第4章 晶體光學(xué)

1、1第第4 4章章 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)21. 雙折射現(xiàn)象雙折射現(xiàn)象2. 尋常光（尋常光（o光）和非尋常光（光）和非尋常光（e光）光）兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱(chēng)為尋常光（兩束折射光中，有一束光遵守折射定律，稱(chēng)為尋常光（o光）光）；另外一束一般不遵守折射定律，稱(chēng)為非尋常光（；另外一束一般不遵守折射定律，稱(chēng)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(shuō)明：說(shuō)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

2、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 41 1 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31、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(chēng)為晶體的光軸。稱(chēng)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=ne4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52.2.主主截截面面：晶體中光的晶體

3、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。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 e6三三. 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 。OOAA相對(duì)強(qiáng)度相對(duì)強(qiáng)度

4、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7 四、四、 光光在在晶體中的晶體中的波面波面惠更斯作圖法惠更斯作圖法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(chēng)為負(fù)晶體稱(chēng)為負(fù)晶體oevv oenn 或或稱(chēng)為正晶體稱(chēng)為正晶體（如方解石）（如方解石）（如石英）（如石

5、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 1238 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當(dāng)光軸不在入射面內(nèi)時(shí)：當(dāng)光軸不在入射面內(nèi)時(shí)：e光不在入射面內(nèi)，光不在入射面內(nèi)，兩個(gè)主截面不重合。兩個(gè)主截面不重合。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。光傳播方向不一定垂至于其波面。9 光軸與晶體表面斜交，自然光垂直入射光軸與晶

6、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)的情況！晶體：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)10o光光: :00 cn e光光: :ec een n0 0 ，ne稱(chēng)為稱(chēng)為晶體的主折射率晶體的主折射率二二. . 單軸單軸晶體的主折射率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(wú)關(guān)與方向無(wú)關(guān)晶體晶體

7、光軸光軸ir0reo ot e eteo ectnrooci0sinsin 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。e光垂直于光軸方向傳播，光線與波面垂直。光垂直于光軸方向傳播，光線與波面垂直。11方解石方解石加拿大樹(shù)膠對(duì)鈉黃光加拿大樹(shù)膠對(duì)鈉黃光55. 1n 658. 1no486. 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

8、尼科爾棱鏡正交尼科爾棱鏡90o121.55arcsin701.658oci c90 - =20.83ooii折射角：折射角：最大入射角：最大入射角：arcsin(sin )=36.14ooinii2=90o-68oo68oic ii2iSoMS214.14ooS 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)的最大入射角oS MS13二、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(guò)波片時(shí)的光程差與位相差：光通過(guò)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

9、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14快軸和慢軸：快軸和慢軸：快軸：稱(chēng)晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S?？燧S：稱(chēng)晶體中傳播速度快的光矢量方向?yàn)榭燧S。慢軸：稱(chēng)晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。慢軸：稱(chēng)晶體中傳播速度慢的光矢量方向?yàn)槁S。1522)41(mmdnneo , 對(duì)應(yīng)的則稱(chēng)該波片是則稱(chēng)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：

10、)(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）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。16O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(chēng)該晶片為二分之一波片稱(chēng)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

11、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173、全波片、全波片mmdnneo2對(duì)應(yīng)的 , 稱(chēng)該晶片為全波片稱(chēng)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。18三、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

12、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19xyAAxAy2、橢圓偏振光橢圓偏振光(包括圓偏振光包括圓偏振光)xyAExEy4 42 2 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0000cos ,sincos() cos():xyxyikzikzxyAAAAEx Atkzy AtkzEx A ey A e復(fù)振幅cos()cos()xxyyEAtkzEAtkz20或者表示為或者表示為:00()00exp()exp(),2,2xyikzi kzxyxyxyExx Ai wtkz

13、Eyy 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。211212ixiyEa eEa e二、偏振光的矩陣表示二、偏振光的矩陣表示()00ikzi kzxyEx A ey A e12121122222212121221111,iiia eaEaea eaaaaaaaa（）設(shè) ，稱(chēng)為歸一化的瓊斯矢量稱(chēng)為歸一化的瓊斯矢量122121iaEaeaa221、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 coscos1sinsinxyxaAaAa

14、aEaa 若光矢量與軸成角，振幅為 的線偏振光，有則01E23iaeaaEi25125122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的的右右旋旋橢圓偏振光的橢圓偏振光的歸一化瓊斯矢量。歸一化瓊斯矢量。 根據(jù)已知條件有：22225,2aEEaeEaEyxiyx243、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 25瓊斯表示法應(yīng)用正交偏振：瓊

15、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)方向相反、振幅相等的圓偏振光合成線偏振光：11120ii 2612121221111212211221AAEEBBAg Ag BBg Ag B設(shè)入射光為 ，經(jīng)過(guò)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(xiě)成矩陣形式：，1112212221211.NNggGggNEG GG G E，式中矩陣 稱(chēng)為該器件的瓊斯矩陣。，如果偏振光瓊斯矩陣為相繼通過(guò) 個(gè)偏振器件，則27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B

16、1A1AA2B2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振器的瓊斯矩陣11cossinAAB沿透光軸方向的分量： 2211222111coscossin221sincossin2AAABBAAB出射光線沿坐標(biāo)軸的分解：出射光線沿坐標(biāo)軸的分解：282222112211sin,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 GB1A1AA2B229解：自然光通過(guò)起偏器，成為線偏振光，解：自然光通過(guò)起偏器，成為線偏振光，I0/2，其瓊斯矢量為：，其瓊斯矢量為：112111B

17、A /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, 0Gi自然光通過(guò)光軸夾角為自然光通過(guò)光軸夾角為4545度的線偏振器后，又度的線偏振器后，又通過(guò)了通過(guò)了1/41/4、1/21/2和和1/81/8波片，快軸沿波片波片，快軸沿波片Y Y軸，軸，試用瓊斯矩陣計(jì)算透射光的偏振態(tài)。試用瓊斯矩陣計(jì)算透射光的偏振態(tài)。21211,exp( i/2)iAABBB 快軸沿快軸沿Y Y軸軸(n(n?。┬。?/4波片：波片：2841010, 010iGGe3044101010000iiiee出射光為：出射光為：24421011111220iiABee 824410101 00, 10

18、,0,iGGGGie，31有一快軸與有一快軸與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3211BA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：cosBsinABsinBcosAA111111寫(xiě)成矩陣形式：寫(xiě)成矩陣形式：1111BAcossinsincosBA，B1A1快軸A1B133偏振光透過(guò)波片后，在偏振光透過(guò)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(guò)波片后有：因而透過(guò)波片后有：111111001001BAcossinsi

19、ncos)iexp(BA)iexp(BA，34cossinsincos1 12112BABBAA1122BAcossinsincosBA，)iexp(BAcositg,cositgsinitg,cositgcosBAcossinsincos)iexp(cossinsincosBA222122222212001111122，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B1A2B2351cos2 ,sin222cos2cos2 ,1cos222itgitgGitgitg1,cos,sin22245cos2,1sin,cos222oitgiGitgi當(dāng) 時(shí): 111,124

20、200,111,01,022iGiiGii ，當(dāng)時(shí)，為波片， ，當(dāng)時(shí)，為波片362、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，變成部分線偏振光部分線偏振光4 43 3 偏振光的變換和測(cè)定偏振光的變換和測(cè)定37 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)

21、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)軸或短軸放置光軸平行橢圓偏振光的長(zhǎng)軸或短軸放置線偏振光線偏振光I變變, 無(wú)消光無(wú)消光38二、偏振光的測(cè)定二、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；

22、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）39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)系中橢圓的瓊坐標(biāo)系中橢圓的瓊斯矩陣為斯矩陣為xxyC2OA1A221iAAE入 檢偏器透光

23、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 G2、橢圓偏振光的測(cè)定、橢圓偏振光的測(cè)定402212212122sin2sin22sin21cossin,2sin212sin21,cosiAAAAiAAGEE 入出出射光的強(qiáng)度為：出射光的強(qiáng)度為：222222122212221cossin2sin22sin21cos)(AAAiAAAAI 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tg =A2/A1。412

24、）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。424-4 4-4 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. . 偏振光干涉的分析偏振光干涉的分析1

25、. 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11sincosoeAAAAP2P1CA1AeAoA2oA2e22sincosooeeAAAA43coscoscossinsinsin1212AAAAAAeeoo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 AA44通過(guò)晶體通過(guò)晶體C C后后: :2eodnn此兩束光合成為一束此兩束光合成為一束線線偏振光偏振光通過(guò)通過(guò)P P2 2 后后: :2, (1,2,)eokkdknn相

26、長(zhǎng)干涉相長(zhǎng)干涉P P1 1、P P2 2同一象限同一象限，則無(wú)附加相差，則無(wú)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452eodnn 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不同象限不同象限，存在存在附加相差附加相差 P2P1yA1AoAeA2oA2ex46三三. . 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

27、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青色色；藍(lán)色藍(lán)色相消相消黃色黃色， 綠色相消綠色相消紫紫色色；色偏振是檢驗(yàn)材料有無(wú)雙折射效應(yīng)的靈敏方法，色偏振是檢驗(yàn)材料有無(wú)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)。 474-5 4-5 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.

28、 . 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4822eodnnC d各處各處應(yīng)力應(yīng)力不同不同各處各處 不同不同出現(xiàn)干涉出現(xiàn)干涉條紋條紋 應(yīng)力應(yīng)力變變 變變干涉情況變。干涉情況變。 應(yīng)力雙折射可用來(lái)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(lái)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49二二. . 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

29、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）。）。 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)，502kEnnoe 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，加電場(chǎng)后，光軸平行光軸平

30、行于于 P P2 2透透光光l+-45 45 P1P2克爾盒克爾盒d51三三. . 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(lèi)似，磁場(chǎng)中相應(yīng)有與電場(chǎng)的克爾效應(yīng)類(lèi)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)楦飨虍愋裕再|(zhì)類(lèi)似作用下變?yōu)楦飨虍愋裕再|(zhì)類(lèi)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 二次效應(yīng)二次效應(yīng) 這種效應(yīng)很弱，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)才能觀察到。這種效應(yīng)很弱，需要很強(qiáng)的磁場(chǎng)才能觀察到。524-6 4-6 旋光現(xiàn)象旋光現(xiàn)象一一. . 物質(zhì)的旋光性物質(zhì)的旋光性 旋光物質(zhì)旋

31、光物質(zhì)a 旋光率旋光率a d二二. . 菲涅耳的解釋菲涅耳的解釋線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的線偏振光可看作是同頻率、等振幅、有確定相位差的左左( (L L ) )、右、右( (R ) )旋圓偏振光的合成。旋圓偏振光的合成。旋轉(zhuǎn)的角度：旋轉(zhuǎn)的角度： d（石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油等）有（石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節(jié)油等）有能使線能使線偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)偏振光的振動(dòng)面發(fā)生旋轉(zhuǎn)的性質(zhì)，稱(chēng)為的性質(zhì)，稱(chēng)為旋光性旋光性 (optical activity)。沿光軸方向傳播沿光軸方向傳播沿其它方向傳播也有旋光現(xiàn)象，不易觀察沿其它方向傳播也有旋光現(xiàn)象，不易

32、觀察53EELERo RLRLnn 光通過(guò)旋光物質(zhì)后，初相要滯后光通過(guò)旋光物質(zhì)后，初相要滯后ELERE(a)(b)ERELE L R 同一時(shí)刻同一時(shí)刻(a)(b) d設(shè)入射時(shí)設(shè)入射時(shí)L、R初相為初相為0 0，旋光物質(zhì)長(zhǎng)，旋光物質(zhì)長(zhǎng)d)(RLLRnn 即：左旋：左旋反之，右旋反之，右旋54三三. . 量糖術(shù)量糖術(shù)對(duì)溶液有對(duì)溶液有dca aca 溶液的旋光率溶液的旋光率c c 溶液的濃度溶液的濃度 溶液的比旋光率溶液的比旋光率a “量糖計(jì)量糖計(jì)”四四. . 磁致旋光磁致旋光 d磁致旋光物質(zhì)磁致旋光物質(zhì)B旋轉(zhuǎn)的角度旋轉(zhuǎn)的角度 BdV V V費(fèi)德?tīng)柍Ａ?，費(fèi)德?tīng)柍Ａ浚?154Tm 1010 V55 對(duì)自然旋光物質(zhì)，振動(dòng)面的左旋或右旋是由旋光物對(duì)自然旋光物質(zhì)，振動(dòng)面的左旋或右旋是由旋光物質(zhì)本身決定的。質(zhì)本身決定的。 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56 對(duì)磁致旋光物質(zhì)，光沿對(duì)磁致旋光物質(zhì)，光沿 與逆與逆 方向傳播，方向傳播，振動(dòng)面旋向相反振動(dòng)面旋向相反, ,與光的傳播方向無(wú)關(guān)與光的傳播方向無(wú)關(guān)BB反射鏡反射鏡反