大学物理波动光学章节-偏振光的干涉
合集下载
第4讲 偏振光的干涉
P
A1
C 光轴
A1
Ao
Ae
A 光轴
A o Ae
A2 o
A2 e
圆偏振光偏振片A相干的偏振光
偏振光的干涉
偏振光的干涉
偏振光的干涉
复色光入射: 晶体对不同波长的光干涉条件各不相同 在检偏器后应看到不同的颜色——色偏振
色偏振: 取不同厚度的云母片
将它们以各种图案贴在 玻璃板上,并将其放在两 个用白光照明的偏振片 之间,出射光的颜色和亮 度会发生变化.旋转上面 的偏振片,可呈现彩色斑 斓的图案花纹.
大学物理
波动光学
第19讲 偏振光的干涉
偏振光的干涉
干涉条件: 频率相同、振动方向相同、相位差恒定
一、相干偏振光的获得: 单色线偏振光垂直入射晶面
(光轴//晶面)分成的o、e光重叠而成.
两个同频率相互垂直简谐振动的合成:
x A1 cos( t 1)
y A2 cos( t 2)
合成以后为椭圆轨迹方程
u
T
Δ
2π d
no
ne
(2k 1) π 2
(2k 1)π
正椭圆 线偏振光
偏振光的干涉
椭圆偏振光: 光矢量端点在 垂直于光传播方向的截面 内描绘出椭圆轨迹.检偏器 旋转一周,光强两强两弱.
圆偏振光: 光矢量端点在垂直 于光传播方向的截面内描绘出 圆形轨迹.检偏器旋转一周,光 强无变化.
二、波片
偏振光的干涉
x2 A12
y2 A22
2xy A1 A2
cos(2
1 )
sin
2 (2
1 )
自然光
偏
E
振
Ee
光 Eo
偏振光的干涉
偏振光的干涉
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。
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
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
偏振光干涉
得到的是仅仅由于向 P2投影引起的相位差
（4）注意：（a）只有 0 和 两个取值
， ，
（b） 2（no ne）d
（c）有多种取值 入
例： 一块厚度为0.04mm的方解石晶片，其光轴平行于 表面，将它插入正交偏振片之间，且使主截面与第一 个偏振片的透振方向成 θ （ θ ≠ 0°、90°）试问哪些 光不能透过该装置。
, x d
n
P1 // P2
：I2
E012 2
(1 cos )
2（no ne）d
2．显色偏振
(no ne )d＝C 时，讨论 变化的影响
1）若入射光是单色光 1：
， 且： 1 21（no ne）d 2k (k 0,1,)
则：
P1 P2：I2 0; (消光)
P1
//
P2：I2
E021; (极大)
向 P2的透振方向投影
若两个投影分量方向相同，则 0 若两个投影分量方向相反，则
（3）确定依据
光束到达偏振片P2时，若 入 0
则两垂直光振动同步：Ee
Ee1
cos(t )e
Eo Eo1 cos(t )o
正e轴是和两同o 轴步的瞬正时方光向振向动向P2 投P2影的的投相影 cos(t 出)o
I2 Ee22 Eo22 2Ee2 Eo2 cos出
o
出 入
Eo2
Ee2
Eo1
P2
e 光轴
Ee1
E01 P1
4）坐标轴投影相位差
（1）定义：两垂直光振动通过偏振片P2 时， 沿透振方向投影产生的相位差。
（2）确定方法：e 轴和 o 轴的正方向分别
， ，
（3）从波晶片出射后
Ee Ee1 cos(t )e
（4）注意：（a）只有 0 和 两个取值
， ，
（b） 2（no ne）d
（c）有多种取值 入
例： 一块厚度为0.04mm的方解石晶片，其光轴平行于 表面，将它插入正交偏振片之间，且使主截面与第一 个偏振片的透振方向成 θ （ θ ≠ 0°、90°）试问哪些 光不能透过该装置。
, x d
n
P1 // P2
：I2
E012 2
(1 cos )
2（no ne）d
2．显色偏振
(no ne )d＝C 时，讨论 变化的影响
1）若入射光是单色光 1：
， 且： 1 21（no ne）d 2k (k 0,1,)
则：
P1 P2：I2 0; (消光)
P1
//
P2：I2
E021; (极大)
向 P2的透振方向投影
若两个投影分量方向相同，则 0 若两个投影分量方向相反，则
（3）确定依据
光束到达偏振片P2时，若 入 0
则两垂直光振动同步：Ee
Ee1
cos(t )e
Eo Eo1 cos(t )o
正e轴是和两同o 轴步的瞬正时方光向振向动向P2 投P2影的的投相影 cos(t 出)o
I2 Ee22 Eo22 2Ee2 Eo2 cos出
o
出 入
Eo2
Ee2
Eo1
P2
e 光轴
Ee1
E01 P1
4）坐标轴投影相位差
（1）定义：两垂直光振动通过偏振片P2 时， 沿透振方向投影产生的相位差。
（2）确定方法：e 轴和 o 轴的正方向分别
， ，
（3）从波晶片出射后
Ee Ee1 cos(t )e
偏振光的干涉
Δ
2π
no
ne
d
思索1 画出P A时振幅投影图
思索2 比较P A与P A情况 阐明为何
多采用P A情形观察偏振光干涉
思索3 自然光入射波片后旳偏振状态是什么?
14
3) 干涉现象
Δ
2π
no
ne
d
π
在装置拟定后
相位差与晶体 与波长 与波片厚度有关
•波长拟定 石英劈尖等厚条纹
P
石英 A
等厚
条纹
3
二、线偏振光经过波晶片后旳偏振状态
结论:
1)o 光 e 光传播方向相同 同一点源发出旳o 光 e 光不分开
线偏振光 与入射面 有一夹角
2) o 光 e 光振动方向垂直
o 光轴 e 光轴
o.A.
能够用光轴来阐明o e光 振动方向
3) o 光 e 光旳光程差 (no ne )d
d
o
e
4
4) 线偏振光经过波晶片后旳偏振状态
令 al
π
旋光率 a (nR nL )
与 nR
nL 有关
52
三、 量糖术
对旋光溶液有 = a • C • l
a ·C = a — 溶液旳旋光率 C — 溶液旳浓度 a — 溶液旳比旋光率
“量糖计”可分析旋光（同分）异构体旳成份 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） 疗效同天然品 53
57
光隔离器：
P
B M
·· ··
磁致旋光物质
令 = 45° 则 2 = 90 反射光通但是P
这么能够消除反射光旳干扰
5.9 偏振光的干涉
P1
C
P1
P2
C
P1
解：（1）两束偏振方向 相互垂直的偏振光之间 的总位相差为：
''
2
( n0 ne ) d
物理科学与信息工程学院 14
在晶片厚度d使得处 ' ' (2K 1) ，将发生干涉 相消，出现暗纹，即 2 '' (n0 ne )d (2 K 1) （K＝0，1，2，3，）
P1, P2
A2e A1 cos
2
' 2 A2o A1 sin
4 2
Ao
X
由此可得到，从P2透射的合光强为：
I // A (cos sin 2 sin cos cos ). 2 2 2 2 I // A (1 2 sin cos 2 sin cos cos ).
(c) 当=45时，则
2 1
I // A (1 sin
2 1
2 2
A ) (1 cos ) 2
物理科学与信息工程学院 9
(2)在两块偏振片的透振方向相互 垂直的情况下，即P1P2，则 P2 +=/2， 1＝ 。因此
C
Ae A2e
Y
A1
P1
'
本节结束
物理科学与信息工程学院 23
最后从偏振片P2透射出来的光，其振幅是A2o和A2e这 两束光的相干叠加的结果。设A2o和A2e之间的相位差 为，则相干叠加后的强度为：
2 2 I A2 A o 2 e 2 A2 o A2 e cos ' A12 (sin 2 sin 2 cos 2 cos 2 1 2 sin 2 sin 2 cos '
C
P1
P2
C
P1
解：（1）两束偏振方向 相互垂直的偏振光之间 的总位相差为：
''
2
( n0 ne ) d
物理科学与信息工程学院 14
在晶片厚度d使得处 ' ' (2K 1) ，将发生干涉 相消，出现暗纹，即 2 '' (n0 ne )d (2 K 1) （K＝0，1，2，3，）
P1, P2
A2e A1 cos
2
' 2 A2o A1 sin
4 2
Ao
X
由此可得到，从P2透射的合光强为：
I // A (cos sin 2 sin cos cos ). 2 2 2 2 I // A (1 2 sin cos 2 sin cos cos ).
(c) 当=45时，则
2 1
I // A (1 sin
2 1
2 2
A ) (1 cos ) 2
物理科学与信息工程学院 9
(2)在两块偏振片的透振方向相互 垂直的情况下，即P1P2，则 P2 +=/2， 1＝ 。因此
C
Ae A2e
Y
A1
P1
'
本节结束
物理科学与信息工程学院 23
最后从偏振片P2透射出来的光，其振幅是A2o和A2e这 两束光的相干叠加的结果。设A2o和A2e之间的相位差 为，则相干叠加后的强度为：
2 2 I A2 A o 2 e 2 A2 o A2 e cos ' A12 (sin 2 sin 2 cos 2 cos 2 1 2 sin 2 sin 2 cos '
大学物理第六章 波动光学(3)
178第6章 波动光学（Ⅲ）——光的偏振一．基本要求1．理解光的偏振的概念，光的五种偏振态的获得和检测方法； 2．掌握马吕斯定律及其应用；3．掌握反射光和折射光的偏振，掌握布儒斯特定律及其应用； 4．了解光的双折射现象；5．了解偏振光的应用。
二．内容提要和学习指导（一）光的五种偏振状态：自然光、线偏振光、部分偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。
（二）线偏振光的获得和检验 1．线偏振光的获得：①利用晶体的选择性吸收，可以制造偏振片。
偏振片可用作起偏器，也可用作检偏器。
②利用反射和折射偏振。
布儒斯特定律：自然光在两种介质的界面发生反射和折射时，一般情况下，反射光和折射光都是部分偏振光，在反射光中，垂直入射面的光振动较强，在折射光中，平行入射面的光振动较强。
当自然光以布儒斯特角121tan b i n -=入射（或/2i γπ'+=，或反射光线垂直于折射光线）时，反射光是线偏振光，其光振动垂直于入射面，此时折射光仍然是部分偏振光。
③利用晶体的双折射。
一束光射入各向异性介质时，折射光分成两束。
其中一束光遵守折射定律，称为寻常光（o 光）。
另一束光不遵守折射定律，称为非常光（e 光）。
o 光和e 光均是线偏振光。
o 光的振动方向垂直于o 光的主平面，e 光的振动方向在e 光的主平面内。
光线沿光轴方向入射时，o 光和e 光的传播速度相同。
在晶体内，o 光的子波波面为球面波，e 光的子波波面为旋转椭球面，利用惠更斯原理作图，可确定o 光和e 光的传播方向。
利用晶体的双折射现象，可以制造偏振棱镜和波片。
2．线偏振光的检验：①利用偏振片：由马吕斯定律可得，线偏振光经过检偏器后，出射光强I 与入射光强0I 的关系为：α20cos I I =，其中α是入射线偏振光偏振方向和偏振片通光方向的夹角。
②利用反射和折射偏振。
③利用偏振棱镜。
（三）圆偏振光或椭圆偏振光的获得和检验：线偏振光经过四分之一波片后出射的为椭圆偏振光，当平面偏振光的振动方向与四分之一波片的光轴方向成450角时，出射的为圆偏振光。
《偏振光的干涉》课件
二、光的干涉
光的干涉原理
解释光的干涉现象及其基本原理。
同源光干涉
探索同一源头产生的光波的干涉效应。
自发光干涉
研究由反射产生的光波的干涉现象。
差别干涉
了解不同光源产生的干涉效果。
三、偏振光的干涉
1
马吕斯干涉法
2
深入研究马吕斯干涉法及涉仪表
4
介绍可以利用偏振光进行干涉实验的 仪器设备。
探索微波偏振干涉仪的特点 以及在通信和雷达技术中的 应用。
五、总结
1 偏振光干涉的意义
总结偏振光干涉对科学和技术的重要性。
2 相关技术发展前景
展望偏振光干涉技术的未来发展趋势。
3 课程总结
回顾本课程的重点内容，并强调学习成果。
《偏振光的干涉》PPT课 件
欢迎来到《偏振光的干涉》的课程！在这个课程中，我们将深入探讨偏振光 的概念、干涉原理以及其在各个领域的应用。让我们开始我们的旅程吧！
一、偏振光简介
光的偏振概念
了解什么是偏振光及其特 点。
偏振光的产生方法
学习偏振光的产生和传播 方式。
偏振片的原理与种类
探索偏振片的原理以及常 见的种类。
偏振光的干涉类型
介绍偏振光的干涉现象以及不同类型 的干涉。
英腾腾干涉仪
探索英腾腾干涉仪的原理，并了解其 用途。
四、偏振光干涉应用
偏振显微镜
探索偏振显微镜的原理及其 在生物学和材料研究中的应 用。
偏振干涉光谱仪
了解偏振干涉光谱仪的工作 原理，并研究其在化学和光 学领域中的应用。
微波偏振干涉仪的 应用
14.6偏振光的干涉
λ
4
所以这样厚度的晶片称为四分之一波片. 所以这样厚度的晶片称为四分之一波片.
首 页 上 页 下 页退 出
波片C为四分之一波片， 波片C为四分之一波片，且 θ = 时，则晶体中 4 光与e光的振幅相等， o光与e光的振幅相等，即Eo＝Ee，此时通过晶片后的 光将成为圆偏振光 圆偏振光. 光将成为圆偏振光. 如果将晶片C换成二分之一波片， 如果将晶片C换成二分之一波片，θ仍保持 ，则 4 o光、e光通过晶片后的位相差为π，且振幅相等，合 光通过晶片后的位相差为π 且振幅相等， 成后仍为线偏振光 不过振动方向将旋转90 线偏振光， 90° 成后仍为线偏振光，不过振动方向将旋转90°.
首 页 上 页 下 页退 出
2.克尔效应——电致双折射 克尔效应 电致双折射 某些非晶体或液体在强电场作用下， 某些非晶体或液体在强电场作用下 ， 使分子定 向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质， 向排列，从而获得类似于晶体的各向异性性质，这 一现象称为克尔效应. 一现象称为克尔效应.
首 页 上 页 下 页退 出
二者振幅相等. 二者振幅相等. 由以上分析可知， 由以上分析可知 ， 透过偏 振片 P2 的两束光是频率相 振动方向相同、 同 、 振动方向相同 、 振幅 相等和位相差恒定的相干 光 ， 因而可以观察到偏振 光的干涉现象. 光的干涉现象.
图14.20 偏振光干涉振幅矢量图
首 页 上 页 下 页退 出
图14.19 偏振光的干涉
首 页 上 页 下 页退 出
14.20是通过偏振片 是通过偏振片P 薄晶片C和偏振片P 图14.20是通过偏振片P1、薄晶片C和偏振片P2的光的 振幅矢量图. 这两束光透过P 振幅矢量图. 这两束光透过P2后的振幅分别为
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
椭圆偏振光 1 4 波片
(椭圆的长或者短轴 与晶片的光轴重合)
线偏振光 偏振片
光强有变化， 且有消光现象
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
各种偏振光经过1 4 波晶片,偏振片后的光强变化
自然光
1 4 波片
(以光线为轴转动)
自然光 偏振片 光强无变化
圆偏振光 1 4 波片
线偏振光
偏振片
光强有变化， 且有消光现象
部分偏振光 1
4 波片
部分偏振光
偏振片
光强有变化， 无消光现象
••
偏振片1
波晶片
偏振片2
相干条件的实现：
相位差与装置的关系：
起偏器 保证两光有确定相位差
波晶片 保证从一次发光中分出 两束光，其光程差为 no ne d
检偏器 保证两光振动方向相同
P1 P2
2πdnone π
P1 // P2
2πdnone
2. 干涉现象
••
偏振片1
(1) 波片厚度均匀
楔状波晶片体
波晶片
偏振片2
Ⅰ区：线偏振光，强度
I
1 2 I0
Ⅱ区：两束线偏振光。其频率相同、
波晶片
传播方向相同，且同一点光 d
•
源发出的o光和e光不分开、
• •
振动方向相互垂直、光程差为
no ne d
三. 相干区 干涉强度
1. 相干光的振幅
AoA 1siθn
A12
1 2
I0
A1 P1
C
AeA 1coθs
波晶片
d
• • •
e光 o光
线偏振光垂直入射波晶片 后，o 光, e 光传播速度不 同而产生了相位差。
出射 o 光 e 光的相位差为
2λπ(none)d
波晶片分类
no
ne
d(k1)
4
1 4 波片
no
ne
d(k1)
2
半波片
no ne dk
全波片
二. 线偏振光经过波晶片后偏振状态
，I0
Ⅰ
Ⅱ
••
?Ⅲ
偏振片1
偏振片2
A 2 2 A A 2 22 o 2 1 2 AA 12s2 e in 2 2 22 A (1o 2 A co e 2 sc ) os
单色光入射，屏上光强均匀分布。转动元件，屏上光强改变。
白光入射，屏上出现彩色，转动偏振片或波片，光强、色
彩都变化。
白光照射时，屏上由于某种颜色干涉相消, 而呈现它的 互补色，这叫(显) 色偏振。
Ao
A o 2 A o co A 1 s sθ ic n θ os
A e 2 A e sθ i n A 1 sθ ic n θ os相干光的光程差
c 2πdnone 为投影引入的附加相位
c π 2 π dn o n e π
Ⅲ区： o 光和e 光经过偏振片2 后，振动方向平行，振动频
率相同，相位差恒定，满足干涉条件。
3. 叠加的光强
A 2 2 A 2 o 2 A 2 e 2 2 A o 2 A e 2 c os
1 2A 1 2si2n 2(1cos)
2 πdnoneπ2kπ — 干涉相长
2 π dn o n e π (2 k 1 )π— 干涉相消
讨论
1. 典型装置
(2) 波片厚度不等
出现干涉条纹。
石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）
利用偏振光干涉看到的结冰过程
利用偏振光干涉看到的结冰过程
不同成熟度的棉纤维在偏振光显微镜下的图形
四. 偏振状态的检验
第一步：用偏振片旋转 观察出射光强变化 将5种偏振态分成3组
• 线偏振光
•自然光 圆偏振光 •部分偏振光 椭圆偏振光
§14.14 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
一. 偏振光干涉典型实验装置
屏
光源
偏振片1
波晶片
偏振片2
• 两个正交的偏振片 • 波晶片 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
波晶片（光轴平行于表面且厚度均匀的晶体）