偏振与双折射实验.ppt

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1、偏振与双折射实验,实验原理,1 偏振光与自然光,1.光的偏振现象：,偏振是横波特有的现象，如机械横波：,缝阑转 90 0 后 波不能通过 偏振现象.,如光波能发生这种现象，就是横波。,实验1：演示,观察太阳光，看到偏振片透明，将偏振片转过900后，,问题：光波是不是横波？!,偏振化方向,情况不变。,偏振片,实验2：演示,偏振片透明,偏振片全黑（消光现象）,B 绕轴旋转，强度发生变化,说明了光波是横波！,问题：如何解释实验 1、2？,实验1：转过900后，偏振片仍然透明。,2.自然光与偏振光,偏振光,线偏振光（完全偏振光）部分偏振光椭圆（圆）偏振光,（1）线偏振光：光矢量在一个确定的平面内沿一个

2、确定的振动方向振动。,（2）部分偏振光：各个振动方向都有，但有一个方向占优势。,（3）椭圆（圆）偏振光：,一个振动方向，但振动方向随时间变化（变化沿椭圆）,椭圆（圆）偏振光,（4）自然光（非偏振光）,实际的光源中许多原子同时跃迁独立发光，振动方向各不相同，但机会均等。,自然光可分解为两个垂直的、振幅相等的独立光振动。,实验1：,实验2:,偏振片透明,偏振片全黑,B 绕轴旋转，强度发生变化,偏振片透明,绕轴旋转900，情况不变。,现在可以解释实验1、2了,这是因为入射光是自然光。,入射到B片的光是偏振光时，光的横波特性表现出来了。,利用选择吸收获得线偏振光,起偏器,检偏器,偏振片的起偏 与检偏作

3、用,3.如何由自然光获得线偏振光？,2 马吕斯定律,研究透射光的强度,10 若自然光在 a 的前方强度是 I0，则过 a 后的强度是(I0 2),20 由马吕斯定律知,讨论,3 光的双折射现象,1.晶体对光的双折射现象,0光：寻常光 线，遵循折射定律 e光：非常光 线，不遵循折射定律,方解石 CaCO3,2.双折射现象产生的原因 各向同性的介质各方向对光的折射率n相同，不产生双折射,对 O 光：一个折射率 对 e 光：无数个折射率,但CaCO3等类各向异性晶体,CaCO3,3.几个概念,（1）晶体的光轴：是一个特殊的方向，沿着此方向传播 的光不发生双折射。沿此方向o、e光速度相同。,（2）晶体

4、的主截面：光轴与晶体表面法线组成的平面。,（3）光线的主平面：光轴与晶体中光线组成的平面。,注意：,重点研究：入射光在主截面内的情况,10 o 光 e 光的主平面不一定相同,o 光的振动方向 o 光的主平面,e 光的振动方向/e 光的主平面,入射光在主截面内，则o、e光在主截面内。o、e光主平面就与主截面为同一平面。o 光振动方向 e光振动方向,20 主平面，主截面不一定相同。,（4）负晶体,负晶体,n0 常数,在垂直于光轴的方向上：,晶体的主折射率,ne变化,负晶体,4.用惠更斯原理解释双折射现象,重要！,5.利用双折射获得线偏振光,（1）尼科尔棱镜,方解石,加拿大树胶,（2）格兰汤姆逊棱镜

5、（略，得到 o光）,e,（用方解石粘结而成，得到 e 光）,为任意值，合振动的轨迹为一般椭圆,4 波晶片,1.椭圆偏振光与圆偏振光的产生,回顾互相垂直的机械振动的合成,为直线,为椭圆,为正椭圆,k为偶数，振动方向不变。k为奇数振动方向改变 2。,A1=A2为圆,若相同，恒定，振动方向互相垂直，且,合振动为 任一椭圆,正椭圆,圆,10 自然光在双折射晶体中产生的 o 光、e 光叠加，能否产生椭圆偏振光？,20 由线偏振光在双折射晶体中分成的 o 光、e 光 可能产生椭圆偏振光。从双折射晶体中出射的o光e光有恒定位相差。,对光振动：,不能！出射光仍为自然光。,讨论,获得椭圆和圆偏振光的光路图,*k

6、 时晶片出来的光是椭圆偏振光，,*=k 时，(k=1,2)仍为线偏振光。,k为偶数，振动方向不变。k为奇数振动方向改变 2。,A,A0,Ae,a,光轴,主平面,=45 0 时，Ae=A0，是圆偏振光。,0光e光从b面出射时，光程差和位相差分别为：,2.波晶片：,（1）/2 波片：晶片的厚度为 d，使光程差为/2。,符合,入射光是线偏振光时，从/2 波片中出来,（2）/4 波片：晶片的厚度为 d，使光程差为/4。,符合,入射光是线偏振光时，从/4 波片中出来是,（1/2 波片 1/4 波片）,仍是线偏振光。,椭圆偏振光。,20自然光与部分偏振光两垂直成分无恒定相位差、而椭圆和圆偏振光两垂直成分有

7、恒定相位差。,40椭圆与圆偏振光（长轴或短轴平行于1/4 波片的光轴时）经1/4 波片后，两垂直成分位相差为,10/2 波片、/4 波片是对一定的 而言的。,30自然光、部分偏振光通过/2、/4 波片仍然是自然光或部分偏振光。,讨论,出来的是线偏振光,3.偏振光的干涉,研究在同一平面上振动的两偏振光的干涉,偏振片P2 附加位相差,从 C 出射的 o 光、e 光通过 P2后才会产生通常意义下的干涉。,从 C 出射的 o 光、e 光 能否产生干涉？,P1、P2 两偏振片的偏振化方向互相垂直放置：,不能！O光、e光振动方向互相垂直，不是相干光。,负晶体,*晶面上O光、e光 的位相相同。,*从晶体中出

8、来后，O光、e光位相差为,*偏振片P2 附加位相差。,从 P2 出来的光强：,实验仪器,冰洲石 激光器 偏振片 1/4波片1/2波片 激光接收器 数字光电检流计,注意事项,1.眼睛请勿直视激光。2.每个器件非常昂贵，请务必小心。,实验内容,1、观察光学各向异性晶体中的双折射现象,2、验证马吕斯定律,3、判别/2 波片、/4 波片,4、观测椭圆偏振光通过检偏器的光强,实验内容2、4的光路示意图,1怎么用实验的方法来区分自然 光，圆偏振光，椭圆偏振光，部分偏振光，线偏振光？2.两片正交偏振片中间再插入一偏 振片会有什么现象？怎样解释？3.通过波片后0光e光的位相差与波片的厚度有什么关系？,思考题：,