光学章节 5.ppt

教学目标：牢固掌握布儒斯特定律、马吕定律；掌 握各种偏振光的产生条件及检定方法； 理解晶体的双折射现象和二分之一波 片、四分之一波片的功用；了解偏振光 干涉过程及结果。 ;重、难点：重点为晶体的双折射现象，其中难点 主要为对主截面、o光和e光的振动矢量 方向、椭圆和圆偏振光性质的理解。;1·2 偏振光与自然光 1 平面偏振光 定义：光矢量的振动仅存在于空间唯一确定方向上。 平面偏振光的图示见图5－1。;“平面”的含义：其振动面为空间唯一确定平面。 平面偏振光又称线偏振光。因为在垂直于其传播 方向的平面内，此光的光矢量的投影为唯一确定方向 上的直线。;偏振度 定义：;2·1 反射引起的偏振 1808年马吕斯发现：自然光在两介质界面上发生反射时有偏振光产生。 实验示意图：;实验条件：平面反射镜M1、M2平行放置，自然光以 i 角沿AB方向入射到M1上；反射后以同一 i 角沿BC 入射到M2上，反射后沿CD方向出射。;;2·2 实验现象的理论解释 据菲涅耳公式：; 此时光沿BC方向入射到M2上，当M1、M2镜上光的入射面相互垂直时，M2镜上的入射光为振动方向在入射面内的平面偏振光。 即M2镜的入射光为：; 若M1、M2镜上光的入射面成任意角 ?，则可将入射光振幅相对于M2的入射面分解为平行分量和垂直分量：;2·3 折射引起的偏振 由前述过程分析，当自然光以布儒斯特角 i10入射、反射光成为平面偏振光时，折射光则成为部分偏振光。;3·1 双折射 定义：一束光入射在晶体上产生两束透（折）射光 的现象。 其中遵循折射定律的一束光称寻常光（o光）；一般不遵循折射定律的一束光称非常光（e光）。 双折射产生的两束光均为平面偏振光。;主截面：包含晶体光轴和给定光线的平面 。 o光和e光各有其主截面。一般情况下两主截面不重合，仅当光轴位于入射面内时，o 光和 e 光的主截面才严格重合。 因为 o 光光矢量的振动垂直于 o 光主截面，e 光光矢量的振动在 e 光主截面内，所以当 o、e光的主截面重合时，o、e光光矢量的振动方向相互垂直。;3·3 o、e 光的相对光强 入射光为自然光 Io= Ie; 各向异性晶体中的原子、离子或分子是各向异性的振子，它们在三个完全一定的、相互垂直的方向上具有三个一般是不相同的固有频率?1、?2、?3。当外来光入射时，这些粒子产生受迫振动，当入射光中光矢量的振动方向与上述三个方向中的某一个重合时，则受迫振动的位相与该方向的固有频率有关，振动频率与入射光频率相同。受迫振动发出的次波叠加形成晶体中的折射波，所以振动方向不同的折射波具有不同的位相，也就具有不同的位相传播速度（相速）。; 本章讨论的单轴晶体只有两个不同的固有频率，即有两个方向上的固有频率相同。设这两个固有频率为?1、?2，分析单轴晶体双折射时产生的 o、e光的波面。;o光; 已知光沿光轴方向传播时不发生双折射，即只有一种相速时不存在双折射，据此，双折射的实质可表述为：晶体中o、e 两光具有不同的相速。;5·1 几种典型特例中光的传播方向 参见图5－17。图中以负晶体为例，设以平行光束垂直于晶体 和空气界面入射。;（c）晶体光轴平行于界面且位于入射面内 由图可知，晶体内光在垂直于光轴方向传播，Vo≠Ve，有双折射产生，o 光和 e 光也沿同一 方向传播。;5·2 单轴晶体的主折射率 由图5－17（b）（c）图可看到：在垂直于光轴方向上，o、e 光传播方向一致，即在此方向上 e 光也遵从折射定律，有n·sini1= ne··sini2成立，式中的 ne 称 e 光的主折射率，定义为 。;6·1 尼科耳棱镜 用途：从双折射中获得一束光矢量的振动位于主截面内的平面偏振光。 材料：方解石晶体，no=1·658 ne=1·486 。 偏振光产生过程：参见图5－19（b）。光由尼科耳棱镜前端面入射，发生双折射，o、e光沿不同方向传播，其中 o 光在树胶层界面发生全反射，e 光透射而最终由棱镜后端面出射。;当两个尼科耳棱镜主截 面平行、即 ? = 0°时，Ie= I，为最大值。此位置称为平行尼科耳； 当两个尼科耳棱镜主截面垂直、即 ? = 90°时，Ie= 0，为最小值。此位置称为正交尼科耳。;6·2 渥拉斯