1、偏振光的研究,中国科学技术大学国家级精品课程大学物理实验讲座,2006.1.10,大学物理实验,2,前言,干涉和衍射光的波动性 偏振光是横波 光的偏振现象 偏振元件 应用,大学物理实验,3,K为波面的法线方向，S为光波的能量传播方向。 在各向同性的介质中S与K同向。在各向异性的介质中S与K不同向。,光的矢量性 光是横波,大学物理实验,4,光的五种偏振态,大学物理实验,5,部分偏振度,定义：,大学物理实验,6,椭圆偏振光的形成（两个互相垂直的振动的合成）,椭圆方程式：,(1-2)=/2 正椭圆 E0x= E0y= E0,圆,Ex,Ey,大学物理实验,7,1、利用偏振片 2、利用反射现象 3、利用
2、双折射晶体光的散射,改变光的偏振态的方法,大学物理实验,8,利用偏振片产生偏振光,大学物理实验,9,马吕斯定律（1809年）和消光现象,A1,A2,大学物理实验,10,（只写出反射时的公式）,布鲁斯特角：,注：R，A为振幅,菲涅耳公式,大学物理实验,11,利用布儒斯特角产生偏振光,大学物理实验,12,全反射时光的偏振态的改变,反射波的振幅比可以改写为：,大学物理实验,13,当入射角大于或等于临界角sin-1(n)时,大学物理实验,14,全反射时的相位改变,40,50,60,70,80,90,P,S,/2,入射角,大学物理实验,15,菲涅耳棱体,大学物理实验,16,晶体光学,大学物理实验,17,
3、晶体光学元件,1、偏振器件：尼科耳棱镜,格兰棱镜,大学物理实验,18,2 波晶片,构造：单轴晶体使其光轴与表面平行,光轴(e光振动方向）,入射光,o光振动方向,1/4波片,厚度,大学物理实验,19,检验偏振光的光路,大学物理实验,20,偏振光的检验,借助检偏器和1/4波晶片检验光的5种偏振态 1.只用检偏器（转动）：对于线偏光可以出现极大和消光现象。对于椭圆偏光和部分偏光可以出现极大和极小现象。对于圆偏光和非偏光各方向光强不变。 2.用1/4波晶片和检偏器（转动） ：对于非偏光（自然光）各方向光强不变。对于圆偏光出现消光现象（原因）。对于部分偏光仍出现极大和极小现象。对于椭圆偏光，当把1/4波
4、晶片的快慢轴放在光强极大位置时出现消光现象（原因）。,大学物理实验,21,（干涉的三条件：频率、振动方向、初位相相同）装置：自然光+起偏器P1+波晶片+检偏器P2,平行偏光干涉的装置,大学物理实验,22,偏振光的干涉的结果,互补性,消光,P1 P2P1 II P2, 为波片的光轴与P1的夹角,大学物理实验,23,现象,单色光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，亮暗纹互补,白光照明厚度变化的波晶片P1 P2，P1 II P2，彩色互补（如红色与青色，绿色和紫色，黄色和蓝色等）显色偏振,大学物理实验,24,其他产生双折射的机理和应用,光测弹性（由于材料的内、外应力造成双折射现象）检查
5、玻璃、塑料等的内应力 桥梁、矿井、水坝和机械工件等的应力分布的监测和模拟。 地震预报。 克尔效应和普克尔效应（由于电场造成双折射现象）高速光开关。,大学物理实验,25,旋光现象的观察和测量,1811年由阿喇果和毕奥发现 石英、松节油、糖溶液中有旋光现象 左旋和右旋与旋光物质的结构有关（1822年赫谢尔发现） 旋光计测量糖溶液的浓度,光源,起偏器,罗兰片,待测溶液,检偏器,望远镜,量糖计,大学物理实验,26,会聚偏光的干涉,大学物理实验,27,椭圆偏振光法测定介质薄膜的厚度和折射率,在现代科学技术中，薄膜有着广泛的应用。因此测量薄膜的技术也有了很大的发展，椭偏法就是70年代以来随着电子计算机的广
6、泛应用而发展起来的目前已有的测量薄膜的最精确的方法之一。椭偏法测量具有如下特点： 能测量很薄的膜（1nm），且精度很高，比干涉法高1-2个数量级。 是一种无损测量，不必特别制备样品，也不损坏样品，比其它精密方法：如称重法、定量化学分析法简便。 可同时测量膜的厚度、折射率以及吸收系数。因此可以作为分析工具使用。 对一些表面结构、表面过程和表面反应相当敏感。是研究表面物理的一种方法,大学物理实验,28,椭偏仪的光路图,光源,起偏器,检偏器,波片,光阑,光电探测器,样品,大学物理实验,29,椭偏仪的基本原理,薄膜,大学物理实验,30,FA,SA,S,P,E,入射光的P分量,入射光的S分量,45,大学物理实验,31,反射光的P 分量和 S分量的比值椭圆参量 =RP/Rs=tanexp(i)=f(n1, n2, n3,1，d，）,大学物理实验,32,总结,光是横波具有五种偏振态 光与物质相互作用时会发生偏振态的改变 偏振元件：偏振片、偏振棱镜、波片 应用：光测弹性、旋光计、椭偏仪、电光调制,
