偏振光的干涉.ppt

55偏振光的干涉偏振光的干涉它它们能否干涉？能否干涉？怎怎样才能看到干涉？才能看到干涉？不能干涉！不能干涉！因因为振振动方向方向相互垂直。相互垂直。单色自然光通色自然光通过一个偏振片以后，垂直射一个偏振片以后，垂直射在光在光轴平行于表面的晶片，从晶片出来的是平行于表面的晶片，从晶片出来的是两束两束传播方向相同、播方向相同、振振动方向相互垂直方向相互垂直、频率相等、有恒定相位差的率相等、有恒定相位差的线偏振光偏振光。单色自然光色自然光PC 1.5.15.1偏振光干涉原理偏振光干涉原理起偏器起偏器检偏器偏器 单色色自然光自然光双折射晶片双折射晶片光光轴 5偏振光的干涉偏振光的干涉2.偏振光干涉的实验装置wP1：把自然光转变为线偏振光.wd ：分解光束(将入射线的偏振光分解成振动方向互相垂直的o光和e光)和相位延迟。wP2：把两束光(o光和e光)的振动引导到相同方向上。3.线偏振光干涉的偏振光干涉的强度分布度分布 OP2P1E1EoEo2EeEe2：P1的透振方向与波片光轴的夹角；：P2的透振方向与波片光轴的夹角；：从P2出射的两束光之间的相位差.eA14.（1）刚进入波片表面入波片表面时，o光和光和e光的相位差光的相位差o光和光和e光的相位差由三个因素决定光的相位差由三个因素决定（2）波晶片引起的相位差）波晶片引起的相位差（3）坐）坐标轴投影引起的相位差投影引起的相位差e轴和和o轴的正向的正向对P2轴的两个投影分量方向一致，的两个投影分量方向一致，则e轴和和o轴的正向的正向对P2轴的两个投影分量方向相反，的两个投影分量方向相反，则5.线偏振光干涉的偏振光干涉的强度分布度分布 的透振方向互相垂直的透振方向互相垂直时，的透振方向互相平行的透振方向互相平行时，P1OeP2P1OeP26.给给定波晶片，定波晶片，与与d一定，如果某一定，如果某单单色光的波色光的波长长1满满足足但此但此时对时对于另外一于另外一单单色光的波色光的波长长2满满足足5.2 色偏振色偏振（chromatic polarization）7.于某种于某种颜色干涉相消，而呈色干涉相消，而呈现它的它的互互补色，色，若白光入射，且晶片若白光入射，且晶片d 均匀，均匀，若若d不均匀，不均匀，则屏上出屏上出现彩色条彩色条纹。红色色（656.2 nm）相消相消蓝色色（485.4nm）相消相消 色色偏偏振振是是检验材材料料有有无无双双折折射射效效应的的灵灵敏敏方方法法,用用显微微镜观察察各种材料在白光下的色偏振，可以分析物各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些内部的某些结构构.偏光偏光显微微术。则：屏上：屏上由由这叫（叫（显）色偏振色偏振。绿色色（492.1nm）；）；黄色黄色（585.3 nm）。）。互互补色：任何两种彩色如果混合起来能色：任何两种彩色如果混合起来能够成成为白色，白色，则其中一种称其中一种称为另一种的互另一种的互补色。色。8.硫代硫酸硫代硫酸钠晶片的色偏振晶片的色偏振图片片9.若白光入射，且晶片的厚度若白光入射，且晶片的厚度 d 不均匀，不均匀，则屏上出屏上出现彩色条彩色条纹。单色自然光色自然光P2C P1 屏屏(或眼睛看或眼睛看)若若单色自然光入射，且晶片色自然光入射，且晶片为尖劈状尖劈状（厚度（厚度 d 不均匀）不均匀），则屏上会出屏上会出现平行的等厚干涉条平行的等厚干涉条纹：5.3 偏振光的干涉条偏振光的干涉条纹10.石英劈尖的偏振光干涉（等厚条石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）11.例例 两尼可耳棱两尼可耳棱镜的透振方向的透振方向夹角角为 ，在两尼科耳棱，在两尼科耳棱镜之之间加入一四分之一波片，波片的光加入一四分之一波片，波片的光轴 方向与两尼科耳棱方向与两尼科耳棱镜夹角的角的平分平分线平行，平行，强度度为 的的单色自然光沿色自然光沿轴向通向通过这一系一系统（1）指出光透）指出光透过/4波片后的偏振波片后的偏振态；（2）求透）求透过第二个尼可耳棱第二个尼可耳棱镜的光的光强度和偏振性度和偏振性质（忽略反射和介（忽略反射和介质吸收）吸收）600C N1N2AAeAoAe2 Ao2线偏振光的振偏振光的振动方向与光方向与光轴夹角角为 ，进入晶体后分解入晶体后分解为o光和光和e光，光，解：（解：（1）自然光）自然光经过尼可耳棱尼可耳棱镜，成，成为线偏振光，偏振光，强度度为 由于由于/4波片使波片使o光和光和e光光产生生/2的相位差，所以的相位差，所以过后后成成为椭圆偏振光偏振光12.（）尼可耳棱尼可耳棱镜2前是前是椭圆偏振光偏振光和和 在在2的透振方向上投影，的透振方向上投影，产生干涉两相干生干涉两相干线偏振光的振幅分偏振光的振幅分别为由于投影引起由于投影引起 的附加相位差，故两相干光的相位差的附加相位差，故两相干光的相位差为（0）。）。过2后的相干光后的相干光强为为什么？什么？出射光出射光为线偏振光偏振光600C N1N2AAeAoAe2 Ao213.人工双折射人工双折射 人工双折射是用人工的方法造成材料的人工双折射是用人工的方法造成材料的 各向异性各向异性,从而从而获得双折射的得双折射的现象。象。一一.应力双折射（力双折射（光光弹性效性效应）在在观察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：察偏振光干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：将有机玻璃加力，将有机玻璃加力，发现有机玻璃有机玻璃变成各向异性。成各向异性。加力的方向即光加力的方向即光轴的方向。的方向。P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃C14.若若应力均匀力均匀,则观察到均匀的干涉光察到均匀的干涉光强.若若应力不均匀：力不均匀：各各处 F/S不同不同 各各处 不同不同 各各处干涉情况不同干涉情况不同 出出现干涉条干涉条纹。实验发现（在一定在一定应力范力范围内内）：应力力变化大的地方化大的地方,条条纹密密;应力力变化小的地方化小的地方,条条纹疏。疏。应力双折射效力双折射效应引起的相位差：引起的相位差：15.例如例如.检查透透镜等等透明的透明的元件元件内部的剩余内部的剩余应力力 的情况。的情况。例如例如.设计大吊大吊钩时，要知道，要知道实际使用使用时侯侯 内部的内部的应力分布情况。力分布情况。可用可用透明的透明的环氧氧树脂脂制成模制成模拟吊吊钩，通通过光光弹效效应，了解内部，了解内部应力的分布。力的分布。应用：用：通通过光光弹性效性效应，研究材料内部的，研究材料内部的应力情况。力情况。16.钓钩的的光光弹图象象模模型型的的光光弹图象象17.二二.电致双折射（致双折射（电光效光效应）1.克克尔效效应装装硝基苯硝基苯液体液体(C6H5NO2)的小容器叫克的小容器叫克尔盒。盒。在在观察偏振光干涉的装置中，将克察偏振光干涉的装置中，将克尔盒取代晶片：盒取代晶片：将将克克尔盒盒加加电场，发现硝基苯硝基苯变成各向异性。成各向异性。加加电场的方向即光的方向即光轴的方向。的方向。l+-45 45 P1P2克克尔盒盒d18.加加电场 液体各向异性（由于分子定向排列）液体各向异性（由于分子定向排列）呈呈单轴晶体性晶体性质，光，光轴 ；不加不加电场 液体恢复各向同性液体恢复各向同性 P2不通光（不通光（）。）。实验发现有有 E E 电场强度，度，k 克克尔常数常数 对硝基苯硝基苯(C6H5NO2)通光。通光。19.克克尔效效应引起的相位差引起的相位差为：它正比于它正比于U2,因此也称因此也称为二次二次电光效光效应。引起相位差引起相位差为 的的电压，称，称为半波半波电压。这时克克尔盒盒相当于一相当于一块半波片。半波片。20.克克尔盒的响盒的响应时间极短，每秒能极短，每秒能够开关开关10109 9次。次。可用于可用于高速高速摄影（快影（快门）、光脉冲）、光脉冲测距、距、光开关光开关应用用:当当U=0时，,光通不光通不过 P2,关！关！当当U为半波半波电压时，克，克尔盒使盒使线偏振光的振偏振光的振动面面 转过 2 =900，光正好能全部通，光正好能全部通过 P2，开！开！l+-45 45 P1P2克克尔盒盒d21.克克尔盒有很多缺点：盒有很多缺点：硝基苯有毒，易爆炸，硝基苯有毒，易爆炸，需极高需极高纯度和高度和高电压，故，故现在很少用。在很少用。光通光通讯而光而光强的的变化可化可传递信息，如信息，如 用于用于激光光激光光纤通通讯。现用用 KDP 晶体晶体(磷酸二磷酸二氢钾)替代替代克克尔盒盒。若若U 为信号信号电压，则U 的的变化引起化引起 的的变化，化，也引起通也引起通过 P2 的光的光强的的变化，也就是化，也就是信号信号电压调制了光制了光强。22.2.泡克泡克尔斯效斯效应用用 KDP 晶体晶体(磷酸二磷酸二氢钾)取代克取代克尔盒。盒。电极极K，K透明。透明。该晶体是晶体是单轴晶体，晶体，不加不加电场时光沿光光沿光轴传播，当然没有双折射播，当然没有双折射现象象。加加电场 该晶体晶体变双双轴晶体，晶体，产生了双折射生了双折射现象。象。就有光透就有光透过P2。一次一次电光效光效应 没有光透没有光透过 P2。又又KDP晶体晶体+。-P1P2KK 23.这种磁效种磁效应很弱，需要很很弱，需要很强的磁的磁场才能才能观察到。察到。三三.磁致双折射磁致双折射类似于似于电场的克的克尔效效应，某些透明液体，某些透明液体在磁在磁场 作用下作用下变为各向异性，其性各向异性，其性质类似于似于单轴晶体。晶体。二次磁效二次磁效应光光轴平行于磁平行于磁场，且有，且有激光激光调Q，超高速开关（响超高速开关（响应时间小于小于10-9s），），数据数据处理理显示技示技术，应用：用：24.66旋光旋光现象象6.16.1物物质的旋光性的旋光性18111811年年实验物理学家阿喇果物理学家阿喇果发现，线偏振光通偏振光通过某些透明物某些透明物质时，其偏振面会旋，其偏振面会旋转一定的角度。一定的角度。这种能使种能使线偏振光的振偏振光的振动面面发生旋生旋转的性的性质称称为旋光性。旋光性。光在各向异性媒光在各向异性媒质中中传播播时，除了，除了产生折射生折射现象外，象外，还有有一种一种现象叫旋光，旋光效象叫旋光，旋光效应最明最明显的晶体是石英（水晶）的晶体是石英（水晶）.25.(不不产生双折射生双折射)l光光轴方向方向石英石英 单色色自然光自然光P1偏振化方向偏振化方向P P2 2（原来消光）原来消光）PP2 2（现在消光）在消光）若在若在 之之间插入光插入光轴垂直表面的垂直表面的石英石英晶片，晶片，则 后后视场变亮，亮，说明明经过石英晶片后偏振状石英晶片后偏振状态发生了生了变化，但化，但还不能具体判断。不能具体判断。将将 转动 角度后，角度后，视场又恢复黑暗，又恢复黑暗，说明明经石英晶片后石英晶片后的光的光仍仍为线偏振光，只是其振偏振光，只是其振动面比入射面比入射时转了了 角度角度即旋光即旋光现象。象。26.旋光率；旋光率；取决于入射光的波取决于入射光的波长和旋光物和旋光物质。旋光物旋光物质 l具有旋光性的物具有旋光性的物质：如：如石英晶体、石英晶体、许多有机溶液：多有机溶液：如如蔗糖的水溶液、酒石酸溶液、松蔗糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油油等。等。迎着光看，振迎着光看，振动面面 顺时针转的的为右旋物右旋物质，振振动面面 逆逆时针转的的为左旋物左旋物质。是什么原因是什么原因产生了生了旋光性？旋光性？实验规律：律：27.右右旋旋晶晶体体 左左旋旋晶晶体体 石英石英光光轴光光轴 石英晶体石英晶体有左旋有左旋,右旋两右旋两类,是因是因为 它它们的的分子（分子（SiO2）的空）的空间排列方式有左旋排列方式有左旋,右旋两种螺旋形右旋两种螺旋形结构，互构，互为镜象。象。28.有机有机溶液溶液的左、右旋光性是因的左、右旋光性是因为其中一个个其中一个个 分子本身具有分子本身具有类似螺旋状似螺旋状结构构引起的。引起的。例如，例如，天然的天然的蔗糖蔗糖分子分子,不不论是从甘蔗来的是从甘蔗来的还是是 从甜菜来的从甜菜来的,都是右旋的。生物体体内的都是右旋的。生物体体内的 葡萄糖也是右旋的。葡萄糖也是右旋的。发现人工合成的有机物人工合成的有机物总是有数目相等的是有数目相等的左旋、左旋、右旋体，而右旋体，而天然的天然的有机物有机物却不是却不是这样。生物体生物体总是是选择右旋糖消化吸收，右旋糖消化吸收，而而对左旋糖不感左旋糖不感兴趣。趣。29.人工合成的人工合成的氯霉素霉素总是左旋是左旋,右旋各一半，右旋各一半，例如，例如，从天然物中提取的从天然物中提取的氯霉素霉素药能治病能治病,它是左旋的。它是左旋的。为什么生物体会什么生物体会对物物质旋光性有旋光性有选择？-涉及人涉及人们最感最感兴趣的生命起源的趣的生命起源的问题。涉及到涉及到组成蛋白成蛋白质的多种氨基酸的多种氨基酸 和携和携带 生物生物遗传密密码的的DNA分子的分子的 结构旋向构旋向问题，追到更深追到更深层次，次，只有左旋的有只有左旋的有疗效效 -价格只是天然价格只是天然氯霉素的一半。霉素的一半。30.6.2 6.2 菲涅耳菲涅耳对旋光性的解旋光性的解释：线偏振光可看作是同偏振光可看作是同频率、等振率、等振幅的左幅的左(L)、右、右(R)旋旋圆偏振光的偏振光的合成合成.入射入射时R ，L 初相初相为 0 0，o 设:旋光物旋光物质长 l,(a)(b)l出射面出射面入射面入射面出射出射时它它们的相位比的相位比入射面入射面处的相位落后。的相位落后。31.看旋看旋转矢量矢量图，有：有：(a)(b)l出射面出射面入射面入射面在出射面上在出射面上，它，它们的相位，的相位，分分别比入射面比入射面处的的相位落后相位落后ELER(a)(b)ELER R L 32.旋光率旋光率（与（与入射光的入射光的波波长和旋光物和旋光物质有关）有关）所以就有所以就有ELER(a)(b)ELER R L 同一同一时刻刻令令由上式看出，由上式看出，时，（逆（逆时针转），），即振即振动面向左旋（面面向左旋（面对着光看）。着光看）。33.RRRLL 如如图示，用左旋型（示，用左旋型（L）和右旋型（）和右旋型（R）的）的证实了自己的假了自己的假设。菲涅耳菲涅耳进行了如下行了如下实验，石英棱石英棱镜交替胶合成多交替胶合成多级组合棱合棱镜。光从光从 R 进进入入 L 时时，左旋光速度由小，左旋光速度由小变变大，大，RL右旋光速度由大右旋光速度由大变小，将靠近界面法小，将靠近界面法线折射。折射。光密媒光密媒质光疏媒光疏媒质，光将，光将远离界面法离界面法线折射。折射。各界面各界面继续使左右旋使左右旋圆偏振光分开的角度放大，偏振光分开的角度放大，射出棱射出棱镜时就成了两束分开的就成了两束分开的圆偏振光。偏振光。34.6.4 6.4 量糖量糖术对溶液溶液 据此可制成据此可制成“量糖量糖计”，测糖溶液的糖溶液的浓度度C。其他其他应用：分析化工用：分析化工产品、品、药剂中的中的 左、右左、右旋光异构体旋光异构体的成分等。的成分等。式中式中利用利用规律：律：6.3 6.3 旋光晶体内的波面（略）旋光晶体内的波面（略）35.6.5 6.5 磁致旋光磁致旋光利用人工方法也可利用人工方法也可产生旋光性，其中最生旋光性，其中最重要的是重要的是磁致旋光磁致旋光，也称，也称为法拉第旋光法拉第旋光，是法拉第是法拉第18461846年年发现的。的。水、二硫化碳、食水、二硫化碳、食盐、乙醇等都是磁致旋光物、乙醇等都是磁致旋光物质。磁致旋光磁致旋光样品品P1P236.V：费德德尔常量常量磁致旋光效磁致旋光效应也能用于光通也能用于光通讯:若磁若磁场B是由信号是由信号电流流 i 产生的生的,信号信号电流流 i 的的变化化 磁磁场 B 的的变化化,旋旋转角角 变化化 P2通通过的光的光强也也变化。化。-光通光通讯的原理的原理 l磁致旋光物磁致旋光物质B应用：用：37.反射反射镜入射光入射光 左旋左旋反射反射镜反射光反射光 左旋左旋自然旋光物自然旋光物质对自自然然旋旋光光物物质，振振动面面的的左左旋旋或或右右旋旋是是由由旋旋光光物物质本本身决定的身决定的38.反射反射镜反射光反射光 右旋右旋 B反射反射镜入射光入射光 左旋左旋B对磁致旋光物磁致旋光物质，光沿，光沿与逆与逆方向方向传播，播，磁性旋光物磁性旋光物质振振动面旋向相反。面旋向相反。39.光隔离器：光隔离器：这样可以消除反射光的干可以消除反射光的干扰。“波波动光学光学”全部全部结束束磁致旋光效磁致旋光效应的的应用：用：研究物研究物质结构构 测电流和磁流和磁场 磁光磁光调制制 BPM 磁致旋光物磁致旋光物质令令 =45，则 2 =90，反射光通不反射光通不过P40.菲涅耳复合棱镜41.