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)
5. 椭圆偏振光和圆偏振光的检验
当入射到检偏器上的光是圆偏振光或椭圆偏振光时，随着 检偏器的转动，对于圆偏振光，其透射光强将和自然光的 情况一样，光强不变化；对于椭圆偏振光，其透射光强的 变化和检验部分偏振光是的情况一样。因此，仅用检偏器 观察光强的变化，无法将圆偏振光和自然光区分开来；同 样也无法将椭圆偏振光和部分偏振光分开。
单色自然光通过偏振片P成为线偏振光，其振幅为E，光振动 方向与晶片光轴的夹角为。此线偏振光垂直射入晶片C后，
产生双折射，o光振动垂直于光轴，振幅为 Eo Esin e光振动平行于光轴，振幅为 Ee Ecos
在这种情况下，o光和e光在 晶体中沿同一方向传播，但传播 速度不同，可得两束光通过晶片 后的相位差为
椭圆偏振光和圆偏振光
•
•
io
•
•
n1
图19-12
n2 r
•
•
实验证明, 此时入射角io和反射角r之和恰为90(反射光线折射光线)，即 io+r=90 (19-2)
23
io+r=90
sinio n2 sinr n1
sinio sinr
sins9(i0nioio
)
图19-12
sinio cosio
tgio
n2 n1
解 透射光强:
IIoco2(sA)cos2
E
Io[coA scoA s(2)2]
p1
4
A
p2
2 c o c s o cs o ) s c ( o ) s( 图19-11 19
IIo[co A scoA s(2)2 ] 4
极值条件:
dI d Io [cA o cso A s 2 ) ( ] siA n 2 ( ) 0
7700~6200Å 6200~5900Å 5900~5600Å 5600~5000Å 5000~4800Å 4800~4500Å 4500 ~3900Å
3.9×1014 ~4.8 ×1014Hz 4.8×1014 ~5.1 ×1014Hz 5.1×1014 ~5.4 ×1014Hz 5.4×1014 ~6.0 ×1014Hz 6.0×1014 ~6.3 ×1014Hz 6.3×1014 ~6.7 ×1014Hz 6.7×1014 ~7.7 ×1014Hz
椭圆偏振光和圆偏振光
引子 本章开始的研究对象: 光。 光是什么？近代物理认为，光既是一种波动(电磁波)，又是一种粒子(光子)。就是说，光是具有波粒 二象性的统一体。 光学通常分为几何光学、波动光学和量子光学三部分。 我们首先研究光的波动性。波动光学是当代激光光学、信息光学、非线性光学和很多应用光学的重 要基础。波动最重要的特征是具有干涉、衍射和偏振现象。
椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
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
大学物理光学：5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
)
A2 cos4 A2 sin4 2A2 cos2 sin2 cos2
A2(cos2 sin2 )2 A2
结论：在分振动面干涉的装置中，在相互垂直的方位上 输出光强互补，即一个旋转的检偏器从任意两个 相互垂直的方位， 对任意偏振态的光所检出的光 强之和，必然等于被检验的偏振态的光强。 这称为互补原理。
在电场、磁场中，材料光学性质的研究，
在实际应用中有着广阔的前景
20克Biblioteka 效应(电光效应)实验装置电光效应又称克尔效应, 非晶体或液体在强电场 中会具有双折射性质
45º 45º
C
C'
克
尔 盒 l
P2
P1
给克尔盒加电场,屏幕变亮.
l ( ne
no )
klE 2
kl U
d
21
§8 旋光现象 实验发现，线偏光通过某些透明介质后，它的电振动方 向将绕着光的传播方向旋转过某一角度，称为旋光现象。
• 光弹现象
• 克尔效应
§8 旋光现象
作业：3-17、3-19
1
1
2
1
2
2
振动合成示意图
1 32
2
1
4 3 2
2
2
§5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生
椭圆偏振光和圆偏振光都是完全偏振光，均可等效为两个具有 恒定相位差、相同振动频率、振动方向相互垂直的线偏振光。
提纲
§5 椭圆偏振光、圆偏振光、偏振光的检验
• 椭圆偏振光、圆偏振光的产生
• 线偏振光垂直通过波片后的偏振态
• 偏振态的检验 §6 分振动面的干涉—偏振光干涉
• 偏振片M与N的透振方向相互垂直（MN) • 偏振片M与N的透振方向相互平行（M//N)
椭圆偏振光和圆偏振光PPT课件
18
光轴
A D
注意：光轴仅标志一定的方向, A 并不特指某条直线。 单轴晶体： 只有一个光轴的晶体。如 B 方解石（碳酸钙、冰洲石）、 石英（水晶）、红宝石等。 双轴晶体： 有两个光轴的晶体。如云 母、硫磺、黄玉等。
D
C
19
主平面： 包含晶体光轴和给定光线的平面 3. o,e光的性质 实验表明： 1）o光是线偏振光，振动方向 垂直于o光主平面. e光是线偏振光，振动方向 平行于e光主平面. 2) 当光轴在入射面内或垂直于 入射面时， o, e光的振动方 向相互垂直。 ⒉
29
说明：1）如果光轴垂直于界 面,光正入射时, o,e光方向 相同, 速度也相同,故无双 折射 . 2)如果光轴平行于界面,光 正入射时, o,e光方向相同, 但速度不同,仍认为有双折 射.
Do D
e
D0/
De/
30
例4 负晶体光轴垂直于入射面，平行光斜入射，用 作图法确定o,e光传播方向和偏振方向，并证明 这时o,e光均遵循折射定律。
34
二、单轴晶体的主折射率 光轴垂直于入射面时,e光沿垂直于光轴 的方向传播，这时o,e光都遵循折射定律:
sini1 c n0 (O光主折射率) sini20 v 0 sini1 c ne (e光主折射率) sini2e v e
方解石(负晶体v0<ve n0 >ne) no=1.65836，ne=1.48641 石英：(正晶体v0>ve n0 <ne) no=1.54425，ne=1.55336
1. 二向色性：
是指有些晶体对不同方向振动的电矢 量，具有选择吸收的性质。 偏振片：含有平行地排列起来的长链聚合物 分子的薄膜, 具有二向色性. 如：电气石（天然）、聚乙烯醇（人工）。 透振方向：垂直于长链方向。
第五章光的偏振椭圆偏振光与圆偏振光
14
C X
(5)如果1/4波片的厚度为：
2
3 4
5 4
3 2
正椭圆偏振光
7 4
2
10
二. 椭圆偏振光和圆偏振光的获得
由前面的学习知道，要获得椭圆（或圆）偏振光， 首先必须先有两束同频率、振动方向相互垂直，且有确 定的相位关系，并沿同一方向传播的线偏振光。 这可以让一束线偏振光通过波片来实现。
4）当Δφ 取除±kπ 以及±(2k+1)π/2且Ax=Ay之外的值，光
矢量E的矢端的轨迹是一个椭圆。椭圆偏振光也有右旋和左 旋之分。
正椭圆偏振光。长、短轴分别与X、Y轴重合。
1
当 0<< 时，为右旋椭圆偏振光； 当 << 2 时，为左旋椭圆偏振光； ( 2 k 1) 且 A x A y 时， 是 特别地,当 2
把一个起偏器透振方向与1/4波片的光轴成450 组成的器件，称为圆偏振器或圆起偏器。
17
总结：
偏振态
E x Ax cos(t kz) E y Ay cos(t kz )
当Δφ 取不同值时，光振动有不同的状态，这就是光的 偏振态。 光的偏振态有：圆偏振，椭圆偏振，线偏振，自然光 和部分偏振光。前3种可以说是纯偏振态。
E 2Ex E y E 0 A A Ax A y
2 x 2 x
自然光`圆偏振光`椭圆偏振光`自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院
自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院07级王进光20071001119一. 各种光的产生概念自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。
这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。
自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。
如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。
偏振光电矢量E的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。
获得线偏振光的方法由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束．剩余的一束就是平面偏振光。
尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一(图1)。
它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成。
偏振面平行于晶体主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反对而被除掉。
图 2图一2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图2所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度。
因此，经过厚度为d 的晶片后，o光和e光之间将产生相位差δ：（1）式中表示光在真空中的波长，n0和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。
（1）如果晶片的厚度使产生的相差，这样的晶片称为1/4波片。
平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；但当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。
换言之，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。
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。
高二物理竞赛圆偏振光和椭圆偏振光通检偏器后强度的变化课件
（3）区分依据： （a）若圆偏振光为右旋光，则
入 / 2, / 2,出＝-
出射线偏振光的偏振方向位于二四象限。 （b）若圆偏振光为左旋光，则
入 / 2, / 2,出 0
出射线偏振光的偏振方向位于一三象限。
1．圆偏振光和椭圆偏振光通过
检偏器后强度的变化
1）圆偏振光通过旋转的检偏器后光强的变化
Ey E
P
I0
I
O Ex
圆偏振光
旋转偏振片P一周，出射光强不变化
出射光强为：I
1 2
I0
Байду номын сангаас
E2
入射（分解）相位差 入
入射到波晶片上的光束沿 o和 e振动方向
分解成两个互相垂直分振动时产生的相位差。
附加相位差
光束通过波晶片时，由于o光和e光
传播速度不同形成的相位差。
2
(no
ne )d
从波晶片出射后形成的总相位差：出＝入＋
产生圆偏振光的办法 设入射到波晶片上的线偏振光的振幅为E0，
振动方向与 e 轴夹角为
（1）让： / 4
（2）选取 / 2 波晶片。
则：Ee E0 cos,Eo E0 sin, Ee Eo
入 0, , / 2, 出 入 / 2
出射光就成为圆偏振光。
产生椭圆偏振光的一种办法
1）让 0, / 4, / 2 2）选取 / 2波晶片
此时：入 0, ， / 2
出 入＋ / 2 但：Ee 0 , Eo 0 , Ee Eo
出射光就成为椭圆偏振光。
2）椭圆偏振光通过旋转的检偏器后光强的变化
P
y Ey
E
I0
（a）若出射光强有变化，且有消光位置， 则入射光是线偏振光。
椭圆偏振光圆偏振光
2.3 光纤的光学特性
光纤的光学特性有折射率分布、最 大理论数值孔径、模场直径及截至波 长等。
1.折射率分布
光纤折射率分布，可用下式表示：
n2 n1 1 2(r / a)
d 1/ 2
其中，n1为纤芯折射率，n2为包层折射率，a为芯半径，r为 离开纤芯中心的径向距离，Δ为相对折射率差，Δ=(n1 − n2 )/
因此，对于给定波长，单模光纤的芯径要比多模光纤小。 例如，对于常用的通信波长 (1550 nm)，单模光纤芯径为 8～12 mm，而多模光纤芯径 > 50 mm。
2. 按光纤截面上折射率分布分类
按照截面上折射率分布的不同可以将光 纤分为阶跃型光纤 (Step-Index Fiber， SIF) 和渐变型光纤 (Graded-Index Fiber， GIF)，其折射率分布如图所示。
光纤的数值孔径（NA）是一个小于1的无量纲的数，其值通常
在0.14到0.50之间。数值孔径对光源耦合效率、光纤损耗、弯曲 的敏感性以及带宽有着密切的关系，数值孔径大有利于光耦合。 但是数值孔径太大的光纤模畸变加大，使得通信带宽较窄。
光纤的数值孔径 – 梯度光纤
折射率分布
1/ 2 0r a n1 1 2(r / a) n( r ) 1/ 2 n ( 1 2 ) n1 (1 ) n2 ra 1
4. 按按套塑(二次涂覆层)分类
按套塑可以将光纤分为松套光纤和紧套光纤。 紧套光纤就是在一次涂覆的光纤上再紧紧地套上一层尼 龙或聚乙烯等塑料套管，光纤在套管内不能自由活动。 松套光纤，就是在光纤涂覆层外面再套上一层塑料套管， 光纤可以在套管中自由活动。
套塑光纤结构
5. 按光纤的工作波长分类
圆偏振光和椭圆偏振光
Ex
E
y
1
i
E0ei0
考虑到光强 I = E2x + E2y，有时将琼斯矢量的每一个
分量除以 I ， 得到标准的归一化琼斯矢量。
10, 10,
x
y
2 2
11,
cos sin
,
45
2 2
1i ,
左旋
2 1 2 i
右旋
如果两个偏振光满足如下关系，则称此二偏 振光是正交偏振态：
2
Ey E0 y
2
2
Ex E0 x
Ey E0 y
cos
sin
2
式中：=yx 。这个二元二次方程在一般情况下表
示的几何图形是椭圆，如图所示。
y
y
x
b
2E0y
O
x
a
2E0x
椭圆偏振参量
一般而言，相位差 和振幅比 Ey/Ex 的不同，决定了椭圆形
状和空间取向的不同，从而也就决定了光的不同偏态。
Ex
E
y
E0 E0
e i x
x
ei y
y
这个矩阵通常称为琼斯矢量。是确定光波偏振态的一
种简便方法。对于在I、III象限中的线偏振光，有
x = y = 0 。琼斯矢量可表为：
Ex
E
y
E0 x
E0
y
ei0
对于左旋、右旋圆偏振光,
y x = ±/2，E0x = E0y = E0
e 2
i
Ex
“”号对应右旋圆偏振光，“” 左旋圆偏振光。
通常规定逆着光传播的方向看，E顺时针方向旋转时，称 为右旋圆偏振光。反之，称为左旋圆偏振光。