第15章光的偏振和晶体光学基础 工程光学课件

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1、第十五章光的偏振和晶体光学基础§15－1偏振光概述§15－2光在晶体中的传播§15－5晶体偏振器件§15-6偏振的矩阵表示§15－3晶体光学性质表示§15－4光在晶体波表面折射与反射§15－7偏振光的变换和确定§15－9磁光、电光和声光效应§15－8偏振光的干涉§15－10液晶光波表达式与光波的三个特性：频率、传播方向、振动方向。角频率：w，传播方向，电矢量的振动方向。偏振光方程：一.偏振光与自然光偏振：横波，即它的振动方向总是垂直于传播方向。§15－1偏振光概述1.线偏振光：振动方向与振动平面。光矢量与传播方向组成的平面称

2、为线偏振光的振动平面。振动方向与a1和a2的比值有关。2.圆偏振光左旋，右旋。3.椭圆偏振光右旋椭圆光左旋椭圆光常见的几种偏振光：4.自然光：振动方向几率、振动方向分解5.部分偏振光和偏振度自然光部分偏振光二.偏振光的产生利用金属丝对平行的电矢量吸收的原理，产生电矢量垂直与金属丝的偏振光。1.用线栅偏振器和偏振片产生偏振光2.由反射产生偏振光入射角为布儒斯特角，即反射光为线偏振光。振动方向垂直于入射面多次透射后，透射光也为线偏振光。一束非偏振光入射到气体上，那麽在与入射光束垂直的方向上被散射的光是线偏振光。散射光的振动方向在

3、光线传播方向的垂直平面内。3.由散射产生偏振光4.利用晶体获得偏振光利用晶体的双折射特性。三.马吕斯定律如果一线偏振光的电矢量振动方向和检振器的振动面成q角入射，则通过检振器之后的光强I为：1.双折射现象光束在某些晶体中传播时，由于晶体对两个相互垂直振动矢量的光的折射率不同而产生两束折射光，这种现象称为双折射。2.寻常光（o光）和非寻常光（e光）两束折射光中，有一束光遵守折射定律，称为寻常光（o光）；另外一束一般不遵守折射定律，称为非寻常光（e光）。折射定律有两个含义：A.折射角的关系，B.入射光学和折射光线与法线同在一个平

4、面。说明：1〕o光和e光与晶体密不可分2〕折射定律的含义一、晶体的双折射现象§15－2光在晶体中的传播15-31.光轴：在双折射晶体中存在一个特殊的方向，当光束在这个方向传播时不发生双折射，此方向称为晶体的光轴。在光轴方向上，o光和e光都遵守折射定律。而且：no=ne2.主截面：光轴和晶体表面法线组成。当光线在主截面入射（不与光轴重合）时，在晶体内o光和e光都在主截面内，但no和ne不等。光线在一般情况下入射晶体，o光和e光是不同面的。二、晶体特性二、晶体特性3.o光和e光的主平面A.o光主平面：o光和晶体光轴组成的面为o主

5、平面。o光振动方向垂直于o主平面。B.e光主平面：e光和晶体光轴组成的面为e主平面。e光振动方向垂直于e主平面。当入射光在主截面内时，o光e光主平面均为主截面。二、晶体特性4．正负晶体：UoUe时为正晶体；UoUe时为负晶体。正晶体：none，e光波面（椭球面）在o光波面（球面）之内。负晶体：none，o光波面（球面）在e光波面（椭球面）之内。15-4用惠更斯原理解释双折射现象三、用惠更斯原理解释双折射现象三、用惠更斯原理解释双折射现象三、用惠更斯原理解释双折射现象一、偏振器件1.尼科耳棱镜（W.Nicol）：材料：

6、方解石cADBA’C’a)(一)偏振起偏棱镜§15－5作用：产生偏振光或检测偏振光。2.格兰－汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜（1）光垂直于棱镜端面入射时（2）当入射光束不是平行光或平行光非正入射偏棱镜时3.格兰－付科（Glan-foucault）棱镜1.镜渥拉斯顿棱镜：利用两个正交的光轴分解光,材料：冰洲石：（二）偏振分束棱镜2.洛匈棱镜§15－6二、波片用单轴晶体做成的平行平板，光轴与表面平行。它的作用是：o光和e光通过波片时的光程差与位相差：d是波片厚度。使两个振动方向相互垂直的光产生位相延迟。则称该波片是1/

7、4波片，1/4波片的最小厚度：若当n0>ne时，e光超前。O光和e光产生的光程差称该晶片为二分之一波片，两束光的位相差为p的奇数倍。1.四分之一波片2.二分之一波片3.全波片三.偏振器件与波片的作用在上图中，1.第一个偏振器件的作用：从自然光中获得偏振光，称为起偏器波片2.入射到中，被分解成两个方向Ee和Eo，两者的大小为Ee=sina,Eo=cosa§15－7两者产生的位相差：对于no>ne,uo

8、2波片时，当no>ne时，e光超前o光p,出射为线偏光，振动方向转过2a。l/4波片将线偏振光变为椭圆偏光，或将椭圆偏光变为现线偏光；l/2波片的作用是将振动方向旋转2a角。对于noue,o光出射波片时超前e光p/2,合成为:左旋椭圆偏振光。波片的作用：波片应用之一：光线第一