偏振光学及其应用ppt课件.ppt
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1、1偏振光学及其应用偏振光学及其应用 光在晶体中的传输问题光在晶体中的传输问题基本概念和公式复习基本概念和公式复习例题分析例题分析作业题讲解作业题讲解2基本概念和公式复习基本概念和公式复习一、基本概念一、基本概念1 1 双折射现象的基本概念:双折射现象的基本概念: 2 晶体光学器件:晶体光学器件:o光,光,e光,晶体的光轴,主截面,主平面,光,晶体的光轴,主截面,主平面, o光和光和e光的偏振态光的偏振态正晶体和负晶体,波面,主折射率正晶体和负晶体,波面,主折射率no和和ne洛匈棱镜、渥拉斯顿棱镜、尼克耳棱镜和波晶片的结构、特点及其功能洛匈棱镜、渥拉斯顿棱镜、尼克耳棱镜和波晶片的结构、特点及其功
2、能 3 附加相位差附加相位差 : 00cos()cos()ooeeEEtEEt光通过波晶片时,由波晶片产生的光通过波晶片时,由波晶片产生的o o光光相对相对e e光光的相的相位延迟位延迟量量为:为: 2()oenn d34 入射(分解)相位差入射(分解)相位差 : 刚入射到波晶片上的各种偏振光分解成刚入射到波晶片上的各种偏振光分解成o o光光和和e e光光后产生的相位差后产生的相位差 .5 坐标轴投影相位差坐标轴投影相位差 : 从波晶片出射的两个互相垂直的光振动通过偏振片从波晶片出射的两个互相垂直的光振动通过偏振片P2时,在平行时,在平行P2透振方向透振方向的两个投影分量之间产生的相位差。的两
3、个投影分量之间产生的相位差。0e e 轴轴和和o o 轴轴的正方向沿的正方向沿 P2透振方向的投影方向相同透振方向的投影方向相同e e 轴轴和和o o 轴轴的正方向沿的正方向沿 P2透振方向的投影方向相反透振方向的投影方向相反6 随相位差变化的椭圆偏振态图随相位差变化的椭圆偏振态图 7 7随相位差变化的随相位差变化的线偏振态图线偏振态图.入47 偏振光干涉的基本装置和公式偏振光干涉的基本装置和公式 1)装置图)装置图 2)公式)公式 出射光强出射光强2222222222coseoeoIEEEE E出201coscoseEE201sinsinoEE出入 3)尖劈形晶片产生的干涉条纹的形状和间距)
4、尖劈形晶片产生的干涉条纹的形状和间距 近似处理:近似处理:o o光光和和e e光光在晶片中传播时在晶片中传播时不分开不分开,仅仅传播速度不同,仅仅传播速度不同.尖劈形晶片后产生的相位差为尖劈形晶片后产生的相位差为: : 2()oenn d干涉条纹的形状是平行棱边的直线条纹干涉条纹的形状是平行棱边的直线条纹. . 22( )II d()oedxnn 条纹间距条纹间距:54)旋光现象的基本概念)旋光现象的基本概念a 旋光率:旋光率: ddnnLRLR)()(210b b 左旋和右旋晶体:左旋和右旋晶体: LRnn (0)的晶体的晶体左旋晶体左旋晶体 右旋晶体右旋晶体 RLnn(0)的晶体的晶体c
5、c 磁致旋光(法拉第旋转)的规律和特点磁致旋光(法拉第旋转)的规律和特点 需要掌握的基本方法需要掌握的基本方法 1 1 利用计算法和惠更斯作图法求解晶体的双折射问题;利用计算法和惠更斯作图法求解晶体的双折射问题; 2 2 五种偏振光的获得和检验的方法五种偏振光的获得和检验的方法 ;3 3 偏振光干涉问题的求解方法偏振光干涉问题的求解方法。6例题分析例题分析1、如图,单色自然光源、如图,单色自然光源 S 置于透镜置于透镜 L 的焦点处,后面依次放置的焦点处,后面依次放置偏振片偏振片P、/4波晶片(波晶片( =/2)和理想平面反射镜)和理想平面反射镜M(反射率(反射率R=1,反射光与入射光相比有相
6、位反射光与入射光相比有相位的突变)。若入射到偏振片的突变)。若入射到偏振片P上的光上的光强为强为I0,P的透振方向与波晶片光轴的夹角为如图的的透振方向与波晶片光轴的夹角为如图的/4,试分,试分析光波经过各个器件后的光强和偏振态?析光波经过各个器件后的光强和偏振态?koeeok入射光:入射光:反射光:反射光:7解:解:解解题题思思路路1 计算出通过每一个区间的两个互相垂直的线偏振光的振幅和相位;计算出通过每一个区间的两个互相垂直的线偏振光的振幅和相位;2 对照随相位差变化的偏振态图确定偏振态;对照随相位差变化的偏振态图确定偏振态;3 利用相干光强公式计算光强;利用相干光强公式计算光强;1 区区偏
7、振态为:偏振态为:自然光自然光。 光强为:光强为: 01II ;已知已知: :2 区区经过偏振片经过偏振片P 后光强变为后光强变为: : 2200212IIE偏振态为:偏振态为:沿沿P透振方向的线偏振光透振方向的线偏振光。 3 区区30入2002coseEE002sinoEE223012oeIEEI332入出8出射光为如图的左旋正椭圆偏振光出射光为如图的左旋正椭圆偏振光 。0cos()2ooEEt0cos()eeEEt4 区区由于反射过程没有能量损失由于反射过程没有能量损失 00eeEE 00ooEE 2 2400012oeIEEI反射过程有半波损反射过程有半波损 o方向的光振动比方向的光振动
8、比e e方向的光振动方向的光振动相位延迟相位延迟 反43/22出出反射坐标系中反射坐标系中 0cos()2ooEEt0cos()eeEEt出射光为如图的右旋正椭圆偏振光出射光为如图的右旋正椭圆偏振光 。注意:已知偏振片注意:已知偏振片P的透振方向位于入射坐标系的的透振方向位于入射坐标系的一三一三象限,但是,由于反象限,但是,由于反射坐标系的射坐标系的e方向方向与入射坐标系的与入射坐标系的e方向方向相反,因此,偏振片的透振方向应当相反,因此,偏振片的透振方向应当位于反射坐标系的位于反射坐标系的二四二四象限。象限。95 区区反射光通过波晶片时反射光通过波晶片时 o方向的光振动和方向的光振动和e e
9、方向的光振动方向的光振动振幅不变。振幅不变。00eeEE 00ooEE 反射坐标系中反射坐标系中 出射光是如图的处于反射坐标系中的一三象限的线偏振光出射光是如图的处于反射坐标系中的一三象限的线偏振光. .22500012oeIEEI52入= -2550出入 0cos()eeEEt0cos()ooEEt6 区区马吕斯定律马吕斯定律: : )2(cos21)2(cos20256III0450)2 (cos21206II出射光是如图的处于反射坐标系中的二四象限的线偏振光出射光是如图的处于反射坐标系中的二四象限的线偏振光. .反射光隔离装置反射光隔离装置 102 如图所示,在杨氏干涉装置中,如图所示,
10、在杨氏干涉装置中,S点光源发出光强为点光源发出光强为I0的单色自然光,的单色自然光,S1和和S2为双孔,忽略传播过程光的衰减,回答如下问题。为双孔,忽略传播过程光的衰减,回答如下问题。(1)(1)如果在如果在S后放置一个偏振片后放置一个偏振片P,干涉条纹是否发生变化?,干涉条纹是否发生变化?(2)(2)如果在如果在S1和和S2之前再各放置一个偏振片之前再各放置一个偏振片P1和和P2 2,它们的透振方向互相垂直,它们的透振方向互相垂直,并都与并都与P的透振方向成如图的的透振方向成如图的450角,屏幕角,屏幕上的光强分布如何?上的光强分布如何?(3)(3)在在前面再放置一个偏振片前面再放置一个偏振
11、片P,其透振方向与,其透振方向与P平行,试比较在这种情况平行,试比较在这种情况下观察到的干涉条纹与下观察到的干涉条纹与P1、P2 2、 P都不存在时的干涉条纹有何不同?都不存在时的干涉条纹有何不同?(4)(4)同同(3)(3)的布置,仅将的布置,仅将P旋转旋转900,屏幕上干涉条纹有何变化?,屏幕上干涉条纹有何变化?(5)(5)同同(3)(3)的布置,仅将的布置,仅将P撤去,屏幕上是否有干涉条纹?撤去,屏幕上是否有干涉条纹?(6)(6)类似类似(2)(2)的布置,屏幕的布置,屏幕上的上的F0和和F1分别是未加分别是未加P1和和P2时时的零级和一级亮纹的零级和一级亮纹所在处,所在处,是是F0和和
12、F1的四等分点,说明的四等分点,说明F0 , ,F1 ,FFF,FFF偏振态?偏振态? 各点处的光的各点处的光的11解:解: 没有放置任何偏振片时,杨氏干涉的光强分布和相位差公式没有放置任何偏振片时,杨氏干涉的光强分布和相位差公式 :204cos ( /2)II212()()xdk rrDD双缝到屏幕的距离双缝到屏幕的距离, , d 为双缝的间距为双缝的间距, , 是入射光的波长是入射光的波长 .(1)在在S后放置一个偏振片后放置一个偏振片P变化:变化: 自然光变为沿偏振片自然光变为沿偏振片P透振方向的线偏振光透振方向的线偏振光 .从双缝出射的光强从双缝出射的光强 :021IIP双缝双缝S1和
13、和S2满足满足相干条件相干条件屏幕屏幕上的相干光强分布变为:上的相干光强分布变为:22104cos ( /2)2 cos ( /2)PIII干涉条纹的形状、间距、可见度等其余特性不发生变化。干涉条纹的形状、间距、可见度等其余特性不发生变化。 (2) 在在S1和和S2之前再各放置一个偏振片之前再各放置一个偏振片P1和和P2 2,它们的透振方向互相垂直,并都,它们的透振方向互相垂直,并都与与P的透振方向成如图的的透振方向成如图的450角。角。从双从双缝缝S1和和S2出射的两束出射的两束线偏振光线偏振光是是互相垂直互相垂直的,的,不不满足满足相干条件。相干条件。04121IIIPPPP0221II1
14、2(3) 在在前面再放置一个偏振片前面再放置一个偏振片P,其透振方向与,其透振方向与P平行平行从双缝从双缝S1和和S2出射的两束出射的两束互相垂直线偏振光互相垂直线偏振光强:强:04121IIIPPPP通过通过P再次投影,出射的两束沿再次投影,出射的两束沿P的透振方向的的透振方向的偏振光强为:偏振光强为:08121IIIPPPPPP满足相干条件满足相干条件 22300114 ()cos ( /2)cos ( /2)82III 干涉条纹的形状、间距、可见度等其余特性不发生变化。干涉条纹的形状、间距、可见度等其余特性不发生变化。 与与P1、P2 2、 P都不存在时的干涉条纹的特征相同,只是光强减弱
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