圆及椭圆偏振光的获得和检验市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

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,*,5.6,圆及椭圆偏振光取得和检查,利用波片相位延迟作用，使得从其中出射两列振动相互垂直光波之间有一定相位差。,这两列光合成，使得出射光含有不同偏振态。,合成光偏振态取决于它们之间相位差,第1页,第1页,一、自然光通过波晶片,自然光可正交分解。,每一个分量都含有相位随机多列波。,在晶体中分为互相正交,o,光、,e,光。,通过波片后，每一个分量仍然是相位随机多列波。,因此，,正交分量合成后，仍是自然光,不考虑波片吸取，光强不变。,第2页,第2页,自然光经波晶片,仍然是自然光,第3页,第3页,y,二、平面,(,线,),偏振光经波晶片,在波片中分为正交,e,光、,o,光，,0,=0,，,出射后，产生额外相位差,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,z,第4页,第4页,1,、通过,1/4,波片,产生,/2,额外相位差,y,为快轴,右旋椭圆偏振光,y,为快轴,左旋椭圆偏振光,第5页,第5页,例：线偏光通过方解石（负晶体）,e,轴,o,轴,x,y,y,为慢轴,e,轴,o,轴,x,y,y,为快轴,都是左旋,与坐标系取法无关,快轴就加，慢轴就减！,第6页,第6页,线偏振光通过,1/4,波片也可取得圆偏振光,假如入射光,电矢量与光轴间夹角为,45,o,则通过波片后,是左旋或右旋圆偏振光,第7页,第7页,2,、通过,1/2,波片,产生,额外相位差,出射光间相位差是,，或者,0,，还是平面偏振光,由于反相，电矢量振动方向反转。,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,入射,出射,入射,出射,第8页,第8页,三、圆偏振光通过波片,入射光两正交分量间相位差是,/2,通过,1/4,波片，产生,/2,额外相位差,出射光，正交分量间相位差是,0,，,变为平面偏振光，电矢量与光轴成,45,o,角,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,1,、通过,1/4,波片,第9页,第9页,2,、通过,1/2,波片,通过,1/2,波片，产生,额外相位差,还是圆偏振光，但是由于反相，旋转方向相反,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,第10页,第10页,四、椭圆偏振光通过波片,入射光，正交分量间有任意固定相位差,通过波片，产生额外相位差，出射光为,相位差仍是固定任意值，仍是椭偏光,e,轴,o,轴,x,y,第11页,第11页,P191,第12页,第12页,1,、椭圆偏振光通过,1/2,波片,产生,额外相位差，反相,造成旋转方向相反,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,第13页,第13页,2,、椭圆偏振光通过,1/4,波片,产生,/2,额外相位差，需要依据入射分量间相位差作详细分析,e,轴,o,轴,x,y,e,轴,o,轴,x,y,第14页,第14页,五、波片相位延迟,同一个晶体波片，当厚度不同时，对偏振态改变不同,例，方解石1/4波片,o,光比,e,光滞后,因此，,1/4,波片不但要标注所合用波长，还要标注光程差是,1/4,波长，还是,3/4,波长。要指出哪个方向是,快轴,。,第15页,第15页,各种偏振光通过,/4,波片,后偏振态,入射光,/4波片位置,出射光,线偏振光,e,或,o,光轴与波片偏振方向一致；,e,或,o,光轴与波片偏振方向成,45,;,其它位置。,线偏振光,圆偏振光,椭圆偏振光,圆偏振光,任何位置,线偏振光,椭圆偏振光,e,或,o,光轴与波片同椭圆主轴一致,其它位置,线偏振光,椭圆偏振光,O,光轴,e,光轴,/4,波片,第16页,第16页,光偏振态鉴定,1,、使用线检偏器，可鉴定,平面,(,线,),偏振光,旋转检偏器，观测透射光强度改变,自然光：光强不变,圆偏振光：光强不变,平面偏振光：光强改变，在某一角度消光,部分偏振光：光强改变，但不消光,椭圆偏振光：光强改变，但不消光,第17页,第17页,2,、进一步鉴定,先让光通过,1/4,波片,!,自然光：仍是自然光,圆偏振光：变为平面偏振光,部分偏振光：仍是部分偏振光,椭圆偏振光：仍是椭圆偏振光，当光轴与椭圆长短轴重叠，能够得到平面偏振光。,再通过线检偏器，能够将自然光与圆偏振光判别；部分偏振光与椭圆偏振光判别。,第18页,第18页,偏振态鉴定,偏振态,偏振片，透振方向绕光束旋转,先通过1/4波片，再通过偏振片,自然光,光强不变,光强不变(鉴定),圆偏振光,光强不变,光强改变，出现消光(鉴定),平面偏振光,光强改变，在某一角度消光(鉴定),部分偏振光,光强改变，但不消光,光强改变，但不消光,椭圆偏振光,光强改变，但不消光,转动1/4波片和偏振片，出现消光(鉴定),P196,第19页,第19页,例题：,平行自然光相继垂直照射到一透明物,P,和一个四分之一波片,Q,上，无论,P,和,Q,如何绕,OO,旋转，总能够在,Nicol,棱镜,N,后得到一个消光位置。问：,1),入射到,Q,上说什么光？,2)P,为何物？,Q,P,N,O,O,第20页,第20页,5.7,平行偏振光干涉,产生干涉三个必要条件,线偏振光通过波晶片后可分成,o,光，,e,光。它们是两束光矢量,互相垂直,、频率相同、位相差恒定光,普通合成为椭圆偏振光。,不会产生干涉！,能否采用把两束光矢量互相垂直光，改造成振动面互相平行光？,分振动面法（分波前法、分振幅法）,第21页,第21页,偏振片,一、干涉装置及各光学元件作用,作用是将自然光改造成线偏振光。,波片作用:1)分振动面把线偏振光分成振动相互垂直，振幅不同o光和e光；2)是产生固定位相差,偏振片,双折射晶体,作用是使参与干涉两光矢量振动方向相同，从振,动面互相垂直两束光中,取出,与它透振方向相同分量,和 ，使他们相遇时产生干涉,第22页,第22页,1,、电矢量分解,P197,第23页,第23页,2、相位差拟定,除了波晶片产生相位差之外，还要考虑在坐标系中偏振片取向而产生相位差,双折射晶体产生相位差,偏振片取向而产生相位差,E,o2,与,E,e2,之间总相位差,P198,波片光轴在,P,1,P,2,之间,，,-,之外,，,0,第24页,第24页,3,、两种特例,1).,两偏振片,互相垂直,，且与,波晶片,光轴成,45,o,角,第25页,第25页,2).,两偏振片,互相平行,且与波晶片光轴成,45,o,角,第26页,第26页,二、讨 论,在 相同条件下，两偏振片,平行和正交时，两者总相位差为,。,这两种情况干涉光强互补，即,若两偏振片正交，光强最大即,此时位相差正好使两偏振片平行时光强为最小值,转动,使 由正交变为平行,接受屏光强将由,最大,变为,消光,第27页,第27页,三、偏振光干涉现象,1、厚度均匀晶体，屏上照度均匀,1)单色光入射，转动晶体，振幅改变，光强改变；若引发相位差，屏上光强突变，亮暗位置互换。,2)白光入射，不同波长光，相位差不同，因而光强也不同，屏上展现彩色，转动晶体，光强改变，色彩改变，显色偏振.,第28页,第28页,显色偏振现象,偏振片,偏振片,双折射晶体,显色偏振,转动各个元件,振幅逐步改变，相位差突变,黄与蓝,;,绿与红均为互补色。如白光中少了黄光屏上呈现蓝色,第29页,第29页,2,、厚度不均匀晶体,经过不同厚度（尖劈状）光，相位差不同，屏上展现干涉条纹（等厚）。,白光入射，会出现彩色条纹,若波片不规则，则屏上出现不规则彩色花纹，转动任意元件花纹都会随之而改变。,第30页,第30页,汇聚偏振光干涉,第31页,第31页,5.8,人工双折射,一些各向同性透光介质，比如玻璃、塑料，当内部有应力时，就是各向异性，也会产生双折射效应,利用偏振光干涉装置，能够观测到干涉条纹或者显色偏振现象。,能够用作应力分析。,能够用塑料制成金属部件形状，则可用于分析金属部件内部应力。,一、光测弹性,第32页,第32页,玻璃内部应力,Visualisation of Strain in a glass blank(here a 200mm f/2.5 telescope mirror)using a,Polarizer,in front of a LCD monitor.,第33页,第33页,有机玻璃由于应力显色偏振,A picture of plastic utensils created using photoelasticity,第34页,第34页,光测弹性实例,Tension lines in plastic protractor seen under cross polarized light.,第35页,第35页,试验证实晶体主折射率差正比于物体内部,应力,P,其中,K,为百分比系数,假如应力分布均匀，经过它不同部分o光e光都有相同相位差,假如,P,不均匀由其后将能观测到干涉条纹,第36页,第36页,二、电光效应,1.Kerr效应,一些各向同性物质，在外电场作用下，含有双折射特性，这是一个电光效应,(Kerr electro-optic effect,or DC Kerr effect),电场中介质中光波沿两个方向偏振，含有不同折射率，感生折射率差n与电场成二次方关系（二阶电光效应）,第37页,第37页,溶液,Kerr,效应,硝基苯,克尔盒,电极,K,：,Kerr,常数,光轴,外电场,原理？光学上各向同性,异性,第38页,第38页,Kerr,常数,有不尽相同表示,它与介质、波长、温度相关,材料,B,589.3nm,/e.s.u.,K,589.3nm,/mV,-2,苯,C,6,H,6,0.6710,-14,二硫化碳,CS,2,1.2310,-7,3.5610,-14,水,H,2,O,4.710,-7,5.2210,-14,硝基甲苯,C,7,H,7,NO,2,1.3710,-12,硝基苯,C,6,H,5,NO,2,34610,-7,2.44,10,-12,三氯甲烷,CHCl,3,-3.9010,-14,第39页,第39页,电光效应应用,1.,激光光强调制,激光特点是稳定，但要用于光通信，必须加载信号，对光强进行调制，尤其是量子通讯。,电光晶体,信号源,线性区,调制电信号,交变输出光强,第40页,第40页,电光效应应用,2.,高速光闸,（,开关,）,电光晶体以及含有电光效应溶液对电场响应时间很短,10,-12,s,，在这一时间内能够达到半波电压,打开或截止光路,光（或量子）计算机应用！,第41页,第41页,5.9,旋光现象,一、自然旋光,石英晶体中，线偏光沿着光轴传播，电矢量振动面旋转,百分比系数,称为旋光率,光轴,不但与物质相关，还与波长。这种现象称为,旋光色散,除石英外，在蒸汽和液态物质也含有此现象,18阿喇果,第42页,第42页,旋光异构体,同一个晶体含有不同旋光方向，,称为旋光异构体,酒石酸晶体旋光异构体,石英旋光异构体,dextro,levo,第43页,第43页,Fresnel,对旋光唯象解释,线偏光能够看作是两列同方向传播、旋转角速度相同、方向相反圆偏振光合成。,第44页,第44页,在旋光介质中，左旋和右旋圆偏振光传输速度不同，即它们折射率不同，分别是nL和nR，,在晶体中，经过距离d后，相位滞后分别为,即相对于本来电矢量分别转过,-,R,和,-,L,，造成合成后线偏光振动面旋转。,第45页,第45页,出射点相位比入射点相位要滞后,也就是说，电矢量尚未转到入射点方位，即相称于反向旋转,入射点,出射点,出射点,第46页,第46页,二、溶液旋光性,蔗糖溶液含有旋光性，与浓度,N,相关,比旋光率,第47页,第47页,三、人工旋光,磁致旋光,(,magneto-effect),线偏光通过处于磁场中,介质,后，电矢量振动面旋转,法拉第效应（,Faraday effect,）,V,：,Verdet,常数,，,与介质、波长、温度相关,。,光沿磁场传播时,正值表示左旋,电流,I,第48页,第48页,第49页,第49页,假如光沿着磁场传播电矢量左旋，则逆着磁场传播电矢量右旋,光通过介质左旋,，被反射回来再通过介质，右旋,，共转过,2,。,旋转方向与光传播方向相关,第50页,第50页,磁致旋光应用,单通光闸：旋转方向与磁场方向相关,第51页,第51页,自动控制溶液浓度,光电探测器,量糖术,第52页,第52页,光通信,使激光电矢量振动面偏转，再通过偏振片对光强进行调制,交变信号源,i,第53页,第53页,四、磁光克尔效应,Magneto-optic Kerr effect(MOKE),被磁性介质反射光，其,偏振态,发生改变,假如介质磁性改变，对光,反射率,也相应改变,依据介质磁矩相对于入射面取向，分为三种,光入射面,材料表面,极向,MOKE,纵向,MOKE,横向,MOKE,第54页,第54页,反射光偏振态改变,反射光偏振态与介质磁化方向相关。,让反射光通过偏振片，介质磁化方向改变，透射光强亦相应改变。,偏振片,偏振片,数字信号,1,数字信号,0,第55页,第55页,入射光对介质进行磁化,光是电磁场，光强足够大时，能够改变介质磁化方向,由于激光束能够细聚焦，且强度较大，可用作磁光统计,半导体激光器,聚焦透镜,磁（光）介质,1,0,1,1,0,1,0,1,0,第56页,第56页,磁光存储、磁光盘,第57页,第57页,线性区,调制电信号,交变输出光强,第58页,第58页,