偏振光的干涉.pptx

1一、典型装置一、典型装置波晶片波晶片:光轴平行于入射表面的晶体薄片光轴平行于入射表面的晶体薄片两个正交的偏振片两个正交的偏振片 记做记做三个元件表面平行三个元件表面平行 自然光正入射自然光正入射2?在上述装置下在上述装置下 令单色自然光正入射令单色自然光正入射 分析各区光的偏振状态分析各区光的偏振状态起偏器起偏器P后是线偏振光后是线偏振光线偏振光经波晶片线偏振光经波晶片C后偏振态后偏振态?强度强度?检偏器检偏器A后的偏振态后的偏振态?强度强度?3二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态二、线偏振光通过波晶片后的偏振状态3)o 光光 e 光的光程差光的光程差结论结论:1)o 光光 e 光传播方向相同光传播方向相同 同一点源发出的同一点源发出的o 光光 e 光不分开光不分开2)o 光光 e 光振动方向垂直光振动方向垂直 o 光轴光轴 e 光轴光轴可以用光轴来说明可以用光轴来说明o e光光 振动方向振动方向线偏振光线偏振光与入射面与入射面有一夹角有一夹角44)线偏振光通过波晶片后的偏振状态线偏振光通过波晶片后的偏振状态 两个同频率的两个同频率的 振动方向垂直的振动方向垂直的 有确定相位差的有确定相位差的 S.H.V.的合成的合成一般一般合成光矢量端点的轨迹是椭圆合成光矢量端点的轨迹是椭圆但但 每时刻每时刻都是都是线偏振光线偏振光所以所以 称为称为椭圆偏振光椭圆偏振光光轴光轴5 特殊特殊1若晶片厚度合适若晶片厚度合适 使使 o 光光 e 光的光程差为光的光程差为/4波长波长相位差是相位差是正椭圆偏振光正椭圆偏振光圆偏振光圆偏振光如果再让如果再让该波晶片叫四分之一波片该波晶片叫四分之一波片6特殊特殊2若晶片厚度合适若晶片厚度合适 使使 o 光光e 光的光程差为光的光程差为/2波长波长称该波晶片为二分之一波片称该波晶片为二分之一波片(或称半波片或称半波片)经二分之一波片后经二分之一波片后 o光光e 光相位差为光相位差为 合成为合成为线偏振光线偏振光相位差是相位差是7线线偏偏振振在在 /2片前片前过过 /2片后片后仍是线偏振仍是线偏振旋转了旋转了 2 角角/2片片注意注意:/2波片波片 /4 波片波片 必须指明波长必须指明波长1 3象限的振动象限的振动2 4象限的振动象限的振动8 5)推论推论 由上述分析知由上述分析知 圆圆和和椭圆偏振光椭圆偏振光可看成是两束可看成是两束 频率相同频率相同传播方向一致传播方向一致 振动方向相互垂直振动方向相互垂直相位差为某个确定值的相位差为某个确定值的线偏振光线偏振光的合成的合成 同样同样 线偏振光线偏振光可看成是两束可看成是两束 频率相同频率相同 相位相同相位相同 振幅相同振幅相同 传播方向亦相同的传播方向亦相同的左左 右旋右旋 圆偏振光圆偏振光的合成的合成9三、三、相干区干涉强度相干区干涉强度相干区相干区相干光的振幅相干光的振幅10相干光光程差相干光光程差 由波片厚度引进的是由波片厚度引进的是在该装置中在该装置中 两光经两光经检偏器检偏器A后振动步调相反后振动步调相反所以装置带来的所以装置带来的附加光程差是附加光程差是总光程差总光程差11 合成结果合成结果相位差相位差12讨论讨论1)典型装置典型装置相干条件的实现相干条件的实现:波晶片波晶片 保证从一次发光中分出两支保证从一次发光中分出两支 给出光程差给出光程差 (no-ne)d检偏器检偏器 保证两光振动方向相同保证两光振动方向相同起偏器起偏器 保证两光有确定相差保证两光有确定相差振幅投影图振幅投影图相干区相干区132)相位差与装置的关系相位差与装置的关系思考思考1 画出画出P A时振幅投影图时振幅投影图 思考思考2 比较比较P A与与P A情况情况 说明为什么说明为什么 多采用多采用P A情形观察偏振光干涉情形观察偏振光干涉思考思考3 自然光入射波片后的偏振状态是什么自然光入射波片后的偏振状态是什么?143)干涉现象干涉现象在装置确定后在装置确定后相位差与相位差与晶体晶体 与与波长波长 与与波片厚度波片厚度有关有关波长确定波长确定 石英劈尖等厚条纹石英劈尖等厚条纹 石英石英等厚等厚条纹条纹思考思考:已知已知no o ne e 推导条纹间推导条纹间距距15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）16 晶片确定晶片确定 厚度确定厚度确定 白光入射白光入射若厚度若厚度不不均匀均匀 会出现会出现彩色彩色条纹条纹 由于某种由于某种波长干涉相消波长干涉相消而呈现它的而呈现它的互补色互补色 这种现象叫这种现象叫（显）色偏振（显）色偏振如如 红色红色（656.2 nm）相消相消 出现出现绿色绿色（492.1nm）蓝色蓝色（485.4nm）相消相消 出现出现黄色黄色（585.3 nm）17硫代硫酸钠晶片的色偏振图片硫代硫酸钠晶片的色偏振图片18色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法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可以分析物质内部的某些结构偏光显微术偏光显微术19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20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21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22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23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24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25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26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27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28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29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30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31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32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33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34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35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演示演示完完36四、偏振状态的检验四、偏振状态的检验第一步：用偏振片旋第一步：用偏振片旋 观察出射光强变化观察出射光强变化 将将5种偏振态分成种偏振态分成3组组 线偏振光线偏振光自然光自然光 圆偏振光圆偏振光部分偏振光部分偏振光 椭圆偏振光椭圆偏振光37第二步：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用四分之一波片区分椭圆偏振光和部分偏振光椭圆偏振光椭圆偏振光思考：思考：如何保证四分如何保证四分之一波片的光之一波片的光轴与产生椭圆轴与产生椭圆偏振光的波片偏振光的波片光轴平行或垂光轴平行或垂直？直？会出现消会出现消光现象光现象385人工双折射人工双折射一、应力双折射一、应力双折射二、电致双折射二、电致双折射三、磁致双折射三、磁致双折射39人为地造成各向异性人为地造成各向异性 而产生双折射而产生双折射一、应力双折射一、应力双折射(光弹效应光弹效应)应力应力各向异性各向异性在一定应力范围内：在一定应力范围内：P1P2 dFSF干涉干涉有机玻璃有机玻璃C v 各向不同各向不同 n各向不同各向不同40各处各处 不同不同各处各处 不同不同出现干涉条纹出现干涉条纹 变变 变变干涉情况变干涉情况变模模型型的的光光弹弹图图象象钓钓钩钩的的光光弹弹图图象象演演示示41二、电致双折射二、电致双折射(电光效应电光效应)1.克尔效应克尔效应(二次电光效应二次电光效应)45 P2盒内充某种液体盒内充某种液体 如硝基苯（如硝基苯（C6H5NO2）l+-克尔盒克尔盒dP145 不加电场不加电场液体各向同性液体各向同性P2不透光不透光 加电场加电场液体呈单轴晶体性质液体呈单轴晶体性质光轴平行电场强度方向光轴平行电场强度方向 P2透光透光42由于折射率改变与电场强度是平方关系由于折射率改变与电场强度是平方关系故克尔效应也叫故克尔效应也叫二次电光效应二次电光效应k 克克尔尔常常数数 U 电压电压相位差为相位差为：此时对应的电压此时对应的电压U 叫半波电压叫半波电压 P2透光最强透光最强克尔盒相当于半波片克尔盒相当于半波片折射率改变与电场强度的关系是折射率改变与电场强度的关系是:当当432.泡克尔斯效应泡克尔斯效应(一次电光效应一次电光效应)。电光晶体电光晶体+。-P1P2KK 泡克尔斯盒泡克尔斯盒 不加电场不加电场 P2 不透光不透光 加电场加电场晶体变双轴晶体晶体变双轴晶体原光轴方向附加了双折射效应原光轴方向附加了双折射效应P2 透光透光电场与光传播方向平行电场与光传播方向平行透明电极透明电极K和和K光沿光轴方向传播光沿光轴方向传播单轴晶体单轴晶体44no o光在晶体中的折射率光在晶体中的折射率相位差：相位差：r 电光常数电光常数 时时 P2 透光最强透光最强 常用的电光晶体是常用的电光晶体是 KH2PO4（KDP）NH4H2PO4（ADP）等等U 电压电压激光调激光调Q 超高速开关（响应时间小于超高速开关（响应时间小于10-9s）数据处理数据处理显示技术显示技术应用应用：45三、磁致双折射三、磁致双折射科顿科顿穆顿效应：穆顿效应：某些透明液体在磁场某些透明液体在磁场H作用下变为各向异性作用下变为各向异性HC二次效应二次效应磁场很强磁场很强 才能观察到才能观察到性质类似于单轴晶体性质类似于单轴晶体 光轴平行磁场光轴平行磁场46 6 旋光现象旋光现象 一、物质的旋光性一、物质的旋光性 二、菲涅耳对旋光性的解释二、菲涅耳对旋光性的解释 三、三、量糖术量糖术 四、四、磁致旋光磁致旋光47一、物质的旋光性一、物质的旋光性1811年年 法国物理学家法国物理学家阿喇果阿喇果发现发现线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时线偏振光沿光轴方向通过石英晶体时其振动面发生旋转其振动面发生旋转 称为称为旋光现象旋光现象 旋光物质旋光物质 l光轴光轴氯酸钠、乳酸、松节油、糖的氯酸钠、乳酸、松节油、糖的水溶液等也都具有旋光性水溶液等也都具有旋光性48 a 旋光率旋光率旋转的角度：旋转的角度：旋光物质旋光物质 l光轴光轴旋光率旋光率 a 与旋光与旋光物质物质和入射和入射波长波长有关有关 对于溶液对于溶液 还和旋光物质的还和旋光物质的浓度浓度有关有关物质的物质的旋光性旋光性和物质原子排列和物质原子排列结构结构有关有关同一种物质可以有同一种物质可以有左旋体左旋体和和右旋体右旋体它们的原子排列互为它们的原子排列互为镜像对称镜像对称 称为称为同分异构体同分异构体49二、菲涅耳对旋光性的解释二、菲涅耳对旋光性的解释 基本认识基本认识:线偏振光可看作是线偏振光可看作是 同频率同频率 等振幅等振幅 有确定有确定相位差的左相位差的左(L)、右、右(R)旋圆偏振光的合成旋圆偏振光的合成EELERO 光通过旋光物质后光通过旋光物质后相位会滞后相位会滞后50在出射面上在出射面上：设入射时设入射时L、R 初相为初相为0ELERE入射面入射面(a)旋光物质长为旋光物质长为l出射面出射面(b)ELERE R L 同一时刻同一时刻光通过光通过左旋左旋物质物质L和和R电矢量合成的线偏振光向左偏离电矢量合成的线偏振光向左偏离初始状态初始状态 此物质为左旋体此物质为左旋体51由图示由图示：令令 旋光率旋光率(a)(b)l出射面出射面(b)ELERE R L ELERE入射面入射面(a)与与 nR nL 有关有关52三、三、量糖术量糖术“量糖计量糖计”可分析旋光（同分）异构体的成分可分析旋光（同分）异构体的成分例如：例如：广泛用在化学和制药等工业中广泛用在化学和制药等工业中氯霉素天然品为左旋氯霉素天然品为左旋 合成品为左右旋各半合成品为左右旋各半称合霉素称合霉素 其中只有左旋有疗效其中只有左旋有疗效分离出左旋品（左霉素）分离出左旋品（左霉素）疗效同天然品疗效同天然品用量糖术可用量糖术可对旋光溶液有对旋光溶液有C 溶液的浓度溶液的浓度 a C=a 溶液的旋光率溶液的旋光率 =a C l a 溶液的比旋光率溶液的比旋光率53四、磁致旋光四、磁致旋光 l磁致旋光物质磁致旋光物质B旋转的角度旋转的角度 V 费德尔常量费德尔常量水水 二硫化碳二硫化碳食盐食盐 乙醇乙醇都是磁致旋光都是磁致旋光物质物质 对对自然自然旋光物质旋光物质 振动面的左旋或右旋振动面的左旋或右旋 是由旋光是由旋光物质本身物质本身决定的决定的 与与光的传播方向无关光的传播方向无关 54 对对磁致磁致旋光物质旋光物质 振动面的左旋或右旋振动面的左旋或右旋 与光的传播方向与光的传播方向是是沿沿磁感强度方向磁感强度方向 还是还是 逆逆着磁感强度方向着磁感强度方向有关有关 光光沿沿着磁感强度方向与着磁感强度方向与逆逆着着 振动面旋向相反振动面旋向相反 对对自然自然旋光物质旋光物质 振动面的左旋或右旋振动面的左旋或右旋 是由旋光是由旋光物质本身物质本身决定的决定的 与与光的传播方向无关光的传播方向无关 55反射镜反射镜入射光入射光 左旋左旋反射镜反射镜反射光反射光 左旋左旋自然旋光物质自然旋光物质自然旋光物质自然旋光物质56 对磁致旋光物质对磁致旋光物质反射镜反射镜反射光反射光 右旋右旋 B反射镜反射镜入射光入射光 左旋左旋B磁性旋光物质磁性旋光物质利用上述性质可做出光隔离器利用上述性质可做出光隔离器57光隔离器：光隔离器：应用：应用：研究物质结构研究物质结构测电流和磁场测电流和磁场磁光调制磁光调制 BPM 磁致旋光物质磁致旋光物质这样可以消除反射光的干扰这样可以消除反射光的干扰令令 =45 则则 2 =90 反射光通不过反射光通不过P第第5章结束章结束