物理光學(xué)-第四章-晶體光學(xué)

1、1第一節(jié)第一節(jié)光波的偏振特性光波的偏振特性第二節(jié)第二節(jié) 光在晶體中的傳播及在晶體表面的折射和光在晶體中的傳播及在晶體表面的折射和反射反射第三節(jié)第三節(jié) 晶體偏振器件晶體偏振器件第四節(jié)第四節(jié) 偏振的矩陣表示偏振的矩陣表示第五節(jié)第五節(jié) 偏振光的變換和測(cè)定偏振光的變換和測(cè)定第六節(jié)第六節(jié) 偏振光的干涉偏振光的干涉第七節(jié)第七節(jié) 磁光、電光和聲光效應(yīng)磁光、電光和聲光效應(yīng)第八節(jié)第八節(jié) 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象第四章第四章 光的偏振和晶體光學(xué)基礎(chǔ)光的偏振和晶體光學(xué)基礎(chǔ)2 4.1 光波的偏振特性光波的偏振特性n光波是橫波（光波是橫波（TEM波），其光矢量的振動(dòng)方向與光波），其光矢量的振動(dòng)方向與光波傳播方向垂直。波傳播方向

2、垂直。n在垂直傳播方向的平面內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量還可能存在在垂直傳播方向的平面內(nèi)，電場(chǎng)強(qiáng)度矢量還可能存在各種不同的振動(dòng)方向。光振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向不各種不同的振動(dòng)方向。光振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向不對(duì)稱的性質(zhì)稱為光波的偏振特性。對(duì)稱的性質(zhì)稱為光波的偏振特性。n波的偏振性是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志。波的偏振性是橫波區(qū)別于縱波的一個(gè)最明顯的標(biāo)志。n非偏振光非偏振光: 光矢量振動(dòng)方向相對(duì)光光矢量振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方向具有對(duì)稱性；傳播方向具有對(duì)稱性；n偏振光偏振光: 光矢量振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方不光矢量振動(dòng)方向相對(duì)光傳播方不具有對(duì)稱性；又分為完全偏振光和部分偏具有對(duì)稱性；又分為完全偏振光和部分偏振光。

3、振光。34.1.1 光波的偏振態(tài)光波的偏振態(tài)n線偏振光線偏振光n在光的傳播方向上各點(diǎn)的光矢量在確定的平面在光的傳播方向上各點(diǎn)的光矢量在確定的平面（振動(dòng)面振動(dòng)面）內(nèi)，這種光稱為平面偏振光。在垂直）內(nèi)，這種光稱為平面偏振光。在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，平面偏振的光矢量端點(diǎn)的于傳播方向的平面內(nèi)，平面偏振的光矢量端點(diǎn)的軌跡為一直線，又稱為線偏振光。軌跡為一直線，又稱為線偏振光。44.1.1 光波的偏振態(tài)光波的偏振態(tài)n傳播方向相同、振動(dòng)方向相互垂直、傳播方向相同、振動(dòng)方向相互垂直、相位差恒定的兩平面偏振光疊加相位差恒定的兩平面偏振光疊加（或組合）可合成光矢量有規(guī)則變（或組合）可合成光矢量有規(guī)則變化的圓偏振

4、光和橢圓偏振光化的圓偏振光和橢圓偏振光 。54.1.1 光波的偏振態(tài)光波的偏振態(tài)n非偏振非偏振(自然光自然光) 由普通光源發(fā)出的光波不是單一的平面偏振光，由普通光源發(fā)出的光波不是單一的平面偏振光，而是許多光波的總和：在各個(gè)振動(dòng)方向上觀察的振而是許多光波的總和：在各個(gè)振動(dòng)方向上觀察的振幅平均值相等，幅平均值相等，初相位完全無關(guān)初相位完全無關(guān)，這種光稱為非偏，這種光稱為非偏振光，或稱自然光。振光，或稱自然光。 自然光可以用相互垂直、振幅相同、相位差不確定自然光可以用相互垂直、振幅相同、相位差不確定兩平面偏振光表示。兩平面偏振光表示。 但不能合成一個(gè)穩(wěn)定的但不能合成一個(gè)穩(wěn)定的 偏振光偏振光6n部分偏

5、振部分偏振在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，某個(gè)方向的振在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)，某個(gè)方向的振動(dòng)比其它方向占優(yōu)勢(shì)的光波稱動(dòng)比其它方向占優(yōu)勢(shì)的光波稱部分偏振光部分偏振光。部。部分偏振光可以看作是分偏振光可以看作是平面偏振光和自然光平面偏振光和自然光的混的混合。也可以用相互垂直、振幅不相等、相位差合。也可以用相互垂直、振幅不相等、相位差不確定的兩平面偏振光表示。不確定的兩平面偏振光表示。 7n偏振度偏振度P：偏振度的定義為在部分偏振光的：偏振度的定義為在部分偏振光的總強(qiáng)度中平面偏振光所占的比例，即總強(qiáng)度中平面偏振光所占的比例，即MmPMmIIIPIII總式中，式中，IM和和Im分別為相位不相關(guān)相互正交

6、的兩個(gè)特殊分別為相位不相關(guān)相互正交的兩個(gè)特殊方向上所對(duì)應(yīng)的最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)。方向上所對(duì)應(yīng)的最大光強(qiáng)和最小光強(qiáng)。對(duì)于非偏振光，對(duì)于非偏振光，P0；對(duì)于完全偏振光，對(duì)于完全偏振光，P1; 對(duì)于部分偏振光，對(duì)于部分偏振光， 0P1。84.1.2 完全偏振光的三種形式完全偏振光的三種形式n沿沿z方向傳播的波動(dòng)方程的通解可表示為沿方向傳播的波動(dòng)方程的通解可表示為沿x、y方向振動(dòng)的兩個(gè)獨(dú)立場(chǎng)分量的線性組合，即方向振動(dòng)的兩個(gè)獨(dú)立場(chǎng)分量的線性組合，即ijxyEEE表示傳播方向相同、振動(dòng)方向相互垂直、有固定相表示傳播方向相同、振動(dòng)方向相互垂直、有固定相位差的兩線偏振光。位差的兩線偏振光。n根據(jù)空間任一點(diǎn)光電場(chǎng)

7、根據(jù)空間任一點(diǎn)光電場(chǎng)E的矢量末端軌跡，可將完的矢量末端軌跡，可將完全偏振光分為線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。全偏振光分為線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光。00coscosxxxyyyEEtkzEEtkz其中，其中，94.1.2 完全偏振光的三種形式完全偏振光的三種形式n橢圓偏振光橢圓偏振光 將上二式中消去將上二式中消去( t-kz)，可得，可得22200002cossinyyxxxyxyEEEEEEEE 在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，這是一個(gè)二元二在垂直于傳播方向的平面內(nèi)，這是一個(gè)二元二次方程，一般情況下表示的幾何圖形是橢圓，對(duì)次方程，一般情況下表示的幾何圖形是橢圓，對(duì)應(yīng)橢圓偏振光，其電矢量的大小

8、和方向都隨時(shí)間應(yīng)橢圓偏振光，其電矢量的大小和方向都隨時(shí)間變化。變化。yx其中，其中，104.1.2 完全偏振光的三種形式完全偏振光的三種形式n橢圓外切于一個(gè)矩形，邊長(zhǎng)分別為橢圓外切于一個(gè)矩形，邊長(zhǎng)分別為2E0 x和和2E0y?？梢宰C明，橢圓的長(zhǎng)軸和可以證明，橢圓的長(zhǎng)軸和x軸的夾角由下式?jīng)Q定軸的夾角由下式?jīng)Q定0002202tan2cosyxyxE EEE=114.1.2 完全偏振光的三種形式完全偏振光的三種形式n在某一時(shí)刻，沿傳播方向上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)在某一時(shí)刻，沿傳播方向上各點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量度矢量E的端點(diǎn)是分布在具有橢圓截面的螺旋的端點(diǎn)是分布在具有橢圓截面的螺旋線上。線上。12電磁波電磁波

9、的極化的極化矢端軌跡是圓，則該電磁波稱為圓極化波。矢端軌跡是圓，則該電磁波稱為圓極化波。逆（迎）著光傳播的方向，矢端的旋轉(zhuǎn)方向，逆時(shí)針逆（迎）著光傳播的方向，矢端的旋轉(zhuǎn)方向，逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，稱為左旋圓極化波。（方向旋轉(zhuǎn)，稱為左旋圓極化波。（與電磁場(chǎng)理論中的規(guī)定與電磁場(chǎng)理論中的規(guī)定相反相反） y yx z傳播方向傳播方向 /2xE 0/2xyxt13/2xy 電磁波電磁波的極化的極化逆著光傳播的方向，矢端的旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，逆著光傳播的方向，矢端的旋轉(zhuǎn)方向順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，稱為右旋圓極化波稱為右旋圓極化波xt 144.1.2 完全偏振光的三種形式完全偏振光的三種形式n相位差相位差 和振幅比和

10、振幅比E0 xE0y決定了橢圓形狀和決定了橢圓形狀和空間取向，也就決定了光的不同偏振態(tài)?？臻g取向，也就決定了光的不同偏振態(tài)。yx154.1.2 光波的偏振特性光波的偏振特性非偏振光（自然光非偏振光（自然光P0 ）光波部分偏振光（光波部分偏振光（ 0P1 ）偏振光線偏振光偏振光線偏振光完全偏振光圓偏振光完全偏振光圓偏振光（ P1） 橢圓偏振光橢圓偏振光完全偏振光的特點(diǎn)：完全偏振光的特點(diǎn)：P1164.1.3 反射光和透射光的偏振特性反射光和透射光的偏振特性1. 線偏振光線偏振光 的反射率和透射率的反射率和透射率設(shè)入射光的電矢量振動(dòng)面與入射面的夾角為設(shè)入射光的電矢量振動(dòng)面與入射面的夾角為 （方（方位

11、角）位角），22cossinipiisiWWWW由，rprsrprrsiiiiWWWWWRWWWW得2222cossincossinrprspsipisWWRRWW22cossinpsTTT類似地可得1cosiiWIEipEisErpErsEtpEts 1172. 自然光的反射率自然光的反射率12isipirsrpniWWWWWRW由得 221 2rprsisipspWWWWRR18n圖中給出了按光學(xué)玻璃圖中給出了按光學(xué)玻璃 (n1.52) 和空氣界面計(jì)和空氣界面計(jì)算得到的自然光的反射率隨入射角算得到的自然光的反射率隨入射角 1變化的關(guān)系變化的關(guān)系曲線。曲線。 19n由于兩個(gè)分量的反射率不相等

12、，反射光和折射光的由于兩個(gè)分量的反射率不相等，反射光和折射光的偏振狀態(tài)相對(duì)入射光發(fā)生變化。反射光的偏振度為偏振狀態(tài)相對(duì)入射光發(fā)生變化。反射光的偏振度為rprspipsispsrrprspipsispsIIR IR IRRPIIR IR IRRtptspsttptspsIITTPIITT折射光的偏振度為折射光的偏振度為n綜上所述綜上所述光在界面上的反射、透射特性由三個(gè)因素決定：入光在界面上的反射、透射特性由三個(gè)因素決定：入射光的偏振態(tài)，入射角，界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。射光的偏振態(tài)，入射角，界面兩側(cè)介質(zhì)的折射率。自然光自然光20n當(dāng)入射角滿足關(guān)系當(dāng)入射角滿足關(guān)系 1+ 290，即反射光與折，即反射光

13、與折射光互相垂直時(shí)射光互相垂直時(shí): 21tanBnn1212tantanpr有有rp0。稱為布儒斯特角定律。稱為布儒斯特角定律。即反射光中不存在即反射光中不存在p分量，分量，p分量入射波全部透射到分量入射波全部透射到媒質(zhì)媒質(zhì)2。此入射角稱為布儒斯特。此入射角稱為布儒斯特(Brewster)角，記為角，記為 B。利用折射定律，可得該。利用折射定律，可得該 B 滿足滿足21n當(dāng)光以布儒斯特角入射時(shí)，反射光中只有當(dāng)光以布儒斯特角入射時(shí)，反射光中只有s分量，為分量，為線偏光。透射光為部分偏振光，其中線偏光。透射光為部分偏振光，其中s分量較弱。分量較弱。n由菲涅耳公式，由菲涅耳公式，s分量和分量和p分量

14、的透射系數(shù)為：分量的透射系數(shù)為： 222sincos2cossin(/2)BsBt222sincossin(/2)cos()BpBt22222222sin2sintancos(/22)sin(2)22n經(jīng)過一對(duì)平行面的透射光。經(jīng)過一對(duì)平行面的透射光。 np分量上表面透射為：分量上表面透射為：21(1)2()tanPPAAnp分量下表面透射為：分量下表面透射為：2111(2)222()tantantantan()2pPBPPAAAA即即p分量全透射，經(jīng)過分量全透射，經(jīng)過n層后仍然為層后仍然為Ap1。 23n對(duì)于對(duì)于s分量，上表面和下表面的透射為：分量，上表面和下表面的透射為：21(1)22()2

15、sinSSAA21(2)22()sin (2)SSAA通過通過n對(duì)平行的表面，則對(duì)平行的表面，則s分量的透射為：分量的透射為： 21(2 )22()sin (2)nnSSAA,n0)()2(2nSA12)2()(PnpAA如果如果則則。但。但透射光中只有透射光中只有p分量。是平面偏振光。分量。是平面偏振光。 241. 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象光束在某些晶體中傳播時(shí)，由于晶體對(duì)兩個(gè)相互垂直振動(dòng)矢量光束在某些晶體中傳播時(shí)，由于晶體對(duì)兩個(gè)相互垂直振動(dòng)矢量的光的折射率不同而產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為的光的折射率不同而產(chǎn)生兩束折射光，這種現(xiàn)象稱為雙折射雙折射。2. 尋常光（尋常光（o光）和非尋常光（光）和

16、非尋常光（e光）光）兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱為尋常光（兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱為尋常光（o光）光）；另外一束一般不遵守折射定律，稱為非尋常光（；另外一束一般不遵守折射定律，稱為非尋常光（e光）。光）。折射定律有兩個(gè)含義：折射定律有兩個(gè)含義：A. 折射角的關(guān)系，折射角的關(guān)系，B. 入射光線和折射光線與法線同在一個(gè)平面。入射光線和折射光線與法線同在一個(gè)平面。說明：說明：1o光和光和e光與晶體密不可分光與晶體密不可分 2折射定律的含義折射定律的含義一、晶體的雙折射現(xiàn)象一、晶體的雙折射現(xiàn)象4.2 4.2 光在晶體中的傳播、折射和反射光在晶體中的傳播、折射和反射25二、晶體特

17、性二、晶體特性 方解石晶體（方解石晶體（CaCO3）頓隅26對(duì)嗎？對(duì)嗎？光軸光軸o光光e光光ie光光o光光 o光、光、e光只光只在晶體內(nèi)部在晶體內(nèi)部才有意義！才有意義！只有在晶體內(nèi)部才有意義271、光軸：在雙折射晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)、光軸：在雙折射晶體中存在一個(gè)特殊的方向，當(dāng)光束在這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，此光束在這個(gè)方向傳播時(shí)不發(fā)生雙折射，此方方向向稱為晶體的光軸。稱為晶體的光軸。在光軸方向上，在光軸方向上，o 光和光和 e 光都遵守折射定律。而且：光都遵守折射定律。而且： no=ne282.2.主截面：主截面：晶體中光的晶體中光的傳播方向傳播方向與晶體光軸構(gòu)成與晶體光軸構(gòu)成的平面

18、。的平面。e光光光軸光軸e光的光的主截面主截面o光光光軸光軸o光的光的主截面主截面O光振動(dòng)：光振動(dòng)：垂直垂直O(jiān)光主截面垂直于光軸。光主截面垂直于光軸。 光振動(dòng)：光振動(dòng)： 平行平行 光主截面不一定平行于光軸。光主截面不一定平行于光軸。e eO光的波面是球面，光的波面是球面， e光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面光的波面是旋轉(zhuǎn)橢球面29三三. o光和光和e光的相對(duì)光強(qiáng)光的相對(duì)光強(qiáng)自然光入射下，自然光入射下，o光和光和e光的振幅相同。光的振幅相同。平面偏振光入射，平面偏振光入射，o光、光、e光的振幅不一定相同，光的振幅不一定相同，隨著隨著晶體方向的改變，它們的振幅也發(fā)生變化晶體方向的改變，它們的振幅也發(fā)生變化 。

19、OOAA相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度cossinAAAAeo222222sin( )( )cosooooeeeeIn An AInAnA2)(tgnnIIeoeo空氣中：空氣中：2tgIIeo=90o: o光最強(qiáng)，光最強(qiáng)，e光消失光消失=0o: e光最強(qiáng)，光最強(qiáng)，o光消失光消失22(sincos)oeIIII重疊部分強(qiáng)度不變重疊部分強(qiáng)度不變30 四、四、 光在晶體中的波面惠更斯作圖法光在晶體中的波面惠更斯作圖法o光光e光光ovev光軸光軸o光光eenvce光光oevv oenn o光光e光光ovev光軸光軸oonvc常數(shù)常數(shù)或或稱為負(fù)晶體稱為負(fù)晶體oevv oenn 或或稱為正晶體稱為正晶體（如方解石）（

20、如方解石）（如石英）（如石英）振子有三個(gè)不同的固有頻率，振子有三個(gè)不同的固有頻率， 、 和和 12331vo t光軸光軸光軸光軸ve tvo t單軸晶體振子有二個(gè)頻率相同。單軸晶體振子有二個(gè)頻率相同。 垂直于光軸的振動(dòng)頻率：垂直于光軸的振動(dòng)頻率：o光，速度光，速度vo平行于光軸的振動(dòng)頻率：平行于光軸的振動(dòng)頻率：e光，速度光，速度ve其它方向速度：其它方向速度： vov ve負(fù)晶體：當(dāng)負(fù)晶體：當(dāng)e光振動(dòng)方向與光軸平行時(shí)速度最大。光振動(dòng)方向與光軸平行時(shí)速度最大。正晶體反之。正晶體反之。32 光軸平行晶體表面，且垂直入射面，光軸平行晶體表面，且垂直入射面， 自然光斜入射自然光斜入射晶體晶體 光軸光軸

21、ir0reo ot e eteo ectnrooci0sinsin nreeeci sinsin1. 光在晶體中的傳播方向光在晶體中的傳播方向o光傳播方向垂至于其波面；光傳播方向垂至于其波面；e光傳播方向不一定垂至于其波面，光軸是旋轉(zhuǎn)橢球面光傳播方向不一定垂至于其波面，光軸是旋轉(zhuǎn)橢球面的轉(zhuǎn)軸。的轉(zhuǎn)軸。33 光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射o e晶體晶體光軸光軸 e方解石方解石光軸光軸o eoo o光垂直于波面光垂直于波面, , e e光不垂直于波面！光不垂直于波面！o e晶體晶體光軸光軸o e出現(xiàn)出現(xiàn)e e光與入射光在法光與入射光在法線同一側(cè)的情況！線同一側(cè)

22、的情況！負(fù)晶體：負(fù)晶體：e光有向最大速度方向行走的趨勢(shì)光有向最大速度方向行走的趨勢(shì)34當(dāng)光軸在入射面內(nèi)，在晶體內(nèi)當(dāng)光軸在入射面內(nèi)，在晶體內(nèi)o光和光和e光的主截面重光的主截面重合，但合，但no和和ne不等。不等。光線在一般情況下入射晶體，光線在一般情況下入射晶體， o光和光和e光是不同光是不同面的。即主截面不重合。面的。即主截面不重合。35ooee光軸光軸1.1.光軸垂直于晶體表面，光軸垂直于晶體表面，平行于入射面。平行于入射面。沿光軸傳播沿光軸傳播, ,o o, ,e e速度不分速度不分開開.ooeetcieror光軸光軸2.2.光軸平行于晶體表面，光軸平行于晶體表面，垂直于入射面。垂直于入射

23、面。交線都是交線都是圓，圓，o o, ,e e速度分開速度分開光軸是轉(zhuǎn)軸光軸是轉(zhuǎn)軸 e o e o光軸光軸晶體晶體 o o, , e e在方向上雖沒分開，但速在方向上雖沒分開，但速度上是分開的。度上是分開的。3.3.光軸平行晶體表面，光軸平行晶體表面，自然光垂直入射自然光垂直入射36o光光: :00 cn e光光: :ec een n0 0 ，ne稱為稱為晶體的主折射率晶體的主折射率二二. . 單軸晶體的主折射率單軸晶體的主折射率光矢量與晶體光軸的夾角不同光矢量與晶體光軸的夾角不同, , e e光速度不同。光速度不同。與方向無關(guān)與方向無關(guān)晶體晶體 光軸光軸ir0reo ot e eteo ec

24、tnrooci0sinsin nreeeci sinsin負(fù)晶體：負(fù)晶體：neno對(duì)于多數(shù)晶體兩者差別不大。對(duì)于多數(shù)晶體兩者差別不大。當(dāng)當(dāng)e光垂直于光軸方向傳播時(shí)，光線與波面垂直。光垂直于光軸方向傳播時(shí)，光線與波面垂直。37一、偏振器件一、偏振器件1. 尼科耳棱鏡（尼科耳棱鏡（W.Nicol, 1828年）年） 材料：方解石材料：方解石48641. 1,65836. 1eonn (一一)偏振起偏棱鏡偏振起偏棱鏡4.3 4.3 晶體偏振器件晶體偏振器件作用：產(chǎn)生偏振光或檢測(cè)偏振光。作用：產(chǎn)生偏振光或檢測(cè)偏振光。38方解石方解石加拿大樹膠對(duì)鈉黃光加拿大樹膠對(duì)鈉黃光55. 1n 658. 1no48

25、6. 1ne光軸光軸oeoe68o48o全反射臨界角：全反射臨界角：1.55arcsin701.658oci 以以76o角入射。角入射。作用：作為起偏器或者檢偏器。作用：作為起偏器或者檢偏器。檢偏器：檢偏器：20cosII平行尼科爾棱鏡平行尼科爾棱鏡0正交尼科爾棱鏡正交尼科爾棱鏡90o391.55arcsin701.658oci c90 - =20.83ooii折射角：折射角：最大入射角：最大入射角：arcsin(sin )=36.14ooinii2=90o-68o214.14ooS MSii 例：求棱鏡粘合面上例：求棱鏡粘合面上最大入射角最大入射角ic, 外表面外表面相應(yīng)的最大入射角相應(yīng)的最

26、大入射角oS MSo68oic ii2iSoMS402. 2. 偏振棱鏡偏振棱鏡偏光鏡偏光鏡: : 格蘭格蘭湯姆孫棱鏡湯姆孫棱鏡 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光軸的取向使光軸的取向使o光、光、e光對(duì)應(yīng)的恰是光對(duì)應(yīng)的恰是no、 ne 。no (1.6584)n (1.55)ne(1.4864)41(2). 格蘭付科（格蘭付科（Glan-foucault）棱鏡）棱鏡AAa)AAb)423. 3. 偏光分束鏡偏光分束鏡 : :(1)(1)沃拉斯頓棱鏡沃拉斯頓棱鏡（Wollaston）：）：方解石方解石 noneo變成變成e光

27、，光， e變成變成o光光2arcsin ()tan)oenn12方解石方解石方解石方解石 oe光軸光軸光軸光軸 利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石利用兩個(gè)正交的光軸分解光。材料：冰洲石。43(2).洛匈棱鏡洛匈棱鏡oenn 材料：石英材料：石英44二、波片（位相延遲器）二、波片（位相延遲器）它的作用是：它的作用是：o光和光和e光通過波片時(shí)的光程差與位相差：光通過波片時(shí)的光程差與位相差：dnndnneoeo2d是波片厚度。是波片厚度。使兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂使兩個(gè)振動(dòng)方向相互垂直的光產(chǎn)生位相延遲。直的光產(chǎn)生位相延遲。制作：用單軸透明晶體做成的平行平板，光軸與表面平行制作：用單軸透明晶體做成的平行

28、平板，光軸與表面平行。AAoAe 光軸光軸P cossinAAAAeo 振幅關(guān)系振幅關(guān)系ydxAAoAe 線偏振光線偏振光光軸光軸45快軸和慢軸：快軸和慢軸：快軸：稱晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S?？燧S：稱晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。慢軸：稱晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。4622)41(mmdnneo , 對(duì)應(yīng)的則稱該波片是則稱該波片是1/4波片，波片，1/4波片的最小厚度：波片的最小厚度：)(4mineonnd若若當(dāng)當(dāng)n0ne時(shí)，時(shí)，e光超前，波片的快軸為光超前，波片的快軸為e 矢量方向。矢量方向。1、 /4波片波片性質(zhì)：性質(zhì)：1

29、）線偏振光入射時(shí)，出射光為橢圓偏振光；）線偏振光入射時(shí)，出射光為橢圓偏振光；2）與快慢軸都成）與快慢軸都成45度線偏振光入射，出射光為圓偏振光。度線偏振光入射，出射光為圓偏振光。47O光和光和e光產(chǎn)生的光程差光產(chǎn)生的光程差1() , 2 (21)oenn dmm 對(duì)應(yīng)的稱該晶片為二分之一波片稱該晶片為二分之一波片。2、 /2波片波片性質(zhì)：性質(zhì)：1）橢圓偏振光入射時(shí)，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向）橢圓偏振光入射時(shí)，出射光仍為橢圓偏振光，只是旋向相反；相反；2）線偏振光入射時(shí)，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏）線偏振光入射時(shí)，出射光仍為線偏振光。若入射的線偏振光與快（慢）軸夾角為振光與快（慢）軸

30、夾角為 ，出射光的振動(dòng)方向向著，出射光的振動(dòng)方向向著快（慢快（慢）軸轉(zhuǎn)動(dòng)了）軸轉(zhuǎn)動(dòng)了2 。A0入入A0出出A出出 A入入Ae入入= Ae出出光軸光軸483、全波片、全波片mmdnneo2對(duì)應(yīng)的 , 稱該晶片為全波片稱該晶片為全波片。性質(zhì)：性質(zhì)：1）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；）不改變?nèi)肷涔獾钠駹顟B(tài)；2）只能增大光程差。）只能增大光程差。49三、補(bǔ)償器三、補(bǔ)償器巴比涅（巴比涅（Babinet）補(bǔ)償器）補(bǔ)償器d1d2入射光入射光微量移動(dòng)微量移動(dòng)一般橢圓偏振光一般橢圓偏振光 ：2eooeeonnddnndnnd212122或0缺點(diǎn)：光束極窄缺點(diǎn)：光束極窄補(bǔ)償器補(bǔ)償器500000cos ,sincos(

31、) cos():xyxyikzikzxyAAAAEx Atkzy AtkzEx A ey A e復(fù)振幅xyAAxAy2、橢圓偏振光橢圓偏振光(包括圓偏振光包括圓偏振光)cos()cos()xxyyEAtkzEAtkzxyAExEy4.4 4.4 偏振的矩陣表示偏振的矩陣表示一、偏振光的表示一、偏振光的表示1、線偏振光的分解、線偏振光的分解51或者表示為或者表示為:00()00exp()exp(),2,2xyikzi kzxyxyxyExx Ai wtkzEyy Ai wtkzEx A ey A eAAAA 當(dāng)時(shí) 為圓偏振光當(dāng)時(shí) 右旋橢圓光。,2 xyAA當(dāng)時(shí) 左旋光。與電磁場(chǎng)中的判斷一致！與電

32、磁場(chǎng)中的判斷一致！2fkzzv速度大，相位累計(jì)??；速度大，相位累計(jì)??；快軸快軸小，慢軸小，慢軸大。大。520,cossin2ymxmxEtEtEt arctantanxxtt arctanyxEE/2/2xyyx左旋左旋以圓極化為例：00coscosxxxyyyEEtkzEEtkz/2xy 530,當(dāng) 時(shí)，是線偏振光。所以任意一個(gè)偏振光都可表示為所以任意一個(gè)偏振光都可表示為: a.光矢量互相垂直光矢量互相垂直 b.沿同一方向傳播且位相差恒定沿同一方向傳播且位相差恒定的兩個(gè)線偏振光的合成。的兩個(gè)線偏振光的合成。541212ixiyEa eEa e二、偏振光的矩陣表示二、偏振光的矩陣表示()00i

33、kzi kzxyEx A ey A e12121121211 ixiyiia eEEEa ea eaea（）為瓊斯矢量。55稱為歸一化的瓊斯矢量稱為歸一化的瓊斯矢量12121122222212121221111,iiia eaEaea eaaaaaaaa（）通常將上式歸一化，有設(shè) ，即，除以模值即，除以模值122121iaEaeaa561、線偏振光的歸一化瓊斯矢量：、線偏振光的歸一化瓊斯矢量： 若光矢量沿若光矢量沿x軸，軸，Ax=1 Ay=0 ，則：，則： cos ,sin ,0 coscos1sinsinxyxaAaAaaEaa 若光矢量與軸成角，振幅為 的線偏振光，有則01E5722221

34、155iaEiaae右歸一化瓊斯矢量為2、求長(zhǎng)軸沿、求長(zhǎng)軸沿x軸，長(zhǎng)短軸之比是軸，長(zhǎng)短軸之比是2：1的的右旋右旋橢圓偏振光的歸橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。一化瓊斯矢量。 根據(jù)已知條件有：22225,2aEEaeEaEyxiyx583、偏振光的正交：、偏振光的正交：()2,xxiixyEEeEEe2222xyEEE212xiRiEEeEEe略去公因子：略去公因子：112REi同理，左旋偏振光：同理，左旋偏振光：112LEi 右旋偏振光與左旋偏振光正交。右旋偏振光與左旋偏振光正交。*0TLREE 59瓊斯表示法應(yīng)用正交偏振：瓊斯表示法應(yīng)用正交偏振：旋轉(zhuǎn)方向相反、振幅相等的圓偏振光合成線偏振光：旋轉(zhuǎn)

35、方向相反、振幅相等的圓偏振光合成線偏振光：11120ii 6012121221111212211221AAEEBBAg Ag BBg Ag B設(shè)入射光為 ，經(jīng)過偏振器件之后，出射光為 三、偏振器件的矩陣表示三、偏振器件的矩陣表示21112112212211AggAAGBggBB，寫成矩陣形式：，1112212221211.NNggGggNEG GG G E，式中矩陣 稱為該器件的瓊斯矩陣。，如果偏振光瓊斯矩陣為相繼通過 個(gè)偏振器件，則61解：光線的偏振狀態(tài)為：解：光線的偏振狀態(tài)為：121212 AAEEBB設(shè)入射光，出射光例1：求透光軸與求透光軸與x x軸成軸成 角的線偏振器的瓊斯矩陣角的線偏

36、振器的瓊斯矩陣11cossinAAB沿透光軸方向的分量： 221122111coscossin221sinsin2sin2AAABBAAB出射光線沿坐標(biāo)軸的分解：出射光線沿坐標(biāo)軸的分解：B1A1AA2B2622222112211sin,2sin212sin21,cosgggg 可知：由此得線偏振器的瓊斯矩陣為：由此得線偏振器的瓊斯矩陣為：22sin,2sin212sin21,cos G63解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，解：自然光通過起偏器，成為線偏振光，I0/2，其瓊斯矢量為：其瓊斯矢量為：112111BA /4波片波片, /2 ， /8波片的瓊斯矩陣分別為波片的瓊斯矩陣分別為410,

37、0Gi自然光通過光軸與自然光通過光軸與x x軸夾角為軸夾角為4545度的線偏振器后，又度的線偏振器后，又通過了通過了1/41/4、1/21/2和和1/81/8波片，波片， 波片快軸沿波片快軸沿Y Y軸，試用軸，試用瓊斯矩陣計(jì)算透射光的偏振態(tài)。瓊斯矩陣計(jì)算透射光的偏振態(tài)。例2：21211,exp( i/2)iAABBB 快軸沿快軸沿Y Y軸軸 /4波片：波片：2841010, 010iGGe6444101010000iiiee出射光為：出射光為：24421011111220iiABee 824410101 00, 10,0,iGGGGie，左旋橢圓偏振光左旋橢圓偏振光65例3：有一快軸與有一快軸

38、與x x軸成軸成 角，產(chǎn)生位相差為角，產(chǎn)生位相差為 的波的波片，試求其瓊斯矩陣片，試求其瓊斯矩陣B1A1快軸6611BA設(shè)入射偏振光為設(shè)入射偏振光為A1和和B1在波片的快、慢軸上的在波片的快、慢軸上的分量為：分量為：111111cossinsincosAABBAB +寫成矩陣形式：寫成矩陣形式：1111cossinsincosAABB，B1A1快軸A1B167偏振光透過波片后，在偏振光透過波片后，在快軸快軸 和和慢軸慢軸上的復(fù)振幅為：上的復(fù)振幅為：iBBAAexp 1 111因而透過波片后有：因而透過波片后有：111111100 exp()10cossin0 exp()sincosAAiBBA

39、iB，68211211cossinsincosAABBAB+1221cossinsincosAABB，-，212111cossin10cossinsincos0 exp()sincos1cos2 ,sin222cosexp()22sin2 ,1cos222AAiBBitgitgAiBitgitg，-，將將A1”和和B1”再次分解到再次分解到x,y軸上，有軸上，有A1快軸B1A2B2691,tancos,sin22245cos2tan,1sin,cos222oiiGii當(dāng) 時(shí): 111,124200,11,01,02iGiiGii ，當(dāng)時(shí)，為波片， ，當(dāng)時(shí)，為波片1 itancos2 , ita

40、nsin222cos2itansin2 ,1 itancos222G70例：讀數(shù)偏光儀工作原理：例：讀數(shù)偏光儀工作原理：選擇選擇X、Y軸分別沿軸分別沿1/4波片的快慢軸，并讓玻璃的快軸波片的快慢軸，并讓玻璃的快軸與起偏器的透光軸（與起偏器的透光軸（X軸）成軸）成45度。度。45起偏器起偏器檢偏器檢偏器待測(cè)玻璃待測(cè)玻璃 （可變）（可變）1/4波片波片71 透過起偏器的線偏光瓊斯矩陣為：透過起偏器的線偏光瓊斯矩陣為：01 1/4波片的波片的瓊斯矩陣為：瓊斯矩陣為：1tan2cos2tan12iii00121 設(shè)玻璃產(chǎn)生的位相差為設(shè)玻璃產(chǎn)生的位相差為 ，則其瓊斯矩陣為：，則其瓊斯矩陣為： 線偏光通過

41、玻璃和線偏光通過玻璃和1/4波片后的偏振態(tài)為：波片后的偏振態(tài)為：11101112coscos002222122itgEitgitg 72 結(jié)論：結(jié)論： 1）從）從1/4波片出射的是線偏光。出射線偏光的光矢量與波片出射的是線偏光。出射線偏光的光矢量與x軸軸的夾角的夾角 = /2。 2）旋轉(zhuǎn)檢偏器可測(cè)得）旋轉(zhuǎn)檢偏器可測(cè)得 ，故可求，故可求 ，即求得了待測(cè)玻璃的，即求得了待測(cè)玻璃的雙折射率之差，從而分析了玻璃內(nèi)部的應(yīng)力情況雙折射率之差，從而分析了玻璃內(nèi)部的應(yīng)力情況 。cos1sintanAAA線偏光的表示：線偏光的表示：11cos2 tan22E比較：比較：B1A1線偏光線偏光73一、偏振光的變換一

42、、偏振光的變換4.5 4.5 偏振光的變換和測(cè)定偏振光的變換和測(cè)定1、橢圓偏振光的獲得、橢圓偏振光的獲得 方法：采用起偏器和方法：采用起偏器和 /4波片從自然光中獲得波片從自然光中獲得自然光自然光起偏器起偏器線偏光線偏光橢圓偏振光橢圓偏振光1/4波片波片742、偏振光的檢驗(yàn)、偏振光的檢驗(yàn) 方法：利用位相延遲器和偏振器方法：利用位相延遲器和偏振器檢偏器檢偏器橢圓偏振光橢圓偏振光部分橢圓偏光部分橢圓偏光部分線偏光部分線偏光光強(qiáng)變化，光強(qiáng)變化，但不消光。但不消光。檢偏器檢偏器橢圓偏振光橢圓偏振光部分橢圓偏光部分橢圓偏光部分線偏光部分線偏光1/4波片波片部分橢圓偏振光，變成部分橢圓偏振光，變成部分線偏

43、振光部分線偏振光75 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(dòng)）偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）線偏振光線偏振光 I不變不變線偏振光線偏振光I變變, 有消光有消光以入射光方向?yàn)檩S以入射光方向?yàn)檩S 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(dòng)）偏振片（轉(zhuǎn)動(dòng)）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(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平光軸平行最大光強(qiáng)或最小光強(qiáng)方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長(zhǎng)軸或短軸放置行橢圓偏振光的長(zhǎng)軸或短軸放置線偏振光線偏振光I變變, 無消光無消光76二、偏振光的測(cè)定

44、二、偏振光的測(cè)定1、線偏振光的測(cè)定、線偏振光的測(cè)定 含義：確定是否是線偏振光；測(cè)定線偏振光的振動(dòng)方向。含義：確定是否是線偏振光；測(cè)定線偏振光的振動(dòng)方向。 出發(fā)點(diǎn)：馬呂斯定律出發(fā)點(diǎn)：馬呂斯定律半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。半影式檢偏器：用以提高檢偏器方位的定位精度。I0IPP A0E=A0cos20cosII馬呂斯定律馬呂斯定律（18091809）77PHA半影式檢偏器工作原理半影式檢偏器工作原理2222222211coscos ()coscos ()IOHIOHP的光軸：的光軸：P1， H的光軸：的光軸：P2xyOAP1P2H1H245o782、橢圓偏振光的測(cè)定、橢圓偏振光的測(cè)定

45、 含義：用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表示偏振狀態(tài)的參量（指含義：用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定表示偏振狀態(tài)的參量（指定坐標(biāo)系中的方位角定坐標(biāo)系中的方位角 、橢圓度、橢圓度tg 和旋向；或直角和旋向；或直角坐標(biāo)系下兩偏振光振幅比坐標(biāo)系下兩偏振光振幅比tg 和位相差和位相差 。）。）yxxyC2OA1A279方法：采用方法：采用1/4波片和檢偏器的方法。波片和檢偏器的方法。步驟：步驟：1）首先用檢偏器測(cè)定橢圓長(zhǎng)軸的方位角）首先用檢偏器測(cè)定橢圓長(zhǎng)軸的方位角 和橢圓度和橢圓度tg 2）用）用1/4波片和檢偏器測(cè)定橢圓偏光的旋向。波片和檢偏器測(cè)定橢圓偏光的旋向。1）設(shè)）設(shè)xoy坐標(biāo)系中橢圓坐標(biāo)系中橢圓偏振光偏振光的瓊斯矩陣為的瓊斯矩

46、陣為xxyC2OA1A221iAAE入 檢偏器透光軸與檢偏器透光軸與x 軸夾角軸夾角是是 ，其瓊斯矩陣為：，其瓊斯矩陣為：22sin,2sin212sin21,cos G80221212221211cos, sin2cossin2221sin2 , sinsin2sin22AiAAEGEiAAiA 出入出射光的強(qiáng)度為：出射光的強(qiáng)度為：2222112222221221( )cossin2sin2sin22 cosAIAiAiAAAA由此可找出光強(qiáng)最大的位置（由此可找出光強(qiáng)最大的位置（=0，長(zhǎng)軸位置），從而確，長(zhǎng)軸位置），從而確定長(zhǎng)軸與預(yù)定的定長(zhǎng)軸與預(yù)定的x軸之間的夾角和橢圓度軸之間的夾角和橢圓度

47、tg =A2/A1。812）將）將1/4波片快軸與已找到的橢圓長(zhǎng)軸方向一致波片快軸與已找到的橢圓長(zhǎng)軸方向一致xxyC2OA1A2 若入射橢圓偏光為左旋時(shí)：若入射橢圓偏光為左旋時(shí)：出入則 2出射光在二、四象限。出射光在二、四象限。若入射橢圓偏光為右旋時(shí)：若入射橢圓偏光為右旋時(shí)：02出入則 出射光在一、三象限。出射光在一、三象限。這樣即可判斷橢圓偏這樣即可判斷橢圓偏光的旋向。光的旋向。824.6 4.6 偏振光的干涉偏振光的干涉一一. . 偏振光干涉裝置偏振光干涉裝置d晶片晶片C偏振片偏振片P2偏振化方向偏振化方向自然光自然光偏振片偏振片P1偏振化方向偏振化方向光軸方向光軸方向二二. . 偏振光干

48、涉的分析偏振光干涉的分析1. 1. 振幅關(guān)系振幅關(guān)系在在P P2 2 后，兩束光振動(dòng)方向平行后，兩束光振動(dòng)方向平行11sincosoeAAAAP2P1CA1AeAoA2oA2e22sincosooeeAAAAP1與與P2不一定垂直不一定垂直83coscoscossinsinsin1212AAAAAAeeoo若兩束光之間有位相差若兩束光之間有位相差位相差與波片和位相差與波片和P1、P2取向有關(guān)。取向有關(guān)。22222222212coscossin2 sin2 sin2oeoeIAAA AA84通過晶體通過晶體C C后后: :2eodnn此兩束光合成為一束線偏振光此兩束光合成為一束線偏振光通過通過P

49、 P2 2 后后: :2, (1,2,)eokkdknn相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉P P1 1、P P2 2同一象限，則無附加相差同一象限，則無附加相差 ，2. 2. 相位關(guān)系相位關(guān)系xyAeP2P1A1AoA2oA2eC(1/2)(21), (1,2,)eokkdknn相消干涉相消干涉852eodnn 相消干涉相消干涉(21)eokkdnn若單色光入射，且若單色光入射，且d 不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。不均勻，則屏上出現(xiàn)等厚干涉條紋。1/22eokkdnn相長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉P P1 1、P P2 2不同象限，存在附加相差不同象限，存在附加相差 P2P1yA1AoAeA2oA2exC861:P2(1)

50、P45 12(2):PP2sincoscossin1212AAAAeo2222221122212cossin(1cos)sin 2 cos2,sin 2 sin/2IAAIA 45 :)cos1 (221AI2222221111 sin 2 sin1 sin1 cos222AIAA2221cossin2 sin2 sin2IA87三三. . 色偏振色偏振白光入射，晶片白光入射，晶片d 均勻均勻屏上屏上由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它由于某種顏色干涉相消，而呈現(xiàn)它的的互補(bǔ)色互補(bǔ)色這叫（顯）這叫（顯）色偏振色偏振。若若d不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋不均勻，則屏上出現(xiàn)彩色條紋。如如 紅色紅色相消相消青色

51、青色；藍(lán)色藍(lán)色相消相消黃色黃色， 綠色相消綠色相消紫色；紫色；色偏振是檢驗(yàn)材料有無雙折射效應(yīng)的靈敏方法，色偏振是檢驗(yàn)材料有無雙折射效應(yīng)的靈敏方法，用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振，可以用顯微鏡觀察各種材料在白光下的色偏振，可以分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)分析物質(zhì)內(nèi)部的某些結(jié)構(gòu)偏光顯微術(shù)。偏光顯微術(shù)。 884.7 4.7 人工雙折射人工雙折射人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。人為地造成各向異性，而產(chǎn)生雙折射。一一. . 光彈效應(yīng)光彈效應(yīng)( (應(yīng)力雙折射效應(yīng)應(yīng)力雙折射效應(yīng)) )P1P2 dFSF干涉干涉有機(jī)玻璃有機(jī)玻璃C應(yīng)力應(yīng)力各向異性各向異性 各向不同各向不同n各向不同各向不同eonnC在一定應(yīng)力

52、范圍內(nèi)：在一定應(yīng)力范圍內(nèi)：C：材料系數(shù)；：材料系數(shù)；：應(yīng)力：應(yīng)力8922eodnnC d各處應(yīng)力不同各處應(yīng)力不同各處各處 不同不同出現(xiàn)干涉條出現(xiàn)干涉條紋紋 應(yīng)力變應(yīng)力變 變變干涉情況變。干涉情況變。 應(yīng)力雙折射可用來測(cè)光學(xué)元件的應(yīng)力，預(yù)測(cè)工件、應(yīng)力雙折射可用來測(cè)光學(xué)元件的應(yīng)力，預(yù)測(cè)工件、構(gòu)件的應(yīng)力分布構(gòu)件的應(yīng)力分布光測(cè)彈性學(xué)光測(cè)彈性學(xué)預(yù)測(cè)地震預(yù)測(cè)地震90二二. . 電光效應(yīng)電光效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)1.1.克爾效應(yīng)克爾效應(yīng) (1875年)l+-45 45 P1P2克爾盒克爾盒d克爾盒內(nèi)充某種液體，如硝基苯（克爾盒內(nèi)充某種液體，如硝基苯（C6H5NO2）。）。

53、不加電場(chǎng)不加電場(chǎng)液體各向同性液體各向同性P P2 2不透光不透光 加電場(chǎng)加電場(chǎng)液體呈單軸晶體性質(zhì)，液體呈單軸晶體性質(zhì)，912kEnnoe 二次電光效應(yīng)二次電光效應(yīng) E E 電場(chǎng)強(qiáng)度，電場(chǎng)強(qiáng)度，k 克爾常數(shù)克爾常數(shù)克爾效應(yīng)引起的相位差為：克爾效應(yīng)引起的相位差為：222 2 keokVnnlld克爾盒相當(dāng)于半波片，克爾盒相當(dāng)于半波片， P P2 2透光最強(qiáng)透光最強(qiáng) 。 k時(shí)，時(shí)，E加電場(chǎng)后，光軸平行于加電場(chǎng)后，光軸平行于 P P2 2透光透光l+-45 45 P1P2克爾盒克爾盒d92硝基苯，若硝基苯，若l =3cm,3cm,d=0.8cm,0.8cm,=600nm的黃光，則產(chǎn)生的黃光，則產(chǎn)生 k

54、= 時(shí)的電時(shí)的電壓壓 。2218V/m1044.1 kV1024 V克爾盒的應(yīng)用克爾盒的應(yīng)用 : : 克爾盒可作光開關(guān)（響應(yīng)時(shí)間克爾盒可作光開關(guān)（響應(yīng)時(shí)間 10-9s）, 用于高速攝影、用于高速攝影、激光通訊、光速測(cè)距、脈沖激光系統(tǒng)（作為激光通訊、光速測(cè)距、脈沖激光系統(tǒng)（作為Q開關(guān)）開關(guān)）克爾盒的缺點(diǎn)克爾盒的缺點(diǎn) : : 如硝基苯有毒，易爆炸，需極高純度和高電壓，如硝基苯有毒，易爆炸，需極高純度和高電壓，故現(xiàn)在很少用。故現(xiàn)在很少用。 2. 2. 普克爾斯效應(yīng)普克爾斯效應(yīng)(1893年)電光晶體電光晶體+。-P1P2KK 普克爾斯盒普克爾斯盒圖示為縱向裝置，光傳播方向與電場(chǎng)平行，圖示為縱向裝置，光

55、傳播方向與電場(chǎng)平行， ，電極電極K和和K透明。透明。不加電場(chǎng)：晶體是單軸晶體，光軸沿光傳播方向。不加電場(chǎng)：晶體是單軸晶體，光軸沿光傳播方向。21PP 94 不加電場(chǎng)不加電場(chǎng) P P2 2 不透光不透光 加電場(chǎng)加電場(chǎng)晶體變雙軸晶體晶體變雙軸晶體原光軸方向原光軸方向附加了雙折射效應(yīng)附加了雙折射效應(yīng) P P2 2 透光。透光。普克爾斯效應(yīng)引起的相位差普克爾斯效應(yīng)引起的相位差: :rVnop32 線性電光效應(yīng)線性電光效應(yīng)noo光在晶體中的折射率；光在晶體中的折射率；V 電壓；電壓；r 電光常數(shù)。電光常數(shù)。 k時(shí)，時(shí)，P2透光最強(qiáng)。透光最強(qiáng)。 電光晶體電光晶體+。-P1P2KK 泡克爾斯盒泡克爾斯盒95

56、磷酸二氫鉀（磷酸二氫鉀（KH2PO4，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱KDP）、磷酸二氫胺）、磷酸二氫胺（NH4H2PO4，ADP）等單晶都具有線性電光效應(yīng)。）等單晶都具有線性電光效應(yīng)。 KDP晶體晶體no =1.51， 對(duì)于對(duì)于=546nm的綠的綠光，光， 時(shí)，時(shí)， , 比克爾盒要求的電壓低比克爾盒要求的電壓低得多。得多。m/V106 .1012 r kV106 . 73 V應(yīng)用：應(yīng)用：普克爾斯效應(yīng)的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間也極短，一般小于普克爾斯效應(yīng)的開關(guān)響應(yīng)時(shí)間也極短，一般小于10-9s，可用作超高速開關(guān)，激光調(diào)可用作超高速開關(guān)，激光調(diào)Q，顯示技術(shù)，數(shù)據(jù)處理，顯示技術(shù)，數(shù)據(jù)處理96三三. . 磁致雙折射磁致雙折射科頓科頓穆頓效應(yīng)穆頓效應(yīng)與電場(chǎng)的克爾效應(yīng)類似，磁場(chǎng)中相應(yīng)有與電場(chǎng)的克爾效應(yīng)類似，磁場(chǎng)中相應(yīng)有科頓科頓穆頓穆頓(Cotton-Mouton)效應(yīng)效應(yīng): 某些透明液體在磁場(chǎng)某些透明液體在磁場(chǎng)H作用下變?yōu)楦飨虍愋?，性質(zhì)類似作用下變?yōu)楦飨虍愋?，性質(zhì)類似于單軸晶體，光軸平行磁場(chǎng)。于單軸晶體，光軸平行磁場(chǎng)。HC2Hnnoe 二次效