第十四章第三課

巴比涅補(bǔ)償器d1d2光束垂直入射光軸上楔中o光e光下楔中e光o光附加相位差光程差索列爾補(bǔ)償器偏振光的干涉自學(xué)§14－5偏振光的干涉偏振光的干涉同樣有重要的應(yīng)用。從干涉現(xiàn)象來(lái)說(shuō)，偏振光的干涉與自然光的干涉現(xiàn)象相同，但實(shí)驗(yàn)裝置不同：自然光干涉是通過(guò)分振幅法或分波面法獲得兩束相干光，進(jìn)行干涉；偏光干涉則是利用晶體的雙折射效應(yīng)，將同一束光分成振動(dòng)方向相互垂直的兩束線偏振光，再經(jīng)檢偏器將其振動(dòng)方向引到同一方向上進(jìn)行干涉，即，通過(guò)晶片和一個(gè)檢偏器即可觀察到偏光干涉現(xiàn)象。光波通過(guò)晶片時(shí)，一般分成、兩光波；但疊加時(shí)不產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，原因是兩光波振動(dòng)方向相互垂直。若能使其同方向振動(dòng)，則將出現(xiàn)干涉現(xiàn)象（、兩光波，通過(guò)晶片后的頻率不變，而且相位差恒定）。這種通過(guò)晶片后產(chǎn)生的干涉，就是偏振光干涉。這時(shí)，應(yīng)考慮振動(dòng)方向（由偏振器的取向決定）和相位差（、兩光波在晶體中光程差決定）兩個(gè)因素對(duì)干涉光強(qiáng)的影響。一實(shí)驗(yàn)裝置晶片的厚度為，光軸平行于晶片表面。起偏器將入射的自然光變成線偏振光，檢偏器則將有一定相位差、振動(dòng)方向互相垂直的線偏振光引到同一振動(dòng)方向上，使其產(chǎn)生干涉。的偏振化方向與光軸夾角為。

與偏振化方向夾角為；

二干涉光強(qiáng)公式單色自然平行光通過(guò)變成振幅為的線偏振光，線偏振光的光強(qiáng)度為線偏振光垂直投射到晶片上，在晶片內(nèi)被分解為振動(dòng)方向互相垂直的兩束線偏振光(光和光)。兩光的振幅為

沿光軸振動(dòng)光

垂直光軸振動(dòng)光

—入射線偏振光與光軸夾角由于是垂直振動(dòng)，而且相位差恒定，合成振動(dòng)矢量端點(diǎn)軌跡一般為橢圓，即從晶片出射的光，一般為橢圓偏振光。兩光通過(guò)晶片后的相位差為從出射兩束振動(dòng)方向平行的線偏振光，振幅分別為從出射的兩束光頻率相同、振動(dòng)方向平行、相位差恒定，是相干光。將要產(chǎn)生干涉，干涉光強(qiáng)度為1起偏器與檢偏器正交

光強(qiáng)度與晶片產(chǎn)生的相位差和兩偏振器的取向有關(guān)

從出射后的光強(qiáng)度為

當(dāng)或時(shí)，即光在晶片中的振動(dòng)方向與偏振器之一的透光軸一致時(shí)，無(wú)論相位差是多少，從出射后的光強(qiáng)度為零；這還是與相位差有關(guān)；當(dāng)時(shí)，即光在晶片中的振動(dòng)方向與偏振器之一的透光軸夾角為時(shí)，從出射后的光強(qiáng)度最大（相位差不變的情況下），為當(dāng)取其它值時(shí)（相位差不變的情況下），光強(qiáng)度不是最大。（1）晶片為全波片即晶片為半波片時(shí)，輸出光強(qiáng)得到加強(qiáng)。如果，則輸出光強(qiáng)最強(qiáng)，為。當(dāng)晶片產(chǎn)生的相位差為（2）晶片為半波片即晶片為全波片時(shí)，輸出光強(qiáng)為零。無(wú)論為多大，輸出光強(qiáng)都為零。當(dāng)晶片產(chǎn)生的相位差為2起偏器與檢偏器平行

光強(qiáng)度與晶片產(chǎn)生的相位差和兩偏振器的取向有關(guān)

從出射后的光強(qiáng)度為

這還是與相位差有關(guān)；當(dāng)或時(shí)，即光在晶片中的振動(dòng)方向與偏振器之一的透光軸一致時(shí)，無(wú)論相位差是多少，從出射后的光強(qiáng)度最強(qiáng)，為；當(dāng)時(shí)，即光在晶片中的振動(dòng)方向與偏振器之一的透光軸夾角為時(shí)，從出射后的光強(qiáng)度最弱（相位差不變的情況下），為當(dāng)取其它值時(shí)（相位差不變的情況下），光強(qiáng)度不是最弱。（1）晶片為全波片即晶片為半波片時(shí)，輸出光強(qiáng)最弱。如果，則輸出光強(qiáng)最強(qiáng)，為零。當(dāng)晶片產(chǎn)生的相位差為（2）晶片為半波片當(dāng)晶片產(chǎn)生的相位差為即晶片為全波片時(shí)，輸出光強(qiáng)最強(qiáng)，為。無(wú)論為多大，輸出光強(qiáng)都為。起偏器與檢偏器正交和平行，兩種情況干涉輸出光強(qiáng)正好互補(bǔ)。使用全波片時(shí)，無(wú)論起偏器與檢偏器正交還是平行，轉(zhuǎn)動(dòng)晶片時(shí)，輸出光強(qiáng)不變。使用半波片時(shí)，起偏器與檢偏器平行，則輸出光強(qiáng)最弱；起偏器與檢偏器正交，則輸出光強(qiáng)最強(qiáng)，而且有消光現(xiàn)象。由于弱光不易觀察和測(cè)量，強(qiáng)光易于觀察和測(cè)量，所以，在進(jìn)行平行偏振光干涉實(shí)驗(yàn)時(shí)，一般是令起偏器與檢偏器正交，使用半波片。對(duì)單色光變化，出現(xiàn)干涉條紋，對(duì)白光有彩色條紋。四出現(xiàn)干涉條紋的偏振光干涉棱角為的楔形石英晶片置于兩個(gè)正交偏振片之間，在準(zhǔn)單色光入射時(shí)，位于后面的觀察屏上，可以出現(xiàn)一組平行的直條紋，或通過(guò)一透鏡將此條紋放大成像于觀察屏上。偏振光的干涉，在工程上有著廣泛的應(yīng)用。例如，塑料、玻璃和一些有機(jī)材料屬非晶體物質(zhì)。一般情況下，它們對(duì)于光是各向同性的。但是，在機(jī)械力的作用下，受到拉伸或壓縮時(shí)，會(huì)產(chǎn)生類(lèi)似單軸晶體的各向異性的性質(zhì)，在光的照射下產(chǎn)生應(yīng)力雙折射現(xiàn)象。因此用這些材料制作各種工程部件模型，模擬部件受力的情況，并觀察分析偏振光通過(guò)部件模型產(chǎn)生的干涉條紋，可判斷部件內(nèi)部的應(yīng)力分布，最后以此為根據(jù)來(lái)決定工程材料的選用、加固等。這種方法也稱為光測(cè)彈性方法。例13－4如圖，楔形石英晶片（，），頂角，光軸與棱邊平行，偏振片、的偏振化方向相互垂直，且都與晶片的光軸成角。單色光波長(zhǎng)，(1)干涉條紋的形狀如何?相鄰兩暗條紋的間距為多少?(2)旋轉(zhuǎn)，圖樣如何變化?(3)保持，晶片以光束為軸旋轉(zhuǎn)，圖樣如何變化?解：(1)由已知、，則由出射的光強(qiáng)為而，可知相同，就相同，因此光強(qiáng)相同。所以干涉條絞是沿棱邊走向的明暗相間的直條紋

即暗紋條件為在處，，明條紋中心；在處，，為暗條紋中心。相鄰兩條暗紋間距為相鄰兩暗條紋對(duì)應(yīng)的厚度差為得第級(jí)暗紋對(duì)應(yīng)楔片厚度為在處，，明條紋中心；在處，，為暗條紋中心。與旋轉(zhuǎn)前比正好為明暗條紋互換位置。(2)旋轉(zhuǎn)，、，則由出射的光強(qiáng)為(3)保持，晶片以光束為軸旋轉(zhuǎn)，

則、，則

無(wú)論等于多少，光強(qiáng)都為零，即視場(chǎng)一片黑暗?！?3.6旋光現(xiàn)象一、物質(zhì)的旋光性除石英外，氯酸鈉、乳酸、松節(jié)油、糖的1811年，法國(guó)物理學(xué)家阿喇果（Arago）其振動(dòng)面能發(fā)生旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)，線偏振光沿光軸方向通過(guò)石英晶體時(shí)，這稱為旋光現(xiàn)象。水溶液等也都具有旋光性。

晶體

a—旋光率

l光軸實(shí)驗(yàn)表明，旋光率a與旋光物質(zhì)和入射波長(zhǎng)等因素有關(guān)，石英對(duì)=589nm的黃光，a=21.75/mm；而對(duì)=408nm的紫光，a=48.9/mm。對(duì)于溶液，旋光率

a還和旋光物質(zhì)的濃度有關(guān)。

相同濃度下，旋光率隨入射光的波長(zhǎng)而改變的現(xiàn)象，稱為旋光色散。c是溶液濃度旋光性左旋右旋物質(zhì)左旋物質(zhì)右旋物質(zhì)物質(zhì)的旋光性是和物質(zhì)原子排列結(jié)構(gòu)有關(guān)的，原子排列互為鏡像對(duì)稱，左旋物質(zhì)與右旋物質(zhì)的稱為同分異構(gòu)體。二、人為各項(xiàng)異性電光效應(yīng)也叫電致雙折射效應(yīng)?？藸栃?yīng)（1875年）45P2l+-克爾盒dP145不加電場(chǎng)→液體各向同性→P2不透光；加電場(chǎng)→液體呈單軸晶體性質(zhì)，光軸平行電場(chǎng)強(qiáng)度P2透光。硝基苯溶液

—二次電光效應(yīng)k—克爾常數(shù)，U—

電壓克爾效應(yīng)引起的相位差為：時(shí)，克爾盒相當(dāng)半波片，P2透光最強(qiáng)。45P2l+-克爾盒dP145硝基苯溶液可作為光開(kāi)關(guān)（響應(yīng)時(shí)間109s），克爾盒的應(yīng)用：克爾盒的缺點(diǎn)：和加數(shù)萬(wàn)伏的高電壓，用于高速攝影、激光通訊、光速測(cè)距、脈沖激光系統(tǒng)（作為Q開(kāi)關(guān)）硝基苯有毒，需要極高的純度故現(xiàn)在很少用。易爆炸，子彈射穿蘋(píng)果的瞬間（高速攝影）第15章光與物質(zhì)相互作用光的散射光的吸收光的色散光在介質(zhì)中傳播固有頻率阻尼系數(shù)15.1分子光學(xué)的基本概念一、電偶極子模型帶電粒子受力——電場(chǎng)力——其他電荷給的彈性力——電磁輻射阻尼力穩(wěn)態(tài)解穩(wěn)態(tài)解感生電偶極矩當(dāng)o

振幅最大：分子的極化率二、帶電粒子分類(lèi)原子核、離子——重振子慣性大，在頻率較低的紅外光中才能振動(dòng)。電子振子很輕能在可見(jiàn)光照射下振動(dòng)。各向同性介質(zhì)：

是常量一般各向異性介質(zhì)：

與外電場(chǎng)方向有關(guān)，是張量。方向關(guān)系復(fù)雜。散射——在側(cè)面能接收到光。1）媒質(zhì)的不均勻度a<<的媒質(zhì)散射——瑞利散射

2）大顆粒媒質(zhì)散射對(duì)波長(zhǎng)無(wú)選擇。15.2光的散射

光源瑞利散射區(qū)散射概率米氏區(qū)3）拉曼散射紫伴線紅伴線o——分子的固有頻率。分子的固有頻率不止一個(gè)，所以拉曼光譜中還有光源散射物質(zhì)光譜儀紅伴線斯托克斯線紫伴線反斯托克斯線15.3光的吸收IoIx0xI-dI

x+dx朗伯特定律真吸收散射15.4光的色散1、任何光學(xué)材料都有色散。2、正常色散：n3、反常色散：處于吸收帶附近?？挛鞴絀tisalightscatteringtechniquelaserlightisshoneo