偏振光干涉中的相位
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
相位和偏振
相位和偏振相位和偏振是物理学中重要的概念，它们在电磁波、光学和信号处理等领域中有着广泛的应用。
本文将对相位和偏振进行详细的介绍和解释。
一、相位在物理学中，相位是描述波动现象的一个重要参数。
它表示波动中的不同状态或位置。
简单来说，相位描述了波动中的“相”，即波动的起伏和变化。
相位通常用角度或弧度来表示，常见的符号是ϕ。
相位的变化可以通过两个波峰或波谷之间的距离来衡量，也可以通过波动在单位时间内传播的距离来衡量。
相位的计算可以遵循一定的规则，如波动传播方向的选择、起始点的选择等。
在光学中，相位的概念非常重要。
光波的相位决定了光的性质和行为。
例如，两个光波的相位差决定了它们的干涉现象，相位的变化也与光的偏振有关。
二、偏振偏振是指光波中电场振动方向的特性。
正常的自然光是无偏振光，即电场振动方向在各个方向上都是随机的。
而当光波在传播过程中受到某些限制或过滤时，光的偏振性质就会发生变化。
光波的偏振可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。
线偏振是指电场振动方向沿一条直线，圆偏振是指电场振动方向沿一个圆形轨迹，椭圆偏振是指电场振动方向沿一个椭圆形轨迹。
光的偏振性质对于光的传播和应用有着重要的影响。
例如，在偏光片中，只有与偏振方向一致的光才能透过，其他方向的光则被过滤或吸收。
这种特性广泛应用于光学仪器、光通信和光电子设备中。
相位和偏振是密切相关的。
光波的相位差决定了光的干涉现象，而光的偏振性质也会影响光的相位差。
在干涉现象中，两个光波的相位差决定了干涉条纹的形状和强度。
当两个光波的相位差为整数倍的2π时，它们会互相增强，形成明亮的干涉条纹；而当相位差为奇数倍的π时，它们会互相抵消，形成暗淡的干涉条纹。
而光的偏振性质也会对干涉现象产生影响。
当两个偏振方向不一致的光波相互干涉时，会发生偏振干涉现象。
这种干涉现象可以应用于光学仪器中的干涉仪、薄膜的表面检测等领域。
在光的传播过程中，光波的偏振方向也可能发生变化。
例如，当自然光通过偏光片时，偏振片会选择性地吸收或透过与其偏振方向一致的光波，从而改变光的偏振性质。
偏振光干涉实验报告
偏振光干涉实验报告偏振光实验报告实验1. 验证马吕斯定律实验原理：某些双折射晶体对于光振动垂直于光轴的线偏振光有强烈吸收，而对于光振动平行于光轴的线偏振光吸收很少(吸收o光，通过e光)，这种对线偏振光的强烈的选择吸收性质，叫做二向色性。
具有二向色性的晶体叫做偏振片。
偏振片可作为起偏器。
自然光通过偏振片后，变为振动面平行于偏振片光轴(透振方向)，强度为自然光一半的线偏振光。
如图 P1、图2所示：P1 P2 图1 图2 θA 0 图1中靠近光源的偏振片P1为起偏器，设经过P1后线偏振光振幅为A0（图2所示），光强为I0。
P2与P1夹角为?,因此经P2后的线偏振光振幅为A?A0cos?，2光强为I?A0cos2??I0cos2?,此式为马吕斯定律。
实验数据及图形：从图形中可以看出符合余弦定理，数据正确。
实验2.半波片，1/4波片作用实验原理：偏振光垂直通过波片以后，按其振动方向（或振动面）分解为寻常光（o光）和非常光（e光）。
它们具有相同的振动频率和固定的相位差（同波晶片的厚度成正比），若将它们投影到同一方向，就能满足相干条件，实现偏振光的干涉。
分振动面的干涉装置如图3所示，M和N是两个偏振片，C是波片，单色自然光通过M变成线偏振光，线偏振光在波片C中分解为o光和e光，最后投影在N上，形成干涉。
偏振片波片偏振片图3 分振动面干涉装置考虑特殊情况，当M⊥N时，即两个偏振片的透振方向垂直时，出射光强为：I0(sin22?)(1?cos?)；当M∥N时，即两个偏振片的透振方向平行时，出射4I0(1?2sin2?cos2??2sin2?cos2?cos?)。
其中θ为波片光轴与M2I??光强为：I//?透振方向的夹角，δ为o光和e光的总相位差（同波晶片的厚度成正比）。
改变θ、δ中的任何一个都可以改变屏幕上的光强。
当δ=（2k+1）π（1/2波片）时，cosδ=-1，I??强最大，I//?02sin22?，出射光I0(1?sin2?)2，出射光强最小；当δ=[（2k+1）π]/2（1/4波片）时，cosδ=0，I??I0I(sin22?),I//?0(2?sin22?)。
偏振光干涉演示实验原理
偏振光干涉演示实验原理嘿，你有没有想过光是一种超级神奇的东西？就像一个神秘的小精灵，有时候它的行为真的很让人捉摸不透呢。
今天我就来给你讲讲偏振光干涉演示实验原理，这可太有趣啦。
我记得我第一次接触这个实验的时候，我和我的小伙伴们都惊掉了下巴。
我们就像一群在宝藏面前的小探险家，充满了好奇和兴奋。
老师站在前面，拿着那些实验仪器，就像是一个魔法师拿着他的魔法道具。
那我们先来了解一下什么是偏振光吧。
你可以把光想象成一群小蚂蚁在行军，普通的光呢，这些小蚂蚁是朝着各个方向乱走的。
但是偏振光就不一样啦，偏振光里的这些小蚂蚁啊，都朝着同一个方向整齐地前进，就像训练有素的士兵方阵。
这是怎么做到的呢？其实啊，有一些特殊的材料或者装置，就像是一个指挥棒，把那些乱走的小蚂蚁梳理得整整齐齐。
好啦，现在我们知道了偏振光，那偏振光干涉又是怎么回事呢？这时候啊，我们就得再引入一些新的角色啦。
比如说有两块偏振片，我们可以把它们想象成两个严格的守门人。
第一块偏振片呢，它只允许某一个方向偏振的光通过，就像是一个只让特定着装的士兵通过的门。
经过第一块偏振片的光，已经变成了方向整齐的偏振光啦。
然后这束偏振光就会遇到下一个情况。
假如中间还有一个双折射晶体，这个双折射晶体可就像一个神奇的迷宫。
偏振光进入这个迷宫后，会被分成两束光，这两束光就像两个双胞胎，但是它们之间又有一点点小差别。
这两束光沿着不同的路径在晶体里走，就像两个小伙伴在迷宫里选择了不同的路线。
当这两束光从晶体里出来后，它们又会遇到第二块偏振片。
这个第二块偏振片就像又一个考验。
这时候啊，这两束双胞胎光又要经历一些变化。
它们会叠加在一起，就像两个小伙伴又走到了一起，手拉手。
那为什么会发生干涉呢？你看啊，这两束光在经过双折射晶体的时候，它们走的路程不一样，就像两个人跑步，一个跑了直道，一个跑了弯道。
这样它们就有了一个路程差。
这个路程差会导致它们的相位发生变化，就像两个人跑步的节奏不一样了。
偏振光干涉的相位差
偏振光干涉的相位差2001年9月第20卷第3期抚州师专JournalofFuzhouTeachersc姆Sept,2001V01.20N0.3偏振光干涉的相位差黄仁忠,王爱星(抚州师范专科学校物理系,江西抚州344o00)摘要:关于偏振光干涉的相住差有两类车同的算法,文章对此进行了对比讨论,指出正璃掌握两类算法中对各项取值的不同规定,避免发生错谥.关键词:偏振光;干涉;相住差中图分类号:0436文献标识码:A文章编号:1(3Ol一635X(20O1)o3一O023一位在两块偏振片P,B之间插入一块光轴平行于晶面的晶片,平行的自然光从P.垂直射人,出射光为线偏撮光,设其光矢量为EI,进入晶片后分解为.光和e光,设其光矢量为和E.再经得到两个光波场,设其光矢量为和,它们相干叠加.关于这两个光波场的相位差△的计算.主要有以下两类表述:=△朔+性(1)/"9=.△+朔+懒(2)式中△是刚进入晶片时.光和e光的相位差,△僻=竿(nu一)d,是.光和e光穿过晶片后产生的附加相位差,△是对投影时引起的相位差.(2)式比(1)式多出一项△,但两式对△伽取值的规定不同,最后结果仍然是一致的.如果不注意区别两式对伽取值的规定,必然导致错误的结果.采用(1)式时,相当于取△=O.关于△的取值,有的教材这样规定:当B,B处于不同象限时(如图1).取△性=;当P-,处于同一象限时(如图2),取△=0….有的教材则采用另一种表述:当晶片光轴位于P_,Pz之问时(即,分居e轴两侧),取△=;当晶片光轴位于,之外时(即P_,B同居e 轴一侧),取△恤=.从以上两图中不难看出.这两种表述是完全一致的其实还可以更直观地表述为:当卫和方向相反时,取△性=,当骂和方向相同时,取△=o】.若采用(2)式计算,当在一,三象限时.取△=o,当EI在二,四象限时,取△^=_|】当e轴和0轴的正方向对轴的两个投影分量方向一致时,取△性=0,当这两个投影分量方向相反时,取△=.】.图1q~Ag/.=0,△性=;图2中△=0,△=O.在这两种情况下,(2)式所得结果都与(1)式相同.然而,e轴和0轴本身并投有正负方向之分,其正负方向完全是建立坐标系时人为约定的.分析发现.这个方向的约定会同时影响在哪个象限及e轴和0轴正方向对P2轴两个投影分量的方向,也就是说.会同时影响△和△啦的取值.因而,△+△伽的值就与e轴和0轴正方向的设定无关,也就使(2)式和(1)式所得结果能始终保持一致.对于如图1所示的情况,P】,B分居e轴两侧,我们将e轴,0轴的正方向作各种不同的设定,从图3,图4,收撬日期:~0Ol一03—29作者简介:黄仁忠(1944一),男,江西临川人,抚州师范专科学校物理系副教授王爱星(1975一),男,江西东乡人,抚州师范专科学校物理系助教图5中可以看到,△和△必有一个为零,另一十为,总有△+△性=,都与(1)式的结果相同.田3中B在第二象限.图4中E在第四象限,两图中e轴,0轴正方向对的投影分量方向都相同,所以柞得到△甲^=,△靴=O;图5中B在第三象限,而t轴,o轴正方向对的投影分量方向相反,于是有△郸=0,图1图2P图3图4△蚋t.对于如图2所示的情况,PI,同居e轴一侧,可以看到,不管e轴,o轴正方向如何设定.△和△恤必同时为(如图6,图7)或同时为零(如图8),总有△+△午=0或h,也都与(1)式的结果相同.值得注意的是,(1)式和(2)式中对△慨取值的规定.是不能混淆的.有的教材采用(2)式计算,△的规定正确,但对于△的取值却是这样规定:若卫和.同方向.则△=0,反方向则△倾=,㈨这显然又采用了(1)式的规定,对于△=0的情况尚不致于出错,但对于△=的情况(如图3,4,6,7),结果却是错图5圉6固,圈B误舯.练上所述.若采用(1)式,△是指和对投影引起的相位差,由这两个投影的方向是否相同来决定取值;若采用(2)式,△是指e轴和.轴的正方向(特别要强调是正方向)对投影引起的相位差.由这两个投影的方向是否相同来决定取值,这是不容混淆的.[参考文就】[1】昊强,郭光灿.光学【M].夸肥:中国科学技术七学出版社,1996.321—322.[2]邦永康,鲍培谛.光学教程[M].成都:四川太学出版社,I992.315.[3]榘绍蒙,刘昌年.盛正华.普通拍理学(第4分册)[M].北京:高等教育出腹社,1994242.[4]赵凯华,钟蠕华.竞学(下册)[M].北京:北京戈学出版社,|984.203—2O4.[5】陈为彰,胡学瑷,刘惠国.光学[M].北京:北京师范大学出版社,1989.307—398. PhaseDifferenceofPolarizedLightInterferenceHUANGRen.z.hong,WANGAi.xing(,Fm/mu如,Fud~ou3㈣,‰)Abstract:There'retwokindsofdifferentcountingmethodsconcerningthep}1asedifference ofp0laltinterferenceinvariousopticalteachingmaterials.1l1earticlehasraisedacomoarabledisct mianaboutit,Ilgolltthe,ightgraspofallkindsofdifferentquotasofsamplingintwokindsofe0.删E llllIods.Soas10avoidthemistakes.脚1^一.s:p0lazedlight;interference;pl1asedifference24。
偏振光干涉的相位
• 对于如图1所示的情况， P1 , P2 分居e轴两侧， 我们将e轴和o轴的正方向做各种不同的设 定，从图3，图4，图5中可以看出， 和∆ ϕ人 ∆ ϕ投 必有一个为0，另一个为，总有 + ∆ ϕ投 ∆ ϕ人 = π ，都与（1）式的结果相同
P • 对于如图2所示的情况，1 , P2同居e轴一侧， 可以看到，不管e轴，o轴正方向如何设定， 和 ∆ ϕ投 ∆ ϕ人 必同时为 （如图6,图7）或同时为0 π （如图8），总有 + ∆ ϕ投 ∆ ϕ人 也都与 =0或 2π （1）结果相同。
π
∆ • 综上所述，若采用（1）式， ϕ投 是指 E 2e 和 E 2o 投影引起的相位差，由这两个投影的方向 ∆ 是否相同来决定取值；若采用（2）式， ϕ投 是指e轴和o轴的正方向（特别强调是正方 向）对 P2 投影引起的相位差，由这两个投 影的方向是否相同来决定取值，这是不容 易混淆的。
偏振光干涉的相位差
余子星 学号402010010817
• 在两块偏振片之间插 入一块光轴平行于晶 面的晶片，平行的自 然光从垂直摄入，出 射光线偏振光，设其 光矢量为,进入晶片后 分解为o光和e光，设 其光矢量为再经的到 两个光波场，设其光 矢量为，他们相干叠 加
• 关于这个光波场的相位差的计算，主要有 以下两类表述： • ∆ = ∆ + ∆ ................................(1) ϕ ϕ ϕ •
测 投
∆ϕ = ∆ϕ + ∆ϕ + ∆ϕ .........................(2)
人 测 2π ∆ ϕ测 = （ n o − n e） d， 投
λ
• 式中 ∆ϕ人 是刚进入晶片时o光和e光的相位差， 2π ∆ = （ n − n ） d， 是o光和e光穿过晶片后长生的附加相位差， λ ∆ϕ 是对投影时引起的相位差。
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
偏振光干涉演示仪实验现象及原理
偏振光干涉演示仪实验现象及原理
偏振光干涉演示仪是一种实验装置，用来观察和研究光的干涉现象，通过控制偏振光的传播方向和振动方向，可以展示出不同的干涉图案。
实验现象：
当一个偏振光束通过一块光学材料（例如长方形玻璃片）时，光束会被分解为两个平行振动方向的偏振光束。
当这两个偏振光束再次叠加在一起时，它们会发生干涉，形成一系列明暗相间的干涉条纹。
这些干涉条纹的形状和分布规律取决于入射光的偏振方向、材料的性质以及材料的厚度。
通过调节偏振光的传播方向和振动方向，可以观察到不同形态的干涉条纹，例如等厚干涉条纹、牛顿环等。
实验原理：
偏振光具有特定的振动方向，其中只有与振动方向垂直的分量能够通过垂直入射的偏振片。
当入射光束通过一块光学材料时，材料会引起光的相位差和干涉效应。
在材料中，光的振动方向可能会发生改变，导致两束偏振光发生相位差。
当这两束光再次叠加时，相位差会导致干涉，形成明暗相间的干涉条纹。
通过改变偏振片的方向和材料的厚度，可以调节相位差，从而
改变干涉条纹的形状和分布。
这样可以用来研究光的干涉现象、材料的光学性质以及光学材料的厚度测量等。
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偏振光干涉中o 光和e 光的相位
以课件上的问题为例：
设单色平面光波沿z 方向传播，即k //z ：
1. 在偏振片P 1之后，晶片C 之前的光场是： )2cos(11z t e A E P λ
πω−=r r
现在事先把它分解为o 光和e 光：
)2cos(
)()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A
z t e e e A E P P λ
πωλπω−⋅+−⋅=r r r r r r r （1）
这里1P e r 是沿偏振片P 1的偏振方向的单位矢量，o e r 和e e r
是o 光和e 光偏振方向的单位矢量，。
上图表示出了所有的单位矢量，它们都在x －y 平面内。
原则上讲，这些单位矢量的方向是可任意规定的，影响的只是它们之间点积的正负，但为了保证现在的o 光和e 光没有相位差，即cos 函数内不出现π（如果o e r 沿图中的反方向定义，
就会引起这个π），则o e r 、e e r 与1P e r
应保持上图所示关系。
在上图的规定中，αcos )(1e =⋅P e e r r ，αsin )(1o =⋅P e e r
r 。
2. 在晶片C 之后，偏振片P 2之前的光场是：
)2cos()()2cos()(11e e 1o o 1z t e e e A z t e e e A E P P λ
πωδλπω−⋅++−⋅=r r r r r r r （2）
与（1）式不同的是，（2）式中的o 光和e 光有了相位差δ，这是由晶片引起的。
这时一般
y
z
k
x
合成为椭圆偏振光。
3. 在偏振片P 2之后的光场是（对o 光和e 光，只有沿P 2方向的分量可通过）：
)
2cos())(()2cos())((212212e e 1o o 1z t e e e e e A z t e e e e e A E P P P P P P λπωδλπω−⋅⋅++−⋅⋅=r r r r r r r r r r r 这时的情况是：振动都沿同方向－2P e r
方向的、相差恒定的两个波叠加，故可产生干涉。
具体分析相位，除了由晶片引起的δ，还存在可能由光矢量分解引起的π，表现在)(2o P e e r
r ⋅和)(2e P e e r
r ⋅差负号。
在上面的情形中，的确引入了π的相位差。