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§6.4 偏振光的干涉 PowerPoint PPT Presentation


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6 光的双折射与光调制. §6.4 偏振光的干涉. 6.4 偏振光的干涉. 6 光的双折射与光调制. 主要内容. 1. 平面偏振光的干涉. 2. 平行偏振光的干涉. 3. 会聚偏振光的干涉. 6.4 偏振光的干涉. 6 光的双折射与光调制. 6.4.1 平面偏振光的干涉. 偏振与光的干涉:. 光的干涉实际上就是平面偏振光的干涉 —— 相干条件要求参与叠加的所有光波必须具有相同的振动方向. 获得相干光波的两种途径: 波前分割法和振幅分割法. 获得相干光波的第三种途径 —— 偏振面分割法:.

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§6.4 偏振光的干涉

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Presentation Transcript


6 4

6 光的双折射与光调制

§6.4 偏振光的干涉


6 4

6.4 偏振光的干涉

6 光的双折射与光调制

主要内容

1. 平面偏振光的干涉

2. 平行偏振光的干涉

3. 会聚偏振光的干涉


6 4 1

6.4 偏振光的干涉

6 光的双折射与光调制

6.4.1 平面偏振光的干涉

偏振与光的干涉:

光的干涉实际上就是平面偏振光的干涉——相干条件要求参与叠加的所有光波必须具有相同的振动方向

获得相干光波的两种途径:波前分割法和振幅分割法

获得相干光波的第三种途径——偏振面分割法:

当平面偏振光通过一块单轴晶片时,出射光一般分解为频率相同且相位差恒定的两束平面偏振光,但由于其振动方向正交,两束光一般合成为椭圆偏振光,不会发生干涉效应。然而,如果在晶片后插入一块偏振片,则两束光在穿过偏振片后,将变成振动方向平行的平面偏振光,于是两者将因满足相干条件而发生干涉叠加。


6 4 2

6.4.2 平行偏振光的干涉

o

P2

e

P2

P1

o

e

b

a

P1

起偏器

晶片

检偏器

图6.4-1 偏振光干涉实验装置

6.4 偏振光的干涉

6 光的双折射与光调制

(1) 实验装置

在起偏器和检偏器之间插入光轴平行于表面的单轴晶片,设晶片光轴(e)与起偏器和检偏器的透振方向(分别以P1和P2表示)之间的夹角分别为a和b,强度为I0的平行自然光依次穿过起偏器P1、晶片和检偏器P2,忽略各器件的吸收和表面反射损耗。


6 4

(2) 强度分布

P2

o

Ee2

e

Ee

b

a

P1

Eo

E1

Eo2

图6.4-2 光振动的几何投影

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

① 透过P1的光:偏振面平行于P1的平面偏振光E1。

强度:

(6.4-1)

振幅:

(6.4-2)

② 进入晶片的光:e光——Ee,o光——Eo。

振幅:

(6.4-3)

③ 透过P2的光:两正交平面偏振光分量在P2方向投影Ee2和Eo2。

振幅:

(6.4-4)


6 4

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

合振动的振幅与强度:

(6.4-5)

(6.4-6)

结论:当两个投影分量的相位差恒定时,透过P2的合振动形成稳定干涉图样。干涉图样强度分布一方面取决于与两投影分量的相位差,另一方面也取决于与P1与P2及晶片光轴间夹角。


3 p 1 p 2

(3) P1与P2夹角的影响

o

Ee

e

Eo2

a

P2

P1

Ee2

E1

Eo

图6.4-3 平行布置下光振动的几何投影

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

① 平行布置(亮场布置):P1//P2,a = b

无晶片时:I2//=I1。透过P1的光也全部透过P2,观察屏上为全亮。

(6.4-7)

有晶片时:


P 1 p 2 a b p 2

② 正交布置(暗场布置):P1⊥P2,a+b =p/2。

P2

o

e

Ee

Ee2

b

a

P1

Eo

E1

Eo2

图6.4-4 正交布置下光振动的几何投影

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

无晶片时:I2⊥=0。透过P1的光全部不能透过P2,观察屏上为全暗。

有晶片时:

(6.4-8)

结论:正交和平行两种光路布置下,透过检偏器P2的叠加光强度互补。


6 4

(4) 相位差d 的影响

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

两束透射光的总相位差:

(6.4-9)

① o光与e光在晶片表面分解时的初相位差:d0=0

②晶片厚度引起的o光与e光的相位差:

(6.4-10)

③ 由光轴投影引起的附加相位差:dp=±p(正交布置);dp=0(平行布置)

由此得总相位差:

平行布置:

(6.4-11)

正交布置:

(6.4-12)


6 4

附加相位差dp的分析:

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

思路1:若晶片的快慢轴正方向在两个偏振片透振方向上的投影同时一致(同向投影)或同时不一致(反向投影),则dp=0;若晶片快慢轴正方向在两个偏振片透振方向的投影不一致(前者同向投影,后者反向投影,或前者反向投影,后者同向投影),则dp=±p。

思路2:若晶片快慢轴正方向沿某个偏振片透光方向投影分量反向,则对该偏振片透光方向的投影存在±p的附加相位差;若投影分量同向,则不存在附加相位差。

思路3:无论怎样投影,只要在P2后参与叠加的两个正交分量经两次投影后方向相反,则dp=±p。否则,dp=0。。

上述三种分析思路的结论相同:正交布置:dp=±p。平行布置:dp=0。


6 4

(5) 干涉图样强度的分布特点

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

透过P2的叠加光强度:

(6.4-13)

(6.4-14)

(6.4-15)

a =p/4时:

(6.4-16)

结论:透过偏振片P2的叠加光波强度取决于入射光的波长l、晶片的双折射率差(no-ne)及晶片的厚度d。


6 4

,j=1, 2, 3, ···

,j=1, 2, 3, ···

,j=1, 2, 3, ···

,j=1, 2, 3, ···

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

①给定波晶片的双折射率差(no-ne)及晶片的厚度d——显色偏振

平行布置下的相长干涉:

(6.4-17)

相消干涉(消光):

(6.4-18)

正交布置下的相长干涉:

(6.4-19)

正交布置下的相消干涉(消光):

(6.4-20)


6 4

透明胶带薄膜的偏光干涉图样

(a) 暗场

(a) 亮场

塑料板的偏光干涉图样

(a) 暗场

(a) 亮场

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

结 论——显色偏振

给定晶片的双折射率差及厚度,则透射光的强度仅与入射光波长有关。凡是在平行布置中满足干涉相长(消)条件的波长成分,则在正交布置中满足干涉相消(长)条件。因此,入射光为白光时,透射光的波长成分在两种不同布置下正好互补,相应的颜色称为互补色。


6 4

,j=1, 2, 3, ···

,j=1, 2, 3, ···

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

②给定入射光波长

(6.4-21)

(6.4-22)

结论:给定入射光波长,(no-ne)d随晶片位置不同而变化时,透射光形成干涉图样。若晶片厚度恒定,干涉条纹图样反映了其双折射率差的等值线;若晶片折射率分布均匀,条纹图样则反映了其厚度的等值线。


6 4

有机玻璃的偏光干涉图样

XS-402POL偏光显微镜

6 光的双折射与光调制

6.4.2 平行偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉

应用:由干涉条纹的测量,即可获得有关(no-ne)d分布和变化的信息

偏光干涉仪:观察和测量透明材料的宏观光学各向异性

偏光显微镜:观察和测量各种晶体矿物质以及某些生物组织的微观各向异性


6 4 3

6.4.3 会聚偏振光的干涉

L1

P1

L2

L3

P2

L4

晶片

观察屏

S

图6.4-5 会聚偏振光干涉实验光路

6.4 偏振光的干涉

6 光的双折射与光调制

实验装置:点光源S,准直透镜L1、L3 ,起偏器P1,透镜L2,晶片,检偏器P2,成像透镜L4。

特点:凡以相同方向通过晶片的光线,最后将会聚到观察屏上同一点。由于光路的轴对称性,当晶片具有轴对称性时,将得到具有轴对称结构的干涉图样。


6 4

图6.4-8 双轴晶体的会聚偏振光干涉图样

(a) 平行布置

(b) 正交布置

(a) 平行布置

(b) 正交布置

图6.4-6 光轴垂直于单轴晶体表面时的会聚偏振光干涉图样

图6.4-7 光轴平行于单轴晶体表面时的会聚偏振光干涉图样

6 光的双折射与光调制

6.4.3 会聚的平面偏振光的干涉

6.4 偏振光的干涉


6 4

本节重点

6.4 偏振光的干涉

6 光的双折射与光调制

1. 偏振分光原理

2. 平行平面偏振光干涉的实验光路

3. 正交布置与平行布置下的干涉图样特点

4. 显色偏振的原理及特点


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