物理光学-第十四章光的偏振和晶体光学基础课件.ppt

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1,二、光学系统的分辨本领,（,Resolving power of an optical system,）,光学系统的分辨本领是指光学系统分辨细微结构的能力。,L,S,1,S,2,S,1,S,2,d,2,L,S,1,S,2,S,1,S,2,L,S,1,S,2,S,1,S,2,3,1,、瑞利判据（,Rayleighs criterion,）,1,0.81,当一个象点的衍射光斑主极大和另一个像点的衍射的第一极小值重合时，两个像点刚好被分开。,6,（,3,）显微物镜的分辨本领,S,1,S,2,S,1,S,2,D,2u,l,显微物镜,12.5,衍射光栅,一、衍射光栅种类和光栅方程,二、光栅的色散和自由光谱区,10,第十三章 光的偏振,光的偏振性:,纵波：振动方向/传播方向,横波：振动方向 传播方向,光的横波偏振性,在垂直传播方向的平面内，有各种不同的振动状态。,光的偏振态(polarization state),E,v,o,H,131 偏振光概述,一、自然光(natural light)：,光沿某一方向传播时，在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向振动的光矢量都有，且各方向光振动的振幅都相等，这种光称为自然光。,二、线偏振光(linear polarization)：,光矢量在垂直传播方向的平面内，只沿一个固定方向振动，这种光称为线偏振光（面偏振光）。,.,.,.,.,.,.,偏振面,：传播方向与振动方向(矢量)组成的平面。,偏振光表示：,偏振面,C,偏振面,C,部分偏振光(partial polarezation)：,在垂直传播方向的平面内，光矢量 在某一方向振动较强，而垂直该方向的振动较弱。,在垂直于传播方向的平面内，光矢量按一定的频率旋转，,若光矢量振幅不变，矢端扫出轨迹是圆,圆偏振光,若光矢量振幅不断改变，矢端扫出轨迹是椭圆,椭圆偏振光,顺时针转动右旋光,逆时针转动左旋光,y,y,x,z,传播方向,/2,x,某时刻,右旋,圆偏振光,E,随,z,的变化,E,0,15,两个频率相同、振动方向垂直的单色光波的叠加,合振动的大小和方向随时间变化，合振动矢量末端运动轨迹方程为：,2a,1,2a,2,Ey,Ex,y,16,椭圆形状的分析：,任意取向的椭圆偏振光,椭圆偏振光,线偏振光,线偏振光,17,右旋光与左旋光,1,、右旋光：迎着光的传播方向观察，合矢量,顺时针,方向旋转。,2,、左旋光：迎着光的传播方向观察，合矢量,逆时针,方向旋转。,任意一个偏振光都可表示为,:,a.,光矢量互相垂直,b.,沿同一方向传播且位相差恒定,的两个线偏振光的合成。,可分解为任意两个方向互相垂直、振幅相等，没有任何相位关系的光矢量分量（偏振光）。,自然光？,三如何检验,光的横波性,1）机械波的横波性的检验,2）光波的横波性的检验（偏振片）,1）自然光通过偏振片后的光强度,若入射的自然光强为：,自然光,旋转偏振片P一周，出射光强均为：,四、不同偏振状态的光通过偏振片,若入射的部分偏振光强为,旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：,与 的振动方向互相垂直,，没有消光现象出现,部分偏振光,2）部分偏振光通过偏振片后的光强度,部分偏振光的总光强,偏振度：,时，为自然光,时，是线偏振光,注意：,与 是所有线偏振光在这两个互相,垂直方向上的投影分量的非相干叠加。,3）圆偏振光通过偏振片后的光强度,若入射光强为：,旋转偏振片P一周，,出射光强不变化,圆偏振光,4）线偏振光通过偏振片后的光强度,若入射的线偏振光强为：,旋转偏振片P一周，,出射光强的变化为：,线偏振光,存在一个消光方向,在垂直 P 的透振方向上,马吕斯定律,称上式为马吕斯定律,注意：,只适用于线偏振光,由于：,就有：,26,验证马吕思定律的实验装置：,自然光,(Natural light),起偏器,(Polarizer),检偏器,(Analyser),P1,P2,Ecos,光电接收器,(Photoelectric receiver),27,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强变化情况,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强变化情况,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强变化情况,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强变化情况,.,.,.,.,.,起偏器,检偏器,自然光,线偏振光,偏振光通过旋转的检偏器，,光强变化情况,消光比：最小透射光强和最大透射光强之比。,例1 自然光 通过偏振化方向互相垂直的偏振片 。如果在 间平行插入另一偏振片 ，与 偏振化方向夹角 ，求：,（1）透过 后的光强？,（2）定性画出光强随 的函数曲线，转动一周，通过光强出现几次极大和极小值？,解（1）,（2）偏振片旋转一周，通过 光强出现4次极大，,4次极小。,35,五,偏振光的产生,（,Production,of,polarized light,）,1.Polarization by reflection,2.Polarization by transmission,3.Polarization by selective absorption,4.Polarization by scattering,5.Polarization by double refraction,主要方法：反射和折射、二向色性、散射、双折射,132 光在晶体中的传播,光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射光，这种现象称为,双折射(Double Refraction),。,一、晶体(Crystal)的双折射(Birefringence)现象,1.双折射现象,37,38,2.,寻常光（,Ordinary light,o,光）,和,非寻常光,（,Extraordinary light,e,光）,说明：,1,o,光和,e,光与晶体密不可分,2,折射定律的含义,A.折射角的关系，B.入射光线和折射光线与法线同在一个平面。,两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻常光（o光）；另外一束,一般,不遵守折射定律，称为非寻常光（e光）。,折射定律有两个含义：,39,二、晶体特性,方解石晶体（,Calcite-CaCO,3,）,顿隅,40,1,、光轴,(Optical axis),：,在双折射晶体中存在一个特殊的,方向，当光束在这个方向传播时不发生双折射，此,方向,称为晶体的光轴。一般记为zz,即沿着z轴方向。,在光轴方向上，o 光和 e 光都遵守折射定律。,41,2,、主平面,(Principal plane),和主截面,(Principal section),：,主平面,：光线和光轴所组成的平面。,o,光主平面,：,o,光和晶体光轴组成的面为,o,光,主平面。,o,光振动方向垂直于,o,光,主平面。,e,光主平面,：,e,光和晶体光轴组成的面为,e,光,主平面。,e,光振动方向平行于,e,光,主平面。,42,主截面,(Principal section),：,包含,光轴并与晶体表面垂直的平面。,光线在一般情况下入射晶体，,o,光和,e,光是不同面的。,n,n,当入射光在主截面内时，,o,光,e,光主平面与主截面重合。,43,3,晶体的分类（,Types of crystal,）：,各向同性晶体（,Isotropic crystal,）：,不产生双折射现象。如：,NaCl,双折射晶体（,Anisotropic crystal,）：,单轴晶体（,Uniaxial,）：只有一个光轴方向的晶体。如：方解石,(Calcite),、石英,(Quartz),。,双轴晶体（,Biaxial,）：有两个光轴方向的晶体。,如：云母,Mica),等。,44,4,单轴晶体中波的传播：,x,y,z(,光轴,),晶体中的波面,(a)O光,(b)e光,46,5,正负晶体：,Vo,Ve,时为正晶体,(Positive crystal),；,Vo,Ve,时为负晶体,(Negative crystal),。,正晶体：,n,o,n,e,，,e,光波面（椭球面）在,o,光波面（球面）之内。,负晶体：,n,o,n,e,，,o,光波面（球面）在,e,光波面（椭球面）之内。,Optical axis,e,光,光轴,o,光,e,光,o,光,光轴,47,图1-a）光线在晶体主截面内倾斜入射时的双折射现象,（光轴在入射面内）,三、用惠更斯原理解释双折射现象(以方解石为例）,48,图2,光轴,optical axis,e,e,A,o,A,A,o,A,入射光(,Incident ray,),E,O,E,O,光线垂直入射时的双折射现象,49,图2-a),e,e,A,o,A,A,o,A,O,E,O,E,入射光(Incident ray),光轴,optical axis,光线垂直入射时的双折射现象,(晶体表面垂直于光轴),50,图2-b-1),e,e,A,o,A,A,o,A,O,E,O,E,入射光(Incident ray),光轴,optical axis,光线垂直入射时的双折射现象,(晶体表面平行于光轴),51,图2-b-2）,e,e,A,o,AA,o,A,O,E,O,入射光(,Incident ray,),光轴,optical axis,光线垂直入射时的双折射现象,(晶体表面平行于光轴),52,图1-b）、光线倾斜入射时的双折射现象,（光轴垂直于入射面）,例1、一束平行的钠黄光以50,的入射角从空气射到方解石制成的厚度为4.20cm的平行平板的上表面上。设光轴与平板表面平行，并垂直入射面，试求o光和e光射到平板下表面时两光束的分离量。已知对钠黄光方解石的n,o,=1.65836,n,e,=1.48641。,133 晶体偏振器件,偏振器件,：波片和偏振棱镜,e,e,A,o,A,A,o,A,O,E,O,E,入射光(Incident ray),光轴,optical axis,1、1/4波片,2、1/2波片,3、全波片,一、波片,偏振光经,/4片后偏振态的变化,（1）,（2）,A,=0,B,=0+/2,（3）,A,=-/2,B,=-/2+/2=0,（4）,A,=-/2,B,=-/2+/2=0,（5）0,A,/2 /2,B,（6）-,/2,A,0 0,B,/2,偏振光经,/2片后偏振态的变化,（1）,A,=0,B,=0+=,（2）,A,=-/2,B,=-/2+=,/2,（3）,A,=-/2,B,=-/2+=/2,（4）0,A,/2 ,B,3/2,（5）-,/2,A,0 /2,B,o,e,二、偏振棱镜,1、用作偏振器的棱镜,格兰棱镜,格兰,傅科,棱镜,洛匈棱镜,渥拉斯顿棱镜,13.4 偏振光的干涉,一、偏振光的干涉强度,P,1,P,2,45,