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1、上海交通大學上海交通大學 物理系物理系第十五章第十五章光的偏振光的偏振n自然光與偏振光自然光與偏振光n反射光的偏振、布儒斯特定律反射光的偏振、布儒斯特定律n晶體的雙折射晶體的雙折射n橢圓偏振光橢圓偏振光n偏振光的干涉偏振光的干涉n旋光性旋光性本章提要本章提要1，2，3，7，8，上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.1自然光與偏振光自然光與偏振光n光的偏振狀態(tài)的分類光的偏振狀態(tài)的分類n偏振度偏振度Pn馬呂斯定律馬呂斯定律本節(jié)提要本節(jié)提要上海交通大學上海交通大學 物理系物理系光矢量光矢量電磁波中引起生理作用的主要是電磁波中引起生理作用的主要是電場矢量，故稱電場矢量為光矢量。電場矢量，故稱電場

2、矢量為光矢量。光矢量：光矢量：用用 E 表示表示光矢量振動方向的狀態(tài)稱光矢量振動方向的狀態(tài)稱光的偏振態(tài)光的偏振態(tài)光的偏振狀態(tài)的分類光的偏振狀態(tài)的分類光的偏振狀態(tài)可分為三類：自然光（非偏光的偏振狀態(tài)可分為三類：自然光（非偏振光）、完全偏振光和部分偏振光。振光）、完全偏振光和部分偏振光。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系自然光（非偏振光）自然光（非偏振光） 光源上一個原子一次發(fā)出的是一個線偏振光源上一個原子一次發(fā)出的是一個線偏振光波列，持續(xù)時間約光波列，持續(xù)時間約10-8秒。秒。在在10-8秒的時間內(nèi)大量波列合成的光波可以秒的時間內(nèi)大量波列合成的光波可以是偏振的，但是它以完全無規(guī)的方式迅速變是

3、偏振的，但是它以完全無規(guī)的方式迅速變化著。化著。各原子是獨立地、隨機地發(fā)光的。光矢量各原子是獨立地、隨機地發(fā)光的。光矢量的大小、方向、初位相等等也是隨機的。的大小、方向、初位相等等也是隨機的。在我們觀察的時間在我們觀察的時間 t內(nèi)內(nèi),在哪個方向都不占優(yōu)在哪個方向都不占優(yōu)勢了，它們對其傳播方向形成軸對稱分布。勢了，它們對其傳播方向形成軸對稱分布。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系zxy自然光及其表示法自然光及其表示法zxy自然光及其表示法自然光及其表示法平均說來這種大量的振幅相同、振動方向任意、彼平均說來這種大量的振幅相同、振動方向任意、彼此沒有固定相位關系的光振動的組合叫自然光。此沒有固定

4、相位關系的光振動的組合叫自然光。沒有優(yōu)勢方向沒有優(yōu)勢方向自然光的分解自然光的分解Ex 和和 Ey 無固定關系無固定關系: :它們是彼此獨立的振動它們是彼此獨立的振動, ,yxEE 方方向向選選擇擇無無關關與與yx,總光強總光強 yxyxIIIII22 非相干疊加非相干疊加上海交通大學上海交通大學 物理系物理系偏振光偏振光( (完全偏振光完全偏振光) ) 光矢量光矢量)cos()cos(00yyyxxxyxkztEEkztEEyExEE 設光矢量沿設光矢量沿 z方向傳播方向傳播.上海交通大學上海交通大學 物理系物理系zxy0線偏振光及其表示法線偏振光及其表示法光振動垂直于紙面光振動垂直于紙面振動

5、面振動面面對光的傳播方向看面對光的傳播方向看 光振動垂直板面光振動垂直板面光振動平行板面光振動平行板面光矢量（光矢量（ ）只在一個固定）只在一個固定平面內(nèi)沿單一方向振動的光平面內(nèi)沿單一方向振動的光叫線偏振光（也稱平面偏振叫線偏振光（也稱平面偏振光）。光）。E光振動方向與傳播方向決定光振動方向與傳播方向決定的平面稱為振動面的平面稱為振動面. 線偏振光的表示法：線偏振光的表示法：上海交通大學上海交通大學 物理系物理系線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解: : sincosEEEEyx依賴于依賴于x, yx, y方向的選取方向的選取對線偏振光對線偏振光 , 0 xyE

6、EyEx yx 光的偏振性說明了光的偏振性說明了: : 光是橫波光是橫波上海交通大學上海交通大學 物理系物理系橢圓偏振光橢圓偏振光( (橢圓偏振光橢圓偏振光)光矢量在垂直傳播方向的平面內(nèi)，按一定頻率旋轉(zhuǎn)光矢量在垂直傳播方向的平面內(nèi)，按一定頻率旋轉(zhuǎn)（左旋或右旋）、光矢量的矢端軌跡是個圓（或橢（左旋或右旋）、光矢量的矢端軌跡是個圓（或橢圓）的光稱圓（或橢圓）偏振光。圓）的光稱圓（或橢圓）偏振光。規(guī)定規(guī)定：迎著光線看，：迎著光線看，光矢量順時針轉(zhuǎn)的稱光矢量順時針轉(zhuǎn)的稱右旋右旋圓偏振光圓偏振光( (或橢圓偏振光或橢圓偏振光) )；右旋圓右旋圓偏振光偏振光右旋橢圓右旋橢圓偏振光偏振光光矢量逆時針轉(zhuǎn)的稱光

7、矢量逆時針轉(zhuǎn)的稱左旋左旋圓偏振光圓偏振光 或或( (橢圓偏振光橢圓偏振光) )。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系某一時刻某一時刻右旋右旋圓偏振光圓偏振光 E隨隨 z的變化的變化傳播方向傳播方向zyxy /2上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 圓偏振光圓偏振光:00,2yxxyEE 且 22 Ey領先領先-右旋右旋Ex領先領先-左旋左旋兩束振動方向相互垂直、位相差兩束振動方向相互垂直、位相差 、傳播方向一致、且振幅相等的線偏振光疊加，傳播方向一致、且振幅相等的線偏振光疊加，就是圓偏振光。就是圓偏振光。2 反過來，一束圓偏振光也可以分解為這樣兩束反過來，一束圓偏振光也可以分解為這樣兩束線

8、偏振光。線偏振光。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 橢圓偏振光橢圓偏振光:0022, 0yxxyxyEE ，但，但或或 橢圓偏振光的強度是這兩束線偏振光強度的橢圓偏振光的強度是這兩束線偏振光強度的非相干疊加。非相干疊加。 橢圓偏振光是兩束振動方向相互垂直、傳播橢圓偏振光是兩束振動方向相互垂直、傳播方向一致、位相差恒定的線偏振光疊加而成的。方向一致、位相差恒定的線偏振光疊加而成的。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系部分偏振光部分偏振光彼此無固定相位關系、振動方向任意、不同方向上彼此無固定相位關系、振動方向任意、不同方向上振幅不同的大量振幅不同的大量光振動的組合光振動的組合, ,稱部分偏

9、振光，稱部分偏振光，它它介于自然光介于自然光與線偏振光之間。與線偏振光之間。xyz部分偏振光及其表示法部分偏振光及其表示法垂直紙面的光振動較強垂直紙面的光振動較強在紙面內(nèi)的光振動較強在紙面內(nèi)的光振動較強部分偏振光的分解部分偏振光的分解部分偏振光部分偏振光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系偏振度偏振度 minmaxminmaxIIIIP 描寫部分偏振光的偏振程度的物理量是偏振度描寫部分偏振光的偏振程度的物理量是偏振度:自然光也稱為（完全）自然光也稱為（完全）非偏振光（非偏振光（P=0P=0）部分偏振光部分偏振光可看作是自然光和完全偏振光的可看作是自然光和完全偏振光的疊加疊加（0 0P P1

10、1）. .完全偏振光（完全偏振光（P=1）以上就是以上就是三種偏振光三種偏振光, , 五種偏振態(tài)五種偏振態(tài). .上海交通大學上海交通大學 物理系物理系起偏和檢偏起偏和檢偏一、起偏一、起偏 從自然光獲得偏振光叫從自然光獲得偏振光叫“起偏起偏”，相應的，相應的光學器件叫光學器件叫“起偏器起偏器”。起偏的原理起偏的原理: : 都是利用某種形式的不對稱性都是利用某種形式的不對稱性, ,如物如物質(zhì)的二向色性，質(zhì)的二向色性， 反射和折射，散射，雙折射反射和折射，散射，雙折射. .偏振片偏振片（PolaroidPolaroid） 是由自然光獲得線偏振光的平面片狀是由自然光獲得線偏振光的平面片狀器件，用器件，

11、用P P表示。表示。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系偏振片偏振片x yzz線柵起偏器線柵起偏器 入射入射電磁波電磁波非偏振光非偏振光線偏振光線偏振光光軸光軸電氣石晶片電氣石晶片利用晶體的二向色性利用晶體的二向色性( (對某一方對某一方向的光振動有強烈吸收向的光振動有強烈吸收) )起起偏偏, ,( (如把硫酸碘奎寧的針狀粉如把硫酸碘奎寧的針狀粉末定向排在透明的基片上末定向排在透明的基片上) )，用偏振片起偏用偏振片起偏, ,在忽略偏在忽略偏振片的吸收的情況下振片的吸收的情況下出射光強出射光強021II 也可以利用類似于也可以利用類似于導電線柵導電線柵的作用原的作用原理起偏理起偏(如把富含自

12、如把富含自由電子的碘附在拉由電子的碘附在拉伸的塑料薄膜上伸的塑料薄膜上)。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系檢偏檢偏用偏振器件分析、檢驗光束的偏振狀態(tài)稱用偏振器件分析、檢驗光束的偏振狀態(tài)稱“檢偏檢偏”。偏振片既可偏振片既可“起偏起偏”又可又可“檢偏檢偏”。設入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，設入射光可能是自然光、線偏振光或部分偏振光，如何用偏振片來區(qū)分它們？如何用偏振片來區(qū)分它們？以光線為軸轉(zhuǎn)動以光線為軸轉(zhuǎn)動P:P: I I不變不變？I I變有消光變有消光？I I變無消光變無消光？上述辦法能區(qū)分出自然光和圓偏振光嗎？上述辦法能區(qū)分出自然光和圓偏振光嗎？ 能區(qū)分出部分偏振光和橢圓偏振

13、光嗎？能區(qū)分出部分偏振光和橢圓偏振光嗎？自然光自然光線偏振光線偏振光部分偏振光部分偏振光I?P待檢光待檢光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系馬呂斯定律（馬呂斯定律（Malus lawMalus law）線偏振光線偏振光通過偏振片通過偏振片P P前后的光強關系：前后的光強關系： 2202200cosEEIEI ， 20cosII 0max0III ， 02 I， 消光消光改變改變 ，I 隨之改變。隨之改變。 I0IPP E0 E=E0cos 上海交通大學上海交通大學 物理系物理系如沿如沿PBPB方向觀察到的方向觀察到的只是部分偏振光，只是部分偏振光，它它的偏振度會隨角的偏振度會隨角 改改變而

14、變變而變. .天空大氣分子天空大氣分子散射的日光就是部分散射的日光就是部分偏振光偏振光。在自然光沿在自然光沿Z Z方向入射的情況下，方向入射的情況下，P P處發(fā)出的偶極輻射在不同處發(fā)出的偶極輻射在不同方向可觀察到不同的偏振情況。方向可觀察到不同的偏振情況。zx py入 射 自 然入 射 自 然光光 B 散射光散射光(部分偏振光部分偏振光) 散射光散射光 (線偏振光線偏振光) 散射光散射光 (自然光自然光)散射光的偏振簡介散射光的偏振簡介在入射光的激勵下，媒質(zhì)分子中的電在入射光的激勵下，媒質(zhì)分子中的電子作受迫振動。子作受迫振動。它們可視為振動電偶極子，向周圍發(fā)射子波它們可視為振動電偶極子，向周圍

15、發(fā)射子波. .振蕩電偶極子電磁輻射的強度是不均勻的，有一個角分布。振蕩電偶極子電磁輻射的強度是不均勻的，有一個角分布。 pI( ) 振蕩電偶極子電磁振蕩電偶極子電磁輻射強度的角分布輻射強度的角分布多次散射多次散射，可把方向，可把方向的不對稱抵消，從而的不對稱抵消，從而可消除偏振可消除偏振。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.2 反射光的偏振、布儒斯特定律反射光的偏振、布儒斯特定律n布儒斯特角布儒斯特角n布儒斯特定律布儒斯特定律本節(jié)提要本節(jié)提要上海交通大學上海交通大學 物理系物理系反射和折射時光的偏振反射和折射時光的偏振實驗表明實驗表明: :自然光在介質(zhì)表面反射、折射時，自然光在介質(zhì)表面

16、反射、折射時，反射光中垂直入射面的分量比例大，反射光中垂直入射面的分量比例大，折射光中平行入射面的分量比例大。折射光中平行入射面的分量比例大。n1n2i ir自然光反射和折射自然光反射和折射后產(chǎn)生部分偏振光后產(chǎn)生部分偏振光n1n2i0i0r0線偏振光線偏振光S起偏振角起偏振角上海交通大學上海交通大學 物理系物理系入射角入射角 i 變變反射、折射光的偏振度也變，反射、折射光的偏振度也變，當當 i=i0 時時, ,反射光只有垂直入射面的分量。反射光只有垂直入射面的分量。i0 布儒斯特角布儒斯特角, , 也叫起偏角也叫起偏角. .此時，有此時，有 i0+ro =90=90O O. .由折射定律有由折

17、射定律有020201cossinsininrnin 21120nnntgi 布儒斯特定律布儒斯特定律若若 n n1 1=1.00(=1.00(空氣空氣) )，n n2 2=1.50(=1.50(玻璃玻璃) )?；ビ嗷ビ嗫諝饪諝獠ＡРＡРＡРＡЭ諝饪諝?423350. 100. 1 185600. 150. 1 1010tanitani上海交通大學上海交通大學 物理系物理系思考思考： 如何測量不透明介質(zhì)的折射率？如何測量不透明介質(zhì)的折射率？ 在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時，在拍攝玻璃窗內(nèi)的物體時， 如何去掉反射光的干擾？如何去掉反射光的干擾？（透明片）（透明片）要提高反射線偏振光的強度，可利用玻璃片堆要

18、提高反射線偏振光的強度，可利用玻璃片堆的多次反射。的多次反射。i0(接近線偏振光接近線偏振光) 玻璃片堆玻璃片堆上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.3晶體的雙折射晶體的雙折射no光和光和e光的特點比較光的特點比較n光軸相對晶體表面的幾種特殊取向光軸相對晶體表面的幾種特殊取向本節(jié)提要本節(jié)提要上海交通大學上海交通大學 物理系物理系雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象 ( (透過方解石看字成雙像透過方解石看字成雙像) )象象折射現(xiàn)折射現(xiàn)o光光方解石晶體方解石晶體CaCO3雙雙e光光紙面紙面折射現(xiàn)折射現(xiàn)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系以入射線為軸轉(zhuǎn)方解石以入射線為軸轉(zhuǎn)方解石, ,光點光點o o不動，不動

19、，e e 繞繞o o轉(zhuǎn)，用偏轉(zhuǎn)，用偏振片檢驗，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。振片檢驗，二者都是偏振光，且偏振方向互相垂直。一束光入射到各向異性的媒質(zhì)中分成兩束光的現(xiàn)象。一束光入射到各向異性的媒質(zhì)中分成兩束光的現(xiàn)象。 方解石方解石oee o 所以，所以，利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。利用雙折射現(xiàn)象也可以獲得線偏振光。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系幾個重要的概念幾個重要的概念尋常光尋常光( (o o光光) )和非尋常光和非尋常光( (e e光光) ) 尋常光尋常光(ordinary light)(ordinary light)： 遵從折射定律遵從折射定律orninsinsin21

20、 非尋常光非尋常光(extra-ordinary light)(extra-ordinary light)： 一般不遵從折射定律一般不遵從折射定律constrie sinsin折射線一般不在入射面內(nèi)。折射線一般不在入射面內(nèi)。n1n2irore(各向異各向異性媒質(zhì)性媒質(zhì))自然光自然光o光光e光光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系晶體的光軸晶體的光軸當光當光在晶體內(nèi)在晶體內(nèi)沿某個沿某個特殊方向特殊方向傳播時不發(fā)傳播時不發(fā)生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。生雙折射，該方向稱為晶體的光軸。 例例. .方解石晶體方解石晶體是由平行六面體構成的。是由平行六面體構成的。 六面體每個面都是鈍角六面體每個面都

21、是鈍角1021020 0和銳角和銳角78780 0的平行的平行 四邊形，四邊形，A A點和點和B B點是三個鈍角的會合點，點是三個鈍角的會合點， ABAB線與三條棱邊的夾角相等。線與三條棱邊的夾角相等。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系如果將如果將A或或B磨平，使磨面與光軸垂直，磨平，使磨面與光軸垂直，當光線垂直磨面入射時，無雙折射現(xiàn)象。當光線垂直磨面入射時，無雙折射現(xiàn)象。方解石晶體的光軸方解石晶體的光軸光軸光軸AB實驗發(fā)現(xiàn)實驗發(fā)現(xiàn)ABAB的方向即光軸的方向。的方向即光軸的方向。 上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 只有一個光軸的晶體稱只有一個光軸的晶體稱單軸晶體單軸晶體， 如方解石、

22、石英如方解石、石英, ,冰等；冰等； 有兩個光軸的晶體稱有兩個光軸的晶體稱雙軸晶體雙軸晶體, , 如云毋、硫磺，蘭寶石等。如云毋、硫磺，蘭寶石等。 （本章只討論單軸晶體的雙折射）（本章只討論單軸晶體的雙折射）3.3.主平面和主截面主平面和主截面主平面：主平面：晶體中某條光線與晶體光軸構成晶體中某條光線與晶體光軸構成 的平面的平面, ,稱為該光線的主平面。稱為該光線的主平面。o光有光有o光的主平面；光的主平面；e光有光有e光的主平面光的主平面.上海交通大學上海交通大學 物理系物理系O O 光振動光振動 其其主平面主平面; ; 實驗表明實驗表明: e e光振動在其主平面內(nèi)光振動在其主平面內(nèi)o光，光

23、，e光的主平面可能重合，光的主平面可能重合， 也可能不重合；也可能不重合；e光光光軸光軸e光的光的主平面主平面o光光光軸光軸o光的光的主平面主平面 主截面：主截面： 晶體表面的法線與晶體光軸構成的平面。晶體表面的法線與晶體光軸構成的平面。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系晶體的主折射率，正晶體、負晶體晶體的主折射率，正晶體、負晶體 o o 光的子波，各方向傳播光的子波，各方向傳播的速度相同為的速度相同為v v0 0，點波源波面，點波源波面為球面為球面, ,振動方向始終垂直振動方向始終垂直其主平面其主平面.(.(如圖如圖) ) o o 光只有一個光速光只有一個光速v vo o 一個折射率一個

24、折射率n no o. .惠更斯研究雙折射現(xiàn)象提出惠更斯研究雙折射現(xiàn)象提出:在各向異性的在各向異性的晶體中晶體中,子波源會同時發(fā)出子波源會同時發(fā)出o光、光、e光兩種子波光兩種子波.00vcn vo t光軸光軸上海交通大學上海交通大學 物理系物理系e e光的子波光的子波, ,各方向傳播的速度不同。各方向傳播的速度不同。e e光在平行光軸方向上的速光在平行光軸方向上的速度與度與o o光的速度相同為光的速度相同為v v0 0；eevnc 點波源波面為旋轉(zhuǎn)橢球面點波源波面為旋轉(zhuǎn)橢球面, ,振動方向始終在其主平面振動方向始終在其主平面內(nèi)。（如圖）內(nèi)。（如圖）光軸光軸ve tvo te e光在垂直光軸方向上

25、的速度光在垂直光軸方向上的速度與與o o光的速度相差最大，記為光的速度相差最大，記為 v ve e，其相應的折射率為，其相應的折射率為 n ne e。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系n n0 0 ，n ne e稱為晶體的主折射率稱為晶體的主折射率. .正晶體正晶體： n ne en no o(v(ve e v vo o) )，如石英、冰等。如石英、冰等。負晶體負晶體： n ne en no o(v(ve e v vo o) )，如方解石、紅寶石等。如方解石、紅寶石等。子波源子波源vo tve t光軸光軸vo tve t光軸光軸 正晶體正晶體 (vo ve) 負晶體負晶體 (vo ve )

26、 子波源子波源上海交通大學上海交通大學 物理系物理系o光和光和e光的特點比較光的特點比較(1)符合折射定律符合折射定律一般情況下不符合折射定律一般情況下不符合折射定律(2)光矢量振動垂直于自己的光矢量振動垂直于自己的主平面主平面光矢量振動平行于自己的主平面光矢量振動平行于自己的主平面(3)折射率折射率n和傳播速度和傳播速度v沿各沿各方向相同方向相同沿光軸方向上沿光軸方向上,v、n與與o光相同光相同;垂直于光垂直于光軸方向上軸方向上, 與與o光不同光不同. 稱為主折射率稱為主折射率,與與o光的折射率相差最大光的折射率相差最大(4)點光源在晶體中的點光源在晶體中的o光波光波面為球面面為球面e光波面

27、是在光軸方向外切光波面是在光軸方向外切(負晶體負晶體)或內(nèi)或內(nèi)切切(正晶體正晶體)于于o光波面的旋轉(zhuǎn)橢球面光波面的旋轉(zhuǎn)橢球面尋常光尋常光(o)非常光非常光(e)een v,en上海交通大學上海交通大學 物理系物理系下面以負晶體下面以負晶體(v(ve e v vo o) ) 為例為例: :15.3.3 光軸光軸晶體表面，晶體表面， 自然光自然光 入射入射: :o o, , e e在方向上雖沒分開，在方向上雖沒分開，但速度上是分開的，仍但速度上是分開的，仍是兩束光。是兩束光。 還是有雙折射的。還是有雙折射的。晶體中光傳播方向的惠更斯作圖法：晶體中光傳播方向的惠更斯作圖法：在特殊情況下在特殊情況下(

28、入射面包含光軸或垂直光軸入射面包含光軸或垂直光軸)，可，可以按惠更斯作圖法在紙面上作圖，找出以按惠更斯作圖法在紙面上作圖，找出o光，光，e光光的傳播方向。的傳播方向。作圖：作圖：- e oe o光軸光軸晶體晶體上海交通大學上海交通大學 物理系物理系若光軸垂直晶體表面，還有沒有雙折射？若光軸垂直晶體表面，還有沒有雙折射？一快一快(e (e 光光) )一慢一慢(o(o光光) )兩束光。兩束光。e光光,o光的振動方向如何？光的振動方向如何？方法：先找它們的主平面。方法：先找它們的主平面。o光光 - 點點e光光 - 道道 e oe o光軸光軸晶體晶體上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.3.2光

29、軸光軸晶體表面，且晶體表面，且 入射面，自然光斜入射入射面，自然光斜入射 此種情況下，在此種情況下，在入射面（紙面）內(nèi)，入射面（紙面）內(nèi)，o o光，光，e e光都光都滿足折射定律滿足折射定律，nvrooci0sinsin nvreeeci sinsin作圖：作圖：-o光、光、e光的振動方向如何？光的振動方向如何？o光光 -道；道；e光光 - 點點.晶體晶體 光軸光軸ir0reo ot e eteo ect即即上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.3.3 光軸與晶體表面斜交，自然光光軸與晶體表面斜交，自然光 入射入射這正是前面雙折射現(xiàn)象演示中的雙折射情形。這正是前面雙折射現(xiàn)象演示中的雙折射

30、情形。作圖作圖: -o光、光、e光的振動方向如何？光的振動方向如何？o e晶體晶體光軸光軸 e方解石方解石光軸光軸o eo注意注意: :此時此時e e光的波面不再與其傳播方向垂直了。光的波面不再與其傳播方向垂直了。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系晶體偏振器件晶體偏振器件 1. 1. 晶體的二向色性、晶體偏振器晶體的二向色性、晶體偏振器某些晶體對某些晶體對o o光和光和e e光的吸收有很大差異，光的吸收有很大差異，這就是晶體的這就是晶體的二向色性二向色性. . 例如例如, ,電氣石電氣石對對o o光有強烈吸收，對光有強烈吸收，對e e光吸收光吸收 很弱，用它可產(chǎn)生線偏振光：很弱，用它可產(chǎn)生

31、線偏振光：( (晶體偏振器晶體偏振器) )電氣石電氣石光軸光軸 光軸光軸e光光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系天然晶體偏振器尺寸不大，成本高。天然晶體偏振器尺寸不大，成本高。現(xiàn)今廣泛使用偏振片現(xiàn)今廣泛使用偏振片（人工使具有二向色性（人工使具有二向色性的細微晶粒的光軸在塑料薄膜上定向排列）。的細微晶粒的光軸在塑料薄膜上定向排列）。2. 2. 偏振棱鏡偏振棱鏡偏振棱鏡可得高質(zhì)量的線偏振光。偏振棱鏡可得高質(zhì)量的線偏振光。 但利用晶體二向色性獲得的偏振光但利用晶體二向色性獲得的偏振光 不夠純，強度也不大。不夠純，強度也不大。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 對第一個棱鏡是對第一個棱鏡是o

32、o光，光，它由光密它由光密光疏，光疏， 讓其入射角臨界角讓其入射角臨界角( (約約69690 0) )， 在交界面全反射在交界面全反射, ,被涂層吸收。被涂層吸收。 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石加拿大樹膠加拿大樹膠 (n = 1.55)oe吸收涂層吸收涂層i例例1. 格蘭格蘭-湯姆遜湯姆遜偏振棱鏡偏振棱鏡光軸的取向使光軸的取向使o光、光、e光對應的光對應的 恰是主折射率恰是主折射率no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系對第一個棱鏡是對第一個棱鏡是e e光，光，它絕大部分透射，并且它絕大部分透射，并且沿入射方向

33、射出第二個棱鏡，即為所要的沿入射方向射出第二個棱鏡，即為所要的非常純的線偏振光。非常純的線偏振光。 ( (入射光可有約入射光可有約10 10 0 0 范圍內(nèi)偏差范圍內(nèi)偏差).). 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石加拿大樹膠加拿大樹膠 (n = 1.55)oe吸收涂層吸收涂層ino (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系例例2.2.沃拉斯頓棱鏡沃拉斯頓棱鏡光從棱鏡光從棱鏡1 1進入棱鏡進入棱鏡2 2時：時： o o光光( (點點) )變變e e光光 光密光密光疏光疏 折射角入射角折射角入射角; ; e e光光( (道道) )變變o o光

34、光 光光疏疏光光密密 折射角入射角，折射角入射角， 二者分開。二者分開。進入空氣后進入空氣后, ,均是由光密均是由光密光疏，光疏， 可得到進一步分開的二束線偏振光?？傻玫竭M一步分開的二束線偏振光。12方解石方解石方解石方解石 oe光軸光軸光軸光軸（偏光分束鏡）（偏光分束鏡）no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.4橢圓偏振光橢圓偏振光n波片波片n線偏振光入射波片的情形線偏振光入射波片的情形n幾種波片的應用幾種波片的應用本節(jié)提要本節(jié)提要上海交通大學上海交通大學 物理系物理系橢圓偏振光和圓偏振光橢圓偏振光和圓偏振光1. 1.晶片：晶片：

35、光軸平行表面的晶體薄片光軸平行表面的晶體薄片。通過厚度為通過厚度為d d的晶片，的晶片，o o、e e光產(chǎn)生相位差：光產(chǎn)生相位差： 2 dnnoe它正是它正是惠更斯作圖法惠更斯作圖法的例的例1(1(晶體中一快一慢晶體中一快一慢) )晶片也稱為晶片也稱為相位延遲器相位延遲器.ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸AAoAe 光軸光軸P上海交通大學上海交通大學 物理系物理系o o、e e光振幅關系：光振幅關系： cossinAAeAAo在晶體內(nèi)在晶體內(nèi), o o、e e光的振動方向如何光的振動方向如何? ?先找主平面先找主平面: o o光振動是光振動是 其主平面其主平面; ;e e光振動在其光

36、振動在其主平面內(nèi)主平面內(nèi). .迎著光看迎著光看,入射到晶片上的光振幅入射到晶片上的光振幅可分解為可分解為o光和光和e光兩個振幅如圖光兩個振幅如圖.有時常稱光軸為有時常稱光軸為e軸軸.ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸AAoAe 光軸光軸P上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 從晶片出射的是兩束傳播方向相同、振動從晶片出射的是兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻率相等、有恒定相位差方向相互垂直、頻率相等、有恒定相位差的線偏振光，它們一般合成為一束橢圓偏振光的線偏振光，它們一般合成為一束橢圓偏振光. .，2324 當當 時為圓偏振光。時為圓偏振光。2. 2. 波波( (晶晶) )片片對

37、某個波長對某個波長 而言，當而言，當o o、e e光在晶片中的光在晶片中的光程差為光程差為 的某個特定倍數(shù)時，這樣的晶片的某個特定倍數(shù)時，這樣的晶片叫波晶片，簡稱波片。叫波晶片，簡稱波片。所以所以, 橢圓橢圓(圓圓)偏振光可用偏振光可用 晶片來獲得晶片來獲得.上海交通大學上海交通大學 物理系物理系24dnnoe 四分之一波片四分之一波片作用：從線偏振光獲得作用：從線偏振光獲得( (正正) )橢圓或圓偏振光橢圓或圓偏振光( (或相反或相反) )4圓圓(o(o光光, ,e e光分量的光分量的振幅相等振幅相等) )240，橢圓橢圓0 線偏振光線偏振光(只有平行于光軸的分量只有平行于光軸的分量)2 線

38、偏振光線偏振光(只有垂直于光軸的分量只有垂直于光軸的分量)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 ( (正正) )橢圓或圓偏振光橢圓或圓偏振光, ,經(jīng)經(jīng)1/41/4波片為什么可以波片為什么可以 獲得線偏振光呢獲得線偏振光呢? ?因為因為( (正正) )橢圓或圓偏振光的兩個垂直分量橢圓或圓偏振光的兩個垂直分量已經(jīng)有了相位差已經(jīng)有了相位差 /2, /2, 經(jīng)經(jīng)1/41/4波片以后波片以后, ,又有又有 /2/2的的相位差相位差, ,所以出來的就是相位差為所以出來的就是相位差為0 0或或 的的線偏振光了線偏振光了. . 二分之一波片二分之一波片 2dnnoe上海交通大學上海交通大學 物理系物理系作用

39、：可使線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過一個角度。作用：可使線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過一個角度。 若入射點處若入射點處線偏振光分解的線偏振光分解的o o、e e光同相光同相 則出射點處仍是則出射點處仍是線偏振光線偏振光: : o o、e e光反相光反相 若線偏振光入射時若線偏振光入射時, , 出射光仍是線偏振光，出射光仍是線偏振光， 只是振動方向轉(zhuǎn)過只是振動方向轉(zhuǎn)過2 2 角角. .24 時，轉(zhuǎn)過時，轉(zhuǎn)過 當當若入射的是圓偏振光若入射的是圓偏振光(已有已有 /2),經(jīng)經(jīng)1/2波波片片(又有又有 ),出來仍是圓偏振光出來仍是圓偏振光,但是但是左旋左旋右旋右旋 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入= Ae出入出入光軸

40、光軸上海交通大學上海交通大學 物理系物理系若入射的是橢圓偏振光若入射的是橢圓偏振光,經(jīng)經(jīng) 1/2 波片波片,出來仍是出來仍是橢圓偏振光橢圓偏振光,但是旋轉(zhuǎn)的方向改變但是旋轉(zhuǎn)的方向改變,而且橢圓的而且橢圓的長軸轉(zhuǎn)過長軸轉(zhuǎn)過 2 角角. 全波片：全波片：, dnnoe2 它對波長為它對波長為 的光沒有影響（相位延遲了的光沒有影響（相位延遲了2 2 ）。）。但是對別的波長的光來說是有影響的但是對別的波長的光來說是有影響的.上海交通大學上海交通大學 物理系物理系橢圓與圓偏振光的檢偏橢圓與圓偏振光的檢偏 用用1 1/4 /4 波波片和偏振片片和偏振片 P P 可區(qū)分出可區(qū)分出 自然光和圓偏振光自然光和圓

41、偏振光 或部分偏振光和橢圓偏振光?；虿糠制窆夂蜋E圓偏振光。圓圓自自然然 )()(線線自自4 ?片片PI(轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)) ？為圓偏振光？為圓偏振光變，有消光變，有消光？為自然光？為自然光不變不變上海交通大學上海交通大學 物理系物理系橢圓橢圓部分部分)()(線線部部I片片4 P (轉(zhuǎn)轉(zhuǎn))?（光軸（光軸長或短軸）長或短軸） ？為橢圓偏振光？為橢圓偏振光變，有消光變，有消光？為部分偏振光？為部分偏振光變，無消光變，無消光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 四分之一波片四分之一波片圓偏振光圓偏振光自然光自然光自然光自然光線偏振光線偏振光 偏振片（轉(zhuǎn)動）偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光線偏振光 I不變不變線偏振光線偏

42、振光I變變, 有消光有消光以入射光方向為軸以入射光方向為軸 四分之一波片四分之一波片橢圓偏振光橢圓偏振光部分偏振光部分偏振光線偏振光線偏振光 偏振片（轉(zhuǎn)動）偏振片（轉(zhuǎn)動）線偏振光線偏振光I變變, 有消光有消光 部分部分偏振光偏振光光軸平行最大光強或最小光強方向放置或光軸平行最大光強或最小光強方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光線偏振光I變變, 無消光無消光上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.5偏振光的干涉偏振光的干涉n偏振光的干涉偏振光的干涉n實現(xiàn)偏振光干涉的裝置實現(xiàn)偏振光干涉的裝置n兩種情況兩種情況本節(jié)提要本節(jié)提要上海交通大學上海交通

43、大學 物理系物理系5.6 偏振光的干涉偏振光的干涉 單色自然光通過一個偏振片以后，垂直射單色自然光通過一個偏振片以后，垂直射在光軸平行于表面的晶片，從晶片出來的是在光軸平行于表面的晶片，從晶片出來的是兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻兩束傳播方向相同、振動方向相互垂直、頻率相等、有恒定相位差的線偏振光。率相等、有恒定相位差的線偏振光。不能干涉！不能干涉！它們能否干涉它們能否干涉單色自然光單色自然光AeAo上海交通大學上海交通大學 物理系物理系偏光干涉裝置偏光干涉裝置P2P1eEoEeEo2Ee2 b bP1P2eP1P2eEEeEoEo2Ee2 b b自然光經(jīng)自然光經(jīng)P1后為線偏，后為線偏

44、，經(jīng)晶體片經(jīng)晶體片e后分為后分為o、e光。光。Eo = Esin，Ee = Ecos再經(jīng)再經(jīng)P2后為兩束相位不同后為兩束相位不同的線偏的線偏 Eo2 = EsincosEe2 = Ecoscosb Esincos經(jīng)經(jīng)P2出射的是兩束振幅相等，振動方向相同，出射的是兩束振幅相等，振動方向相同，具有確定相位差的相干光，且它們在空間重合。具有確定相位差的相干光，且它們在空間重合。因此這兩束光將發(fā)生干涉。因此這兩束光將發(fā)生干涉。相位差：相位差：2eonnd？上海交通大學上海交通大學 物理系物理系P1P2eEEeEoEo2Ee2 b bP1P2eEEeEoEo2Ee2 P1P2（ b b / 2/ 2）

45、P1P22eonndeo|2nnd若若22eo1knnd則則P1P2相消，相消， P1P2相長相長) 12(2eo1knnd則則P1P2相長，相長， P1P2相消相消eAAPP22021 使干涉襯比度好。使干涉襯比度好?？梢娍梢?相長干涉，亮相長干涉，亮-相消干涉，暗相消干涉，暗 122kk上海交通大學上海交通大學 物理系物理系以單色光入射以單色光入射 晶片厚度均勻，出射光強度空間分布均勻，晶片厚度均勻，出射光強度空間分布均勻，看到的是均勻視場，光強取決于晶片厚度。看到的是均勻視場，光強取決于晶片厚度。 晶片厚度不均勻，出射光強度空間分布不晶片厚度不均勻，出射光強度空間分布不均勻，看到的是明暗

46、相間的光強分布，如何分均勻，看到的是明暗相間的光強分布，如何分布取決于晶片各部分的厚度分布情況。布取決于晶片各部分的厚度分布情況。以復色光入射以復色光入射 晶片厚度均勻，出射光強度空間分布均勻，晶片厚度均勻，出射光強度空間分布均勻，看到的是某種顏色的均勻視場，顏色取決于晶看到的是某種顏色的均勻視場，顏色取決于晶片厚度。片厚度。 晶片厚度不均勻，出射光強度空間分布不均晶片厚度不均勻，出射光強度空間分布不均勻，看到的是明暗相間的彩色光強分布，如何勻，看到的是明暗相間的彩色光強分布，如何分布取決于晶片各部分的厚度分布情況。分布取決于晶片各部分的厚度分布情況。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系若白

47、光入射，且若白光入射，且d d不均勻，不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。則屏上出現(xiàn)彩色條紋。 屏屏 若白光入射，而若白光入射，而d 均勻，均勻，則屏上由于某種顏色干涉相則屏上由于某種顏色干涉相消，另一些顏色干涉相長，而呈現(xiàn)它的互補色。消，另一些顏色干涉相長，而呈現(xiàn)它的互補色。如紅色如紅色(或藍色或藍色)相消相消顯綠色顯綠色(或黃色或黃色)，叫，叫(顯顯)色偏振色偏振例如，色偏振是檢驗材料有無雙折射效應（即使例如，色偏振是檢驗材料有無雙折射效應（即使 n n0 0、n ne e 相差極小）的靈敏方法。相差極?。┑撵`敏方法。偏振光的干涉有許多應用，其基本思想是偏振光的干涉有許多應用，其基本思想是由光的干

48、涉由光的干涉情況反推晶片情況。情況反推晶片情況。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系5.7 5.7 人工雙折射人工雙折射 人工雙折射是用人工的方法造成各向異性人工雙折射是用人工的方法造成各向異性, , 從而獲得雙折射的現(xiàn)象。從而獲得雙折射的現(xiàn)象。一、光彈效應（一、光彈效應（photoelastic effectphotoelastic effect）光彈效應也叫應力雙折射效應。光彈效應也叫應力雙折射效應。將有機玻璃取代晶片將有機玻璃取代晶片,加力的方向即光軸的方向加力的方向即光軸的方向.P1P2 dFSF干涉干涉有機玻璃有機玻璃C上海交通大學上海交通大學 物理系物理系應力應力(F/S)(F/

49、S)各向異性各向異性光速光速V V各向不同各向不同 n n 各向不同，在一定應力范圍內(nèi)各向不同，在一定應力范圍內(nèi), ,有：有：SFknnoe SFdknndoe22FS變變變干涉情況變。變干涉情況變。若應力均勻，則觀察到均勻的干涉光強。若應力均勻，則觀察到均勻的干涉光強。 若應力不均勻若應力不均勻,若各處若各處 F/SF/S不同不同 各處各處 不同不同 出現(xiàn)干涉條紋。出現(xiàn)干涉條紋。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系應力雙折射（工字梁）應力雙折射（工字梁）應力變化大的地方，條紋密；應力變化大的地方，條紋密；應力變化小的地方，條紋疏。應力變化小的地方，條紋疏。塑料紙，厚度不同引起的色偏振塑料紙

50、，厚度不同引起的色偏振n 檢查半圓儀、透鏡有無內(nèi)應力檢查半圓儀、透鏡有無內(nèi)應力n 吊鉤內(nèi)部的應力分布吊鉤內(nèi)部的應力分布n 一層紙：出現(xiàn)某種色偏振一層紙：出現(xiàn)某種色偏振n 二層紙、三層紙：為什么各層顏色不同？二層紙、三層紙：為什么各層顏色不同？n P2 P2 轉(zhuǎn)動：為什么顏色會變？轉(zhuǎn)動：為什么顏色會變？n 塑料紙轉(zhuǎn)動：為什么顏色也會變？塑料紙轉(zhuǎn)動：為什么顏色也會變？上海交通大學上海交通大學 物理系物理系光彈效應光彈效應人為雙折射人為雙折射光測彈性光測彈性哥特式教堂結構的應力哥特式教堂結構的應力上海交通大學上海交通大學 物理系物理系15.6 15.6 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象18111811年實驗物理學家

51、阿喇果發(fā)現(xiàn)，線偏振光年實驗物理學家阿喇果發(fā)現(xiàn)，線偏振光通過某些透明物質(zhì)時，其偏振面將旋轉(zhuǎn)一定通過某些透明物質(zhì)時，其偏振面將旋轉(zhuǎn)一定的角度。的角度。d偏振片偏振片2偏振化方向偏振化方向 單色單色自然光自然光偏振片偏振片1偏振化方向偏振化方向光軸方向光軸方向P P2 2P P2 2石英晶片石英晶片( (不產(chǎn)生雙折射不產(chǎn)生雙折射) ) （原消光）（原消光）（現(xiàn)消光）（現(xiàn)消光）上海交通大學上海交通大學 物理系物理系這種能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，這種能使線偏振光的振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱為稱為旋光性。旋光性。 da a旋光率旋光率 a 取決于入射光取決于入射光的波長和旋光物質(zhì)。的波長和旋光物質(zhì)

52、。 旋光物質(zhì)旋光物質(zhì) d具有旋光性的物質(zhì)：如石英、糖的水溶液、具有旋光性的物質(zhì)：如石英、糖的水溶液、 酒石酸溶液、松節(jié)油等。酒石酸溶液、松節(jié)油等。迎著光看，振動面迎著光看，振動面 順時針轉(zhuǎn)的為右旋物質(zhì)，順時針轉(zhuǎn)的為右旋物質(zhì)， 振動面振動面 逆時針轉(zhuǎn)的為左旋物質(zhì)。逆時針轉(zhuǎn)的為左旋物質(zhì)。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系菲涅耳的解釋：菲涅耳的解釋：線偏振光可看作是同頻率、線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左等振幅、有確定相位差的左( (L L) )、右、右( (R R) )旋圓偏振光的合旋圓偏振光的合成。成。RLRLnn 設設: :入射時入射時L L，R R 初相為初相為0 0，旋

53、光物質(zhì)長，旋光物質(zhì)長d.d.LRnn RL 即即EELERo 例如，石英晶體有左旋例如，石英晶體有左旋, ,右旋兩類旋光體右旋兩類旋光體, , 是因為它的分子的空間排列方式有兩類。是因為它的分子的空間排列方式有兩類。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系在出射面上它們的位在出射面上它們的位相，分別比入射面處相，分別比入射面處的位相落后，的位相落后，02 dnRR02 dnLLLR 由圖示，有：由圖示，有：看旋轉(zhuǎn)矢量圖看旋轉(zhuǎn)矢量圖:(a)(b) dELERE(a)(b)ELERE R L 同一時刻同一時刻上海交通大學上海交通大學 物理系物理系LRLLR 2121dnnLRLR )(21 )(LR

54、nn 令令旋光率旋光率da 所以所以由上式看出，由上式看出， 時，時， ，即振動面向左旋（對著光看）。即振動面向左旋（對著光看）。LRnn 0 上海交通大學上海交通大學 物理系物理系糖量計糖量計對溶液對溶液 dca 溶溶液液的的比比旋旋光光率率溶溶液液的的濃濃度度溶溶液液的的旋旋光光率率 acaca 據(jù)此可制成據(jù)此可制成“糖量計糖量計”。其他應用：分析化工產(chǎn)品、藥劑中的其他應用：分析化工產(chǎn)品、藥劑中的 左、右旋光異構體的成分，左、右旋光異構體的成分，某些液體或溶液有左旋或右旋某些液體或溶液有左旋或右旋, ,是由于是由于 其分子本身具有螺旋狀結構引起的。其分子本身具有螺旋狀結構引起的。式中式中上

55、海交通大學上海交通大學 物理系物理系 天然的蔗糖天然的蔗糖(C(C1212H H2222O O1111) )分子分子, ,不論是從甘蔗來還是不論是從甘蔗來還是從甜菜來從甜菜來, ,都是都是右旋右旋的。的。天然氯霉素藥能治病天然氯霉素藥能治病, ,它是左旋的。它是左旋的。 而正好人體所需要的葡萄糖而正好人體所需要的葡萄糖, , 其分子也是右旋的。其分子也是右旋的。生物體對左旋生物體對左旋, ,右旋的物質(zhì)能夠識別并能作出選擇。右旋的物質(zhì)能夠識別并能作出選擇。而人工合成的氯霉素是左旋而人工合成的氯霉素是左旋, ,右旋各一半右旋各一半, , 只有只有一半有療效，所以，價格只是天然氯霉素的一半。一半有療

56、效，所以，價格只是天然氯霉素的一半。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系磁致旋光磁致旋光利用人工方法也可產(chǎn)生旋光性，其中最重要的是利用人工方法也可產(chǎn)生旋光性，其中最重要的是磁致旋光磁致旋光，也稱為，也稱為法拉第旋轉(zhuǎn)法拉第旋轉(zhuǎn)，是法拉第，是法拉第18461846年年發(fā)現(xiàn)的。發(fā)現(xiàn)的。水、二硫化碳、食鹽、乙醇等是磁致旋光物質(zhì)。水、二硫化碳、食鹽、乙醇等是磁致旋光物質(zhì)。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系BdV V V：費德爾常量費德爾常量1154 1010 TmV磁致旋光效應也能用于光通訊磁致旋光效應也能用于光通訊: : 若磁場若磁場B B是由信號電流是由信號電流i i產(chǎn)生產(chǎn)生( (或調(diào)制或調(diào)制

57、) )的的, , 信號電流信號電流i i的變化的變化磁場磁場B B的變化的變化, , 旋轉(zhuǎn)角旋轉(zhuǎn)角 變化變化, , P P2 2通過的光強也變化通過的光強也變化. . -這就是光通訊的原理這就是光通訊的原理. d磁致旋光物質(zhì)磁致旋光物質(zhì)B上海交通大學上海交通大學 物理系物理系對自然旋光物質(zhì)，對自然旋光物質(zhì)，振動面的左旋或右旋是由振動面的左旋或右旋是由 旋光物質(zhì)本身決定的，與光的傳播方向無關：旋光物質(zhì)本身決定的，與光的傳播方向無關：反射鏡反射鏡入射光入射光 左旋左旋反射鏡反射鏡反射光反射光 左旋左旋上海交通大學上海交通大學 物理系物理系對磁致旋光物質(zhì)，對磁致旋光物質(zhì)，因加了一定方向的磁場，因加了

58、一定方向的磁場，光沿逆向傳播，振動面旋向相反光沿逆向傳播，振動面旋向相反, ,可以作成可以作成光隔離器。光隔離器。反射鏡反射鏡反射光反射光 右旋右旋 B反射鏡反射鏡入射光入射光 左旋左旋B上海交通大學上海交通大學 物理系物理系光隔離器光隔離器 消除反射光的干擾消除反射光的干擾 BPM 磁致旋光物質(zhì)磁致旋光物質(zhì)上海交通大學上海交通大學 物理系物理系電光效應電光效應電光效應也叫電光效應也叫電致雙折射效應電致雙折射效應。1. 1. 克爾效應克爾效應（kerr effect)kerr effect)將克爾盒取代晶片的位置，加電場的方向?qū)⒖藸柡腥〈奈恢茫与妶龅姆较蚣垂廨S的方向。即光軸的方向。l+

59、-45 45 P1P2克爾盒克爾盒d上海交通大學上海交通大學 物理系物理系克爾盒內(nèi)充某種液體克爾盒內(nèi)充某種液體( (如如硝基苯硝基苯) )， 加電場加電場液體各向異性（由于分子定向液體各向異性（由于分子定向 排列的緣故，呈單軸晶體性質(zhì)）排列的緣故，呈單軸晶體性質(zhì)） 光軸光軸 通光；通光；2PE 不加電場不加電場液體恢復各向同性液體恢復各向同性 P P2 2不通光（不通光（ ）。）。21PP 2kEnnoe有有 E E 電場強度，電場強度，k k 克爾常數(shù)克爾常數(shù) 對硝基苯對硝基苯(C(C6 6H H5 5NONO2 2) )2218/1044. 1Vmk上海交通大學上海交通大學 物理系物理系經(jīng)

60、過克爾盒經(jīng)過克爾盒的兩束光的位相差為的兩束光的位相差為222222UdklkEllnnoek 它正比于它正比于U2, 因此也稱為因此也稱為二次電光效應二次電光效應.應用應用: :可作光開關（克爾盒的響應時間極短，可作光開關（克爾盒的響應時間極短， 每秒能夠動作每秒能夠動作10109 9次）和光調(diào)制器。次）和光調(diào)制器。 用于高速攝影、光測距、激光通訊用于高速攝影、光測距、激光通訊克爾盒有很多缺點：硝基苯有毒克爾盒有很多缺點：硝基苯有毒，易爆炸，易爆炸， 需極高純度和高電壓，故現(xiàn)在很少用。需極高純度和高電壓，故現(xiàn)在很少用。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系2. 2. 泡克爾斯效應泡克爾斯效應(

61、pockels effect)(pockels effect)圖示為縱向裝置（光圖示為縱向裝置（光傳播方向與電場平行）傳播方向與電場平行）21PP 用用 KDP 晶體晶體(磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀)取代克爾盒。取代克爾盒。電極電極K K，K K透明。透明。電光晶體電光晶體+。-P1P2KK 泡克爾斯盒泡克爾斯盒上海交通大學上海交通大學 物理系物理系 原來該晶體是單軸晶體，使光軸沿光傳播原來該晶體是單軸晶體，使光軸沿光傳播 方向，當然沒有雙折射現(xiàn)象，沒有光透過方向，當然沒有雙折射現(xiàn)象，沒有光透過P P2 2加電場加電場晶體變雙軸晶體晶體變雙軸晶體 沿原來的光軸方向產(chǎn)生了沿原來的光軸方向產(chǎn)生了 附加了

62、雙折射效應。有光透過附加了雙折射效應。有光透過P P2 2。-稱為一次電光效應稱為一次電光效應Ennoe 泡克爾斯盒的響應時間也極短，一般小于泡克爾斯盒的響應時間也極短，一般小于1010-9-9秒，也用作光開關和光調(diào)制器，近年秒，也用作光開關和光調(diào)制器，近年來還用于數(shù)據(jù)處理，顯示技術。來還用于數(shù)據(jù)處理，顯示技術。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系光軸平行磁場光軸平行磁場，且，且 2Hnnoe 這種效應很弱，需要很強的磁場才能觀察到。這種效應很弱，需要很強的磁場才能觀察到。磁致雙折射磁致雙折射類似于電場的克爾效應，某些透明液體類似于電場的克爾效應，某些透明液體在磁場在磁場 H H 作用下變?yōu)?/p>

63、各向異性，性質(zhì)作用下變?yōu)楦飨虍愋?，性質(zhì)類似于單軸晶體。類似于單軸晶體。二次效應。二次效應。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系液晶是介于液態(tài)與結晶態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。液晶是介于液態(tài)與結晶態(tài)之間的一種物質(zhì)狀態(tài)。將某種液晶注入小玻璃盒中，在玻璃表面將某種液晶注入小玻璃盒中，在玻璃表面涂上二氧化錫等透明導電薄膜，玻璃就成涂上二氧化錫等透明導電薄膜，玻璃就成為透明電極。為透明電極。電控雙折射現(xiàn)象電控雙折射現(xiàn)象液晶也有電光效應：液晶也有電光效應：把液晶盒放在兩正交偏振片之間，把液晶盒放在兩正交偏振片之間，加電場可由不透光變?yōu)橥腹?。加電場可由不透光變?yōu)橥腹?。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系動態(tài)散

64、射現(xiàn)象動態(tài)散射現(xiàn)象注入某種液晶的液晶盒，在未加電場時是注入某種液晶的液晶盒，在未加電場時是透明的。透明的。-用于液晶數(shù)字顯示技術。用于液晶數(shù)字顯示技術。加電場時，因盒內(nèi)離子和液晶分子加電場時，因盒內(nèi)離子和液晶分子在電場作用下互相碰撞，使液晶分子產(chǎn)生在電場作用下互相碰撞，使液晶分子產(chǎn)生紊亂運動，液晶盒變?yōu)椴煌该鳌Ｎ蓙y運動，液晶盒變?yōu)椴煌该?。上海交通大學上海交通大學 物理系物理系本章小結本章小結熟悉光的各種偏振狀態(tài)和檢驗方法；熟悉光的各種偏振狀態(tài)和檢驗方法；掌握馬呂斯定律和布儒斯特定律的應用；掌握馬呂斯定律和布儒斯特定律的應用；了解光在單軸晶體中的雙折射現(xiàn)象了解光在單軸晶體中的雙折射現(xiàn)象掌握惠更斯作圖法。掌握惠更斯作圖法。本章要點本章要點