2
IA 12siAn122
s2in s2 i2n2
si2n 2
.
2
.
if
:
if:
45 ,
4t5he,nt:heIn
:
1 I2
A1212(1A12c(1os cos) )
d •
• :•
• •
讨论：
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IP
对于圆偏振光和自然光，用上面的方法观察到的现象均是光强在任 一方向均不为零且无变化，故上法无法对二者进行检定。
方法：在偏振片的前面加入一块1/4波片，仍以入射光为轴旋转偏振片。
I 0 检偏器
IP
1/4
判断：旋转一周过程中，若有消光现象出现为圆偏振光；否则为自然光。
原理：已知圆偏振光中o、e 光的位相差为δ= /2，通过1/4波片 后，又产生了 /2 的相差，则 o、e 光的总相差为0或 ，这样， 通过四分之一波片后圆偏振光将变为线偏振光，因此在旋转棱镜或 偏振片时会有消光现象出现；而自然光通过四分之一波片后不会变为 平面偏振光，故没有消光现象出现。