光的偏振&

光在晶體中的傳播光波是橫波。

將平面電磁波函數代入

E=0和

H=0，得到E

k和H

k，即電磁場振蕩方向與波矢方向正交，在與波矢正交的橫平面中振蕩，即自由空間中光波為橫波。電場和磁場之間正交和同步。可知：偏振態:

電場矢量在與光傳播方向垂直的平面內的振動狀態。線偏振光自然光部分偏振光橢圓偏振光圓偏振光1、線偏振光E播傳方向振動面線偏振光可沿兩個相互垂直的方向分解EEyEx

yx

·面對光的傳播方向看線偏振光的表示法：·····光振動垂直板面光振動平行板面2.自然光沒有優勢方向自然光的分解一束自然光可分解為兩束振動方向相互垂直的、等幅的、無固定相位關系的線偏振光。自然光的表示法：···3.部分偏振光部分偏振光的分解

部分偏振光

部分偏振光可分解為兩束振動方向相互垂直的、不等幅的、無固定相位關系線偏振光。部分偏振光的表示法：······平行板面的光振動較強垂直板面的光振動較強··偏振度：式中Imax和Imin分別是最大振幅和最小振幅對應的光強。對于線偏振光，Imin=0，P=1。對于自然光，Imax=Imin，P=0.對于部分偏振光，0<P<1

在垂直于光的傳播方向的平面內，光矢量以一定的頻率旋轉。4.圓偏振光和橢圓偏振光橢圓偏振光：矢量端點軌跡為橢圓圓偏振光：

矢量端點軌跡為圓I0I0空間某一點的右旋圓和橢圓偏振光y

yx

z傳播方向

/2x某時刻右旋圓偏振光E隨z的變化E

0OyxEyEx

圓偏振光和橢圓偏振光可以看成是兩個同頻，振動方向相互垂直，并且有穩定的相位關系的線偏振光合成的結果。反之，任何一個圓偏振光和橢圓偏振光可以分解成兩個同頻，振動方向相互垂直，并且有穩定的相位關系的線偏振光。馬呂斯(EtienneLouisMalus1775-1812)

法國物理學家及軍事工程師。出生于巴黎，1796年畢業于巴黎工藝學院，曾在工程兵部隊中任職。1808年起在巴黎工藝學院工作。1810年被選為巴黎科學院院士，曾獲得過倫敦皇家學會獎章。馬呂斯從事光學方面的研究。1808年發現反射時光的偏振，確定了偏振光強度變化的規律（現稱為馬呂斯定律）。他研究了光在晶體中的雙折射現象，1811年，他與J.畢奧各自獨立地發現折射時光的偏振，提出了確定晶體光軸的方法，研制成一系列偏振儀器。二、起偏器和檢偏器馬呂斯定律兩向色性的有機晶體，如硫酸碘奎寧、電氣石或聚乙烯醇薄膜在碘溶液中浸泡后，在高溫下拉伸、烘干，然后粘在兩個玻璃片之間就形成了偏振片。它有一個特定的方向，只讓平行與該方向的振動通過。偏振片（Polaroid）1928年一位19歲的美國大學生（E.H.Land）發明的。是獲得線偏振光的平面片狀器件，通常用P表示。起偏的原理：利用某種光學的不對稱性,如物質的二向色性，散射，反射和折射，雙折射….用偏振片起偏,在忽略偏振片的吸收的情況下出射光強xyzz線柵起偏器

入射電磁波起偏原理類似于導電線柵的作用。(如把富含自由電子的碘附在拉伸的塑料薄膜上）由左往右：艾倫·馬克迪爾米德、白川英樹和艾倫·黑格美日三位科學家榮獲諾貝爾化學獎

偏振片在液晶顯示上應用偏光顯微鏡(polarizingmicroscope)研究對象：具有雙折射性質的旋光物質。特點：在鏡筒中加了兩塊偏振片。原理：無樣品時，兩偏振片互相垂直，視野是暗的。有雙折射性的生物組織：纖維、染色體、淀粉粒、細胞壁

區別腫瘤細胞：常細胞對偏振光是左旋，而腫瘤細胞對偏振光是右旋。普通顯微鏡偏光顯微鏡立體電影檢偏器：利用偏振片檢驗光線的偏振化程度起偏器：自然光通過偏振片后變為線偏振光起偏器檢偏器I0I1I2P1P2檢偏器旋轉一周，光強兩亮兩暗在線偏振光的光路中插入檢偏器，檢偏器旋轉一周

在自然光和圓偏振光的光路中插入檢偏器，檢偏器旋轉一周在光路中插入檢偏器，屏上光強減半。檢偏器旋轉，屏上亮暗無變化。

部分偏振光和橢圓偏振光的光路中插入檢偏器，檢偏器旋轉一周

檢偏器旋轉一周，屏上光強兩強兩弱。

根據上面的實驗，可以區分出線偏振光，但是無法區分自然光和圓偏振光，也無法區分是部分偏振光還是橢圓偏振光，關于自然光和圓偏振光、部分偏振光和橢圓偏振光的區分，以后講解。PE0

E=E0cos

——消光馬呂斯定律P

I0I線偏振光經過偏振片前后的光強關系例題：有三個偏振片堆疊在一起，第一塊與第三塊的偏振片化方向相互垂直，第二塊和第一塊的偏振化方向相互平行，然后第二塊偏振片以恒定的角速度w

繞光傳播的方向旋轉，設入射自然光的光強為I0。求：出射光的光強隨時間的變化關系。解：三、反射光、折射光和散射光的偏振

自然光在兩種各向同性介質分界面上反射、折射時，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂直振動(S)多于平行振動(P)，折射光中平行振動(P)多于垂直振動(S)。各向同性i

i當入射角滿足關系式

時，反射光為振動垂直于入射面的線偏振光，該式稱為布儒斯特定律，為起偏振角或布儒斯特角。此時折射光偏振化的強度最強，但它不是完全偏振光。問題：當光線以起偏振角入射時，反射光和折射光的傳播方向互相垂直，即：iB+

90o。n2

iBiB布儒斯特角

反射光的偏振態和入射光的偏振態、入射角和介質的折射率有關。舉一特例----自然光入射（光疏到光密）(1)

i=iB時,反射光為線偏振光,而折射光仍然是部分偏振光,但偏振化程度最高(2)反射光光強較弱，折射光較強(3)讓自然光通過玻璃片堆,可使折射光的偏振化程度增加.玻璃片足夠多時,可使折射光為完全偏振光.玻片組透射光的偏振度

利用p光和s光的光強反射率、折射率不同的特性，使用玻片組可以或得比較高偏振度的偏振光.外腔式激光管加裝布儒斯特窗.···········i0i0·激光輸出布儒斯特窗M1M2··i0i0在拍攝玻璃窗內的物體時，去掉反射光的干擾未裝偏振片裝偏振片關于反射和折射的偏振的補充教材*電磁場邊值關系電磁場邊值關系由麥克斯韋積分方程給出，其反映了電磁場在兩種介質分界面處的突變的規律。在絕緣介質界面，無自由電荷和傳導電流電位移矢量法線分量連續電場強度矢量切線分量連續磁感應強度矢量法線分量連續磁場強度切線分量連續第一節：菲涅耳公式

這種場分量的連續性反映了電磁場的突變，比如電位移矢量法線分量的連續給出了電場強度矢量法線分量在兩種介質分界面處的突變，即不連續。光是電磁波，在界面處的入射光、反射光和折射光的復振幅矢量滿足邊值關系。由邊值關系可以推導出這三個復振幅矢量的關系，即菲涅耳公式。*特征振動方向和局部坐標架

圖顯示了界面反射和折射時的電場矢量和光傳播方向的空間取向，它是正確理解菲涅耳公式的一個基本圖象。p和s為特征振動方向。可以構成一個局部的坐標架，我們約定：為什么選擇p和s為特征振動方向？p振動和s振動之間互不交混，彼此獨立，各有各的傳播特性。例題1：利用電磁場的邊值關系證明s偏振光的反射和折射光均為s

偏振。E2yE2zE2xZxE1xE1zE1yE’1xE’1zE’1yi1i2求解得：因為入射光為s偏振，所以E1p=0，得E’1p=E2p=0，即反射光和折射光僅為s偏振。也可以形象地用作圖說明；E2sE2zE2xZxE1sE’1xE’1zE’1sP邊界關系要求：導致電場矢量不能垂直于光傳播方向。同理可以證明p偏振入射光的反射折射光只能是p偏振。請同學們自己推導(H)。*菲涅耳公式

在光頻段，高頻率條件下，介質的磁化機制幾乎凍結，故磁導率

1，于是介質光學折射率附加磁場邊界條件，可以推得，請同學們課下推導。*菲涅耳公式成立條件：

從一般的電磁場的邊值關系到最后的菲涅耳公式的推導過程中引用了若干條件，這些條件便是菲涅耳公式成立的條件，總結如下：適用于絕緣介質，無表面自由電荷和傳導電流。適用于各向同性介質。適用光學線性介質（弱光強），滿足D=

0E在光頻段，高頻率條件下，介質的磁化機制幾乎凍結，故磁導率

1，于是介質光學折射率第二節反射率和透射率本節講解菲涅耳公式的應用，包含如下內容：?復振幅反射率和透射率，?光強反射率和透射率，?光功率反射率和透射率，?布儒斯特角，?玻片組透射光的偏振度，?斯托克斯倒逆關系?復振幅反射率和透射率

由菲涅耳公式推導出復振幅反射率和透射率，它們包含了實振幅比值和相位差值：問題（1）正入射時，入射面已失去意義，p和s光的區別不存在，但其復振幅反射率符號相反，是否矛盾？E2yE2zE2xZxE1xE1zE1yE’1xE’1zE’1yi1i2

對P光，若rp>0,正入射時表示反射光振動方向與入射方向相反，即反射光位相變化180度對S光，若rs<0,正入射時表示反射光振動方向與入射方向相反，即反射光位相變化180度所以，結果是統一的。例題2

導出正入射時的復振幅反射率和透射率令i1=i2,代入復振幅反射率和透射率公式，得問題（2）：當n1>n2時，tp=ts>1,是否違背光能流守恒？關于這個問題我們引進光強反射率和透射率，及光功率反射率和透射率?光強反射率和透射率光強I=nE02，光強反射率和透射率：注意：對于斜入射的光，原因是：光強I是光功率面密度，其單位是為瓦/米2(W/m2)。若考慮光功率應該記及光強和正截面兩個因素。?光功率反射率和透射率i1i2?S2?S1?S1光功率守恒：?布儒斯特角

根據以上講的光強反射率和入射角的關系公式可以得出光強反射率曲線：+iB為布儒斯特角?玻片組透射光的偏振度

利用p光和s光的光強反射率、折射率不同的特性，使用玻片組可以或得比較高偏振度的偏振光，下圖為一例：注：偏振度的定義：?斯托克斯倒逆關系

斯托克斯倒逆光路方法巧妙地解決了n1/n2界面復振幅反射折射率（）和n2/n1界面復振幅反射折射率（）的關系。圖中顯示反射光行波和折射光行波均被抵消，當然另外兩列光行波(1，rr，tt’)和(rt，r’t)也不復存在，即第三節反射光的相位變化一反射光的相移變化曲線二例題--菲涅耳棱鏡產生圓偏振光三反射光的相位突變問題四維納實驗一反射光的相位變化曲線相移因子()的原始含義為：當

=0，復振幅反射率為正實數，表明反射光振動態與局部坐標架(p’,s’)方向一致，但是并不意味著反射光和入射光振動態必定同相位。當

=，復振幅反射率為負實數，表明反射光振動態與局部坐標架(p’,s’)方向相反，也不意味著反射光和入射光振動態必定反相位。當

0，

，復振幅反射率為復數，表明反射光振動態介于局部坐標架(p’,s’)之間，入射光為線偏振，反射光則為橢圓偏振。反射光的相移變化曲線：（1）n1

n2(1)n1

n2，光疏介質到光密介質，相移變化比較簡單，

=0或者

，如圖：（2）n1

n2，即光密到光疏，情況比較復雜，當入射角大約全反射臨界角，相移因子由0連續變致

，見下圖：（2）n1

n2以上相移因子和入射角關系公式的推導：當入射角i1

ic時，按照折射定律在形式上得：所以：令：于是：相移因子求得：注意：在基元波函數復數形式表示里，我們約定了相位的正負號；實際相位超前取負號，落后取正號，這個約定源于我們選用了故實際相位差(‘-)應該為正值，

為正值。二例題--菲涅耳棱鏡產生圓偏振光設玻璃折射率n1=1.51，空氣的折射率n2=1.0，以入射角i1=51o20

入射一線偏振光，且偏振方向與入射面成45o夾角，相位

1p

1s=0，即在入射光局部坐標架(p1,s1)看來入射光是兩個等相位和正交振動的合成，分析反射光的偏振態？首先判斷入射角是否大于全反射臨界角：入射角大于臨界角，所以使用下面的公式計算相移量：結果得：所以：

結論：因為入射角大于臨界角，所以實振幅反射率rs和rp等于1，故反射光為內正切于正方形邊框的左旋斜橢圓偏振光。菲涅耳棱鏡適當調整入射角，使得

=45o，在菲涅耳棱鏡里發生兩次全反射，s和p光的相位差為2=90o，所以出射光為左旋圓偏振光。三反射光的相位突變問題

以上講解的知識已經解決了這個問題，這里給出一個總結的結論；這些結論對于確定入射光和反射光的干涉場非常有用。半波損失：在反射點入射光和反射光的線偏振態恰巧相反，也就是說相位相差

，稱之為半波損失。這意味著入射情況為正入射和掠射。結論：正入射時。n1<n2,界面反射有相位突變

，有半波損失；n1>n2,界面反射沒有相位突變，即沒有半波損失。掠射時。無論n1>n2還是n1<n2，界面反射均有半波損失。12n1n2n33.斜入射時；如下圖，我們關心的薄膜上下界面反射的兩光束1和

2之間的相位差。結論（限于入射角小于布儒斯特角）當n1>n2<n3或n1<n2>n3，要計相位突變

，即實際光程差為：ii.當n1>n2>n3或n1<n2<n3，沒有相位突變，實際光程差為：對于入射角大于布儒斯特角的情況，請同學課下分析。例題：如圖一微波檢測器安裝在高出湖面h=0.5米處，一顆射電星體發射波長為

=21厘米的微波,星體自水平面徐徐升起，微波檢測器依次出現信號極大和極小，問當出現第一個極大時，星體相對于水平面的仰角

？

CB射電星體因為是掠射，所以要考慮相位突變

，故實際光程差為：當出現第一個極大時，，于是：

光與物質的相互作用，本質上是光與電子的相互作用。運動的電子既有電荷亦有磁矩，光是電磁波。在光與電子的相互作用中，是電場起主要作用，還是磁場起主要作用，還是電場和磁場起等同的作用？-----維納實驗回答了這個問題。四維納實驗

光疏到光密，正入射的反射光的電場矢量有半波損失，而磁場矢量沒有。在a0點觀察到的是暗紋，確定和乳膠相互作用過程中起作用的是光波的電矢量。維納進一步作了更令人信服的實驗：對于s光，記錄到明暗條紋對于p光，記錄到均勻黑度證明乳膠感光是電場所致，而磁場沒有起作用。

原子物理學從理論上可以估算出，光波中作用于電子電荷上電場力遠遠大于作用于電子磁矩的磁場力。第四節反射光的偏振態

反射光的偏振態和入射光的偏振態、入射角和介質的折射率有關。舉一特例----自然光入射（光疏到光密）幾個常用結果：正入射時，若入射光為左旋偏振光，反射光為右旋偏振光，既適用于光疏到光密，也適用于光密到光疏。入射角等于布儒斯特角，反射光為s偏振光。當入射角大于全反射臨界角，若入射角為線偏振光（非s偏振，也非p偏振），反射光為橢圓偏振光。補充內容結束！散射光的偏振當陽光射入地球大氣層時，遇到大氣分子而被散射，在高空沒有多少塵粒子，故以分子散射(瑞利散射)為主，散射光的光強與入射光的波長四次方成反比。陽光所含的七種色中，紫、藍、青光等的波長短，被分子散射便強烈，而波長較長的橙光、紅光等被散射便弱，在高空的散射光便以紫、藍、青光等為主，綜合的效果便使天空呈蔚藍色。

塵粒和水滴的尺度一般大于等于可見光，這里的散射以米散射為主，米散射不遵從分子散射那樣的散射規律而是遵從更復雜的規律，和波長沒有明顯的關系，陽光被散射后基本上仍為白光，比如白云。瑞利散射：在入射光的激勵下分子感生的電偶極矩為：

電偶極矩輻射：輻射光強：所以：自然光：-+-+yxz

線偏振光散射光偏振：自然光散射偏振：zx

py入射自然光

B

散射光(部分偏振光)

散射光

(線偏振光)

散射光

(自然光)太陽光本身并不是偏振光，但當它穿過大氣層，受到大氣分子或塵埃等顆粒的散射后，便變成了部分偏振光。根據天空偏振光的圖形，就可以確定太陽的位置。蜜蜂的偏光導航儀是在頭部的復眼中。它的復眼是由6300只小眼組成的，每只小眼里有8個作輻射狀排列的感光細胞，蜜蜂就是靠這些小眼來感受天空偏振光的。

*散射光偏振和導航通過動態光散射的方法可以測量大分子和膠體粒子的流體力學半徑分布情況；通過靜態光散射的方法可測量高聚物的重均分子量MW(weightaveragedmolecularmass)，均方根旋轉半徑Rg（radiusofgyration）和第二維里系數A2(secondosmoticvirialcoefficient)。該儀器可測粒子大小為幾個nm至1μm，并具有不破壞體系原有狀態的特征，因此在高分子與膠體化學，材料科學，生命科學等方面都得到廣泛應用。*散射在化學中的應用：雙折射現象化學成分:AL2O3，三氧化二鋁結晶晶系:三方晶系晶體形狀:六方雙錐和菱面體加六方柱物理性質:摩氏硬度計9:級（僅次于鉆石）比重:4.00左右折射率:1.762-1.770雙折射率:0.008化學成份：氧化鋁鈹(BerylliumAluminate,BeAl2O4)晶系：多是OrthorhombicTwin晶系；

三個晶系孿生，產生一種六方對稱的外貌硬度：8.5(僅次于紅、藍寶)比重：3.71透明度：高至不透明折射率：1.74至1.75雙折射：0.009紅寶石（含鉻或鐵)

貓眼石

寶石和雙折射：從不同的方向看雙折射的寶石，有機會看到不同深淺的顏色，甚至不同顏色。切磨專家在選擇寶石的「臺面方向」時，要顧及其不同的色澤，選擇顏色最美麗的方向作為臺面。eoo光（尋常光）——遵守折射定律e光（非常光）——不遵守折射定律所謂o光和e光，只在雙折射晶體的內部才有意義，射出晶體以后，就無所謂o光和e光了。用檢偏器來考察從晶體射出的兩光束時，就會發現它們都是線偏振光。雙折射光的偏振特點光軸：光線在晶體中沿某一方向傳播時不發生雙折射現象，這一方向稱為晶體的光軸.78o102o光軸

天然方解石晶體是一六面棱體,每一面都是菱形,大角約為102o,小角約為78o.六面體中有兩個相對的分別由三個鈍角圍成的頂角,連接這兩個頂角,與連線平行的方向既是方解石光軸的方向.單軸晶體：只有一個光軸(如方解石、石英)的晶體雙軸晶體：有兩個光軸(如云母、硫磺)的晶體主截面：光軸和晶體表面光入射點的法線組成的平面。法線o光e光光軸主平面：晶體中光（o光或e光）的傳播方向與晶體光軸構成的平面。e光光軸e光的主平面o光光軸o光的主平面····o光的振動方向垂直于o光的主平面；e光的振動方向平行于e光的主平面。當o光和e光的主平面相互平行時,兩光的振動互相垂直.說明：當入射面和主截面重合一致時，e光的偏折依然在入射面內；當入射面和主截面不一致時，則e光射線就可能不在入射面內。o光的偏折總在入射面內。尋常光（o光）：(1)是振動面垂直與自己的主平面的線偏振光;(2)符合折射定律和反射定律;(3)沿各個方向折射率相同(no),傳播速度相同.非常光(e光):是振動面平行于自己的主平面的線偏振光;一般不符合折射定律,在垂直于光軸的方向傳播時符合折射定律.沿不同的方向折射率不同,傳播速度不同.沿光軸的方向折射率和速度為no與o光相同.沿垂直于光軸的方向的折射率稱為ne.

no和ne成為晶體的主折射率。晶體可分為正晶和負晶.

ne

no的晶體,叫做正晶體.如石英.ne

no的晶體,叫做負晶體.如方解石.光在晶中體波面光軸eoeo⊙光軸O-xyz是方解石晶體內的三維坐標,t=0時刻自原點發出的光振動,在t=t時刻,o光振動傳到以v0t為半徑的球面上.因此

,o光的波面圖是球面.e光波面圖是長軸為vet,短軸為vot,在光軸方向上外切球面的橢球面.負晶體正晶體e光軸eo⊙光軸(1)作圖法確定光在各向同性介質界面上的反射和折射光方向.用惠更斯原理確定反射光和折射光傳播方向n1n2用惠更斯原理確定反射光的傳播方向.n1n2用惠更斯原理確定折射光的傳播方向.空氣晶體用惠更斯作圖法確定光在晶體中的傳播方向例題1：負晶體方解石光軸以入射點為中心，以1/no為半徑作圓。以1/no為短軸,1/ne為長軸作橢圓空氣晶體例題2：方解石光軸以AC/no為半徑作圓

以AC/no為短軸,

AC/ne長軸,作橢圓例題3：石英(正晶體)光軸垂直于入射面空氣晶體

光軸oo

ee

以AC/no為半徑作圓以AC/ne為半徑作圓光軸eeo⊙光軸空氣方解石光軸oo

ee晶體例題4空氣石英石英

光軸ooee

例題5加拿大樹膠尼科爾棱鏡o68方解石晶體偏光棱鏡o68o68光軸加拿大樹膠,對鈉黃光的折射率為1.55,介于方解石的ne=1.486和no=1.658之間.涂黑進入晶體發生雙折射格蘭—湯普森格蘭—湯普森棱鏡線偏振光單色自然光

光軸

方解石涂黑

加拿大樹膠方解石制成的羅匈棱鏡鈉光自然光e???o玻璃和方解石制成的偏振器鈉光自然光e??o波片

將單軸晶體切成的有一定厚度的晶體片，使其光軸平行于表面，叫做波片．當光垂直通過波片時，在波片內分解為o光e光，因在晶體內垂直于光軸傳播，所以o光e光的傳播速度不同，這樣，傳播到波片的后表面o光e光就有了附加的相位差．波片產生的相位差與波片的d,no和ne有關．光程差方解石光軸oo

eeo光e光的相位差為：若

＞０表示o光落后.若

＞０表示o光超前.光軸E0E0eE0o經過波片

光在波片內被分解為o光和e光,經過波片后可以認為強度沒有變化,但相位差發生變化,因此光過波片后可能要引起偏振態的變化.

(1)波長片(或

片)當即時,稱為波長片.入射偏振光通過波長片后不改變其偏振態。經過波片當(2)二分之一波片(或

/2片)即時,稱為二分之一波片.oAeA經過波片(3)四分之一波片(或

/4片)時,稱為四分之一波長片.

當線偏振光入射到

/4片時，出射光為橢圓偏振或圓偏振光。相應地，當橢圓偏振或圓片真光入射到適當的

/4片后，出射光可以轉變為線偏振光。經過波片線偏振光通過l/4波片后將變為橢圓(圓)偏振光圓或主軸與波片光軸平行的正橢圓偏振光通過l/4波片后可變為線偏振光橢圓與圓偏振光的檢偏

用四分之一波片和偏振片P可區分出自然光和圓偏振光或部分偏振光和橢圓偏振光.

自然光在晶體（波片）內產生的o光和e光雖然同頻率且振動方向相互垂直，但它們之間無固定的位相差，這樣的光不能合成橢圓偏振光。檢偏器

四分之一波片圓偏振光自然光自然光線偏振光

偏振片（轉動）線偏振光

I不變線偏振光I變,有消光以入射光方向為軸

四分之一波片橢圓偏振光部分偏振光線偏振光

偏振片（轉動）線偏振光I變,有消光

部分偏振光光軸平行最大光強或最小光強方向放置或光軸平行橢圓偏振光的長軸或短軸放置線偏振光I變,無消光⊙d2d1補償器：o光e光o光e光從1到2經過補償器后兩偏振光之間的相位差：偏振光的干涉光軸晶體波片偏振片1偏振片2P1P2A1P1P21、P1P2它們之間的相位差：晶體雙折射投影P1

AAoAeA2oA2eP2光軸2、P1P2它們之間的相位差：晶體雙折射當P1P2滿足亮條紋條件時，

P1P2為暗條紋當P1P2滿足暗條紋條件時，

P1P2為亮條紋兩種情況互補，旋轉第二個偏振片，從P1P2到P1P2觀察的明暗互補

當偏振光的干涉裝置中的晶片厚度不均勻時，具有相同厚度的地方，將產生同樣的干涉光強，形成等厚干涉花樣．劈尖晶片的等厚干涉花樣晶片P1偏振片P2偏振片I0(鈉)自然光例題1：

等厚干涉

等厚條紋，條紋間距：光彈測量：

構件做成模型，置于光場中，測定模型應力值。在構件上施加一定拉力和壓力，介質內部形成一定的應力分布，介質變成各向異性，產生雙折射。在一定的應力范圍里，雙折射率

n和應力成正比，

n的空間分布反映在偏振光的干涉條紋花樣，由相似原理換算出實際應力。平行光平行光平面偏振光平面偏振光光源準光鏡檢偏鏡?波片起偏鏡?波片模型成像透鏡反光鏡屏幕+-?克爾效應:某些各向同性的透明介質（如非晶體和液體），在外電場的作用下，顯示出雙折射現象，稱為克爾效應。外加電場破壞溶液的各向同性，產生各向異性，產生雙折射，光軸方向平行于電場方向；P1P2Eeo經過長度為l的電場區，克爾效應產生的附加相位差為：透過P2的光強：當電壓在此值與零值間變換時，克爾盒可使光路通、斷，故可用作電光開關。若克爾盒的電極與調制信號電壓相接，則通過P2的光強將隨信號電壓的變化而改變，這時的克爾盒就是一個光調制器。由于克爾效應幾乎沒有延遲時間，隨外電場變化的響應時間極短,可達10-9s，因此可制成高速光閘和光調制器等，用于高速攝影、電影電視以及激光通訊等領域。

圖為泡克耳斯效應裝置(光傳播方向與電場平行)，P1⊥P2；透明電極；晶體是單軸晶體，光軸沿光傳播方向(不加電場時，無雙折射)。加電場→晶體變雙軸晶體→原光軸方向附加了雙折射效應。泡克耳斯效應產生的

n正比于外加電場；*泡克耳斯效應：+-光軸P1P2no─o光在晶體中的折射率，V─電壓，

─

電光常數。經過長度為l的電場區，克爾效應產生的附加相位差為：

=時，P2透光最強。磷酸二氫鉀（KH2PO4，簡稱KDP）、磷酸二氫胺（NH4H2PO4，ADP）等單晶都具有線性電光效應。例如KDP晶體對于λ=546nm的綠光，no=1.51，=10.610-12m/V，=時，半波電壓V=7600V，這比克爾盒要求的電壓低得多。泡克爾斯效應的開關響應時間也極短，一般小于10-9s，可用作超高速開關，激光調Q，顯示技術，數據處理…

旋光物質

d*旋光現象物質的旋光性某些物質（如石英、氯酸鈉、糖的水溶液、酒石酸溶液、松節油等）具有能使線偏振光的振動面發生旋轉的性質，稱為旋光性

(opticalactivity)。振動面旋轉的角度：

a─

旋光率(specificrotation)，它取決于入射光的波長和旋光物質的性質。OyxEyEx

EELERO

R

L任何一個圓偏振光和橢圓偏振光可以分解成兩個同頻，振動方向相互垂直，并且有穩定的相位關系的線偏振光。任何線偏振光可以分解成兩個同頻的左右旋、振幅相等、并且有穩定的相位關系的圓偏振光。旋光現象的說明在旋光晶體中左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的傳播速度不同，即兩種偏振態的折射率不同；左旋偏振光和右旋偏振光經過厚度為d的晶體，兩者經歷的光程不同，相應地產生不同的相位落后：對于圓偏振光，相位落后意味著光矢量轉角的倒退，即：相位落后轉角倒退相位落后<=>轉角倒退ERELEA晶體前表面ERELEB晶體后表面

L

R

同一時刻晶體后表面合成的線偏振光矢量為

L、

R夾角的平分線，相對于前表面的線偏振光矢量旋轉了

*菲涅耳復合棱鏡：RRRRLLL光R光菲涅耳復合棱鏡的意義：1、證實了菲涅耳提出的關于晶體旋光性機理的假設解釋。2、提供了一種產生圓偏振光的一個典型器件。磁致旋光效應

法拉第

（MichaelFaraday，1791—1867）

偉大的英國物理學家、化學家。法拉第出身貧寒，自學成才，工作勤奮，熱心科普工作，是實驗大師。他發現了電磁感應現象、法拉第電解定律和磁致旋光效應，提出了力線和場的概念，主張自然界的各種力相互有關，反對超距作用的觀點。J.C.麥克斯韋電磁場理論是在法拉第工作的基礎上建立的。法拉第的主要著作有《電學實驗研究》、《化學和物理學實驗研究》、《日記》。

1845年8月,法拉第研究電和磁對偏振光的影響,9月用過去研制的重玻璃做實驗，發現原來沒有旋光性的重玻璃在強磁場的作用下產生旋光性，使偏振光的偏振面發生偏轉。這是人類第一次認識到電磁現象和光現象之間的關系。磁致旋光效應后來稱為法拉第效應。

在兩個透振方向正交的偏振片之間沿光的傳播方向放置一個螺線管，將待測的透明介質樣品插入螺線管內。單色平行自然光通過起偏器M后變為線偏振光，如果螺線管未接通電源，透明介質樣品無旋光性，透射光將完全被檢偏器N所阻隔。螺線管接通電源后，介質樣品在強磁場的作用下而產生旋光性，因而將有光從偏振片N射出。這時若將N旋轉某個角度q，則會重新產生消光,這說明從介質樣品出射的光仍是線偏振光，只是其振動面相對于入射線偏振光的振動面轉過了角度q。實驗表明，磁致旋光效應中振動面的旋轉角q正比于光在介質中通過的距離l，正比于介質內的磁感應強度B，即q=vlB

式中v是比例系數，稱為維爾德常量，決定于介質的性質，也與入射光的波長有關。實驗還表明，磁致旋光性與天然旋光性是有差別的。天然旋光性的右旋和左旋取決于物質的結構，與光的傳播方向無關；磁致旋光性的右旋和左旋與光相對于磁場的傳播方向有關，若光沿磁場方向傳播是左旋的，則逆著磁場方向傳播變為右旋。所以，線偏振光往返兩次通過天然旋光物質，振動面將恢復到原先的方位。而線偏振光往返兩次通過磁致旋光物質情況就不同了，如果光沿磁場方向通過，振動面左旋了q角，那么當它沿原路徑逆著磁場返回時，物質變為右旋的，振動面又旋轉了q角，這樣往返兩次通過同一物質振動面共旋轉了2q角。利用磁致旋光的這種性質，可以制成光隔離器、光調制器等器件。旋光性與物質分子結構的關系

什么樣結構的物質才能使偏光的振動方向發生旋轉呢？在了解這個問題之前，我們首先討論手性（Chirality）的概念。1848年，法國科學家巴斯德（Louispasteur）為了獲得酒石酸鹽結晶方面的數據，在重復前人的實驗時，發現了一種有趣的現象：沒有旋光性的酒石酸是由兩種結構極為相似的兩種晶型混合而成，它們的結構非常相似，但不相同，也不能完全重疊，就好像人的左右手一樣，外表非常相似，但不能完全重疊。他用放大鏡和鑷子細心地將這兩種晶體分離，分別溶于水后測其旋光度，發現它們均具有旋光度，如果將它們混合后，則旋光度為零。經過對這兩種晶體分析，他發現它們之間的關系就好像人的左右手一樣，一種結構是另一種結構的鏡像。即它們互為實物與鏡像關系。實物與其鏡像不能重疊的特性，稱為物質的手性，具有手性的分子叫手性分子。凡具有手性的分子都有旋光性。沒有手性的分子沒有旋光性，因此，物質的手性是判斷其