圆偏振光、波片、克尔效应、电光效应和旋光现象.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,圆偏振光 波片 克尔电光效应和旋光现象,1,一、椭圆偏振光和圆偏振光,当两个同频率、有固定位相差、相互垂直的振动同时作用于一点时，则该点的合成轨迹呈椭圆状。,在光学中，各向异性晶体内所产生的,O,光和,e,光,是同频率且振动方向相互垂直的两偏振光，假如能使它们之间存在一个固定的位相差，则这样的,O,光和,e,光在其相遇点的合成光矢量的末端的轨迹，一般来说，呈椭圆形，这种合成光称为,椭圆偏振光,。,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,。,当合成光矢量的末端的轨迹呈圆形时，该合成光称为,圆偏振光,。,2,自然光在晶体内所生成的,O,光和,e,光，,虽然是同频率的和振动方向互相垂直，但是它们之间无固定的位相差，因而在光线进行方向上的任一点的,O,光和,e,光的位相差均随时间作无规则的改变，这样的光不是椭圆偏振光或圆偏振光,。,对同一晶体，当入射光是一平面偏振光时，晶体内的,O,光和,e,光是由同一光矢量分解出来的，因而在光线进行方向的任一点上，,O,光和,e,光有固定的位相差，这样的光就是椭圆偏振光,。,将平面偏振光垂直地射在光轴平行于折射表面（即晶体表面）的各向异性的晶体板上，即可获得椭圆偏振光或圆偏振光。,e,O,光轴,d,3,M,是起偏器，经它可从自然光中获得垂直射向波片,C,的线偏光。,波片,C,光轴平行于晶体表面，透振方向与光轴方向之间的夹角,垂直射入波片的线偏光，分解成的,O,光其振动方向垂直于入射面，垂直光轴；分解成的,e,光振动方向平行于入射面，平行于光轴。,入射波片的线偏光的振幅,4,经过波片后，,O,光和,e,光的相位差：,波片厚度,d,决定,O,光、,e,光恒定相位差的大小。因此，可用波片来产生椭圆偏振光、圆偏振光或改变入射的偏振态。,讨论：,自板出来的两光所合成的光为平面偏振光，并且振动方向与原入射光相同。,1）当,时,这相当于无相位延迟，即波长片不改变入射线偏振光的状态。,O,C,5,自板出来的两光所合成的光仍为平面偏振光，不过振动方向相对于原入射光的振动方向转了2,。（角为入射光的振动面与光在晶体内的主截面的夹角）,当,时,出射光,的振动面与原入射光的振动面成/2角。,当,时,我们把能使,O,光和,e,光产生位相差为,或其奇数倍的晶体薄板，叫做二分之一波片。简写成/2片。,2)当,时,自板出来的两光所合成的光仍为椭圆偏振光。所合成的椭圆偏振光，它的长轴和短轴分别同,O,光和,e,光的振动方向重合，椭圆偏振光的长轴和短轴的取向决定于入射光的振动面与光轴的夹角,。,6,我们把能使,O,光和,e,光产生位相差为,/2或其奇数倍的晶体薄板，叫做四分之一波片。简写成/4片。,长轴和短轴相等，得到圆偏振光,。,当,时,，,3)当,为2,k，2（k+1），（2k+1）/2,以外的其它任意值时，则由,O,光和,e,光所合成的光均为椭圆偏振光，不过椭圆的长、短轴不在平行于或垂直于光轴的方向上。,7,线偏光垂直通过波片后的偏振态,d,出射光的偏振态,波长片 任意 与入射光偏振态相同,任意 0,0,或90,0,与入射光偏振态相同,1/2,波片,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2,1/4,波片,45,0,圆偏振光,0,0,或90,0,线偏光,90,0,45,0,长短轴之比为,tan,或,C,tan,的正椭圆偏光,非波片,0,0,45,0,非半波片,90,0,=,45,0,非波片,非半波片,非1/4波片,椭圆偏振光,椭圆偏振光,8,偏振态的检验,自然光通过1/4波片后，仍然是自然光。,电振动方向和 1/4 波片光轴垂直的线偏光，出射的偏振态不变。,椭圆偏光通过光,轴与其短轴方位一,致的1/4波片后，出,射线偏光。,O,C,O,C,9,七种偏振态的检验,把检偏器对着被检光旋转一周，若得到,两明两零 光强不变 两明两暗,线,偏,振,光,在光路中插入1/4波片，,再旋转检偏器，若得,在光路中插入1/4波片,并使光轴与检,得的暗方位相重合,再旋转检偏器,若,两明,两零,则为,光强,不变,则为,两明,两暗,则为,圆,偏,光,自,然,光,自加,然圆,光偏,光,椭,圆,偏,光,自加,然线,光偏,光,自椭,然圆,光偏,加光,两明,两零,则为,两明两暗,但暗程度,与前不同,则为,两明两暗,但暗方位,与未插入,1/4波片时,相同则为,10,用人工的方法使某些非晶体物质呈现双折射现象。,1,.,光弹效应,机械应力使非晶体产生双折射现象。,2,.,电光效应-克尔效应,在电场作用下非晶体显现双折射现象。,3,.,磁光效应-法拉第效应,在磁场作用下非晶体显现双折射现象。,二、人为双折射,11,光弹现象,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。,为胁强光学系数,现已成为光测弹性学基础。,12,克尔效应,某些各向同性的透明介质（如非晶体和液体），在外电场的作用下，显示出双折射现象，称为克尔效应。,当外电场撤消时，这种性质立即消失，因此，也称为电致双折射现象。,光轴沿电场强度的方向,+,-,c,c,两光通过厚度为 的液体时，光程差为：,13,若入射光的线偏振方向与外电场方向成45,0,角，且,M,与,N,偏振方向相互垂直，调节电压使其发生相长干涉，有：,若去掉盒内电场，则没有光从,N,透出。整个系统起,“,光开关,”,的作用。,通过控制外加电压，可调节输出的光脉冲的长短和频率，把电讯号转变成光讯号。由于光电效应几乎没有惯性，电讯号的控制速度可达10,-9,m/s。,“,光开关,”,“,光调制器,”“,光断续器,”,有极快的速度启闭光路或调制光强，目前广泛应用于高速摄影、电影、电视和激光通讯等许多领域。,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。,14,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。,这种介质称为旋光物质。如石英、糖、酒石酸钾钠等。,为滤色片；,M,为起偏器；旋光物体放在两个正交的偏振片,M,与,N,之间，,将会看到视场由原来的零变亮，把检偏器,N,旋,转一个角度，又可得到零视野。,是旋光物质，例如是晶面与光轴垂直的石英片,三、旋光现象,在迎光矢量图上，电矢量振动方向逆时针方向旋转,的物质，称为左旋偏振光；反之为右旋偏振光,。,15,实验证明：振动面旋转的角度,与材料的厚度,d、,浓度,C,以及入射光的波长,有关。,对于固体：,定义,为旋光系数，它是入射光波长的函数,对于液体：,式中,C,为溶液的浓度。,把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿光传播方向加磁场,B，,则发现线偏光通过样品后，振动面旋转过一个角度,，实验表明：,V,叫做费尔德(,Verdet,),系数。,称为磁致旋光现象,。,16,当线偏光沿磁场方向通过磁光物质时，在迎光矢量图上电振动方向右旋，当反射光逆磁场通过时，电振动方向左旋。所以，如果线偏光往返两次通过磁光物质，振动面旋转过2,，利用这一特性在激光技术中，制成光隔离器。使得反射光的振动方向改变，避免了对前级的影响。,右旋,左旋,反射面,17,