1、5偏振光的干涉,它们能否干涉？,怎样才能看到干涉？,不能干涉！因为振动方向相互垂直。,5.1偏振光干涉原理,5偏振光的干涉,偏振光干涉的实验装置,P1 ：把自然光转变为线偏振光.d ： 分解光束(将入射线的偏振光分解成振动方向互相垂直的o光和e光)和相位延迟。P2 ：把两束光(o光和e光)的振动引导到相同方向上。,线偏振光干涉的强度分布,：P1的透振方向与波片光轴的夹角； ：P2的透振方向与波片光轴的夹角； ：从P2出射的两束光之间的相位差.,e,A1,（1）刚进入波片表面时，o光和e光的相位差,o光和e光的相位差由三个因素决定,（2）波晶片引起的相位差,（3）坐标轴投影引起的相位差,e轴和o
2、轴的正向对P2轴的两个投影分量方向一致，则,e轴和o轴的正向对P2轴的两个投影分量方向相反，则,线偏振光干涉的强度分布,的透振方向互相垂直时，,的透振方向互相平行时，,给定波晶片， 与d一定，如果某单色光的波长1满足,但此时对于另外一单色光的波长2满足,5.2 色偏振（chromatic polarization）,于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色，,若白光入射，且晶片d 均匀，,若d不均匀，则屏上出现彩色条纹。,红色（656.2 nm）相消,蓝色（485.4nm）相消,色偏振是检验材料有无双折射效应的灵敏方法,用显微镜观察各种材料在白光下的色偏振，可以分析物质内部的某些结构.,偏光显微术
3、。,则：屏上由,这叫（显）色偏振。,绿色（492.1nm）；,黄色（585. 3 nm）。,互补色：任何两种彩色如果混合起来能够成为白色，则其中一种称为另一种的互补色。,硫代硫酸钠晶片的色偏振图片,若白光入射，且晶片的厚度 d 不均匀，则屏上出现彩色条纹。,若单色自然光入射，且晶片为尖劈状（厚度 d 不均匀） ，则屏上会出现平行的等厚干涉条纹：,5.3 偏振光的干涉条纹,石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）,例 两尼可耳棱镜的透振方向夹角为 ，在两尼科耳棱镜之间,加入一四分之一波片，波片的光轴 方向与两尼科耳棱镜,夹角的平分线平行，强度为 的单色自然光沿轴向通过这一系统,（1 ）指出光透过/4波片
4、后的偏振态；,（2 ）求透过第二个尼可耳棱镜的光强度和偏振性质（忽略反射和介质吸收）,线偏振光的振动方向与光轴夹角为 ，进入晶体后分解为o光和e光，,解：（1 ）自然光经过尼可耳棱镜，成为线偏振光，强度为 ,由于/4波片使o光和e光产生/2的相位差，所以过后,成为椭圆偏振光,（）尼可耳棱镜2前是椭圆偏振光,和 在2的透振方向上投影，产生干涉两相干线偏振光的振幅分别为,由于投影引起的附加相位差，故两相干光的相位差为（0）。,过2后的相干光强为,为什么？,出射光为线偏振光,人工双折射,人工双折射是用人工的方法造成材料的 各向异性, 从而获得双折射的现象。,一.应力双折射（光弹性效应）,在观察偏振光
5、干涉的装置中，将有机玻璃取代晶片：,将有机玻璃加力，发现有机玻璃变成各向异性。加力的方向即光轴的方向。,若应力均匀,则观察到均匀的干涉光强.,若应力不均匀：,各处 F/S不同 各处 不同 各处干涉情况不同 出现干涉条纹。,实验发现（在一定应力范围内）：,应力变化大的地方,条纹密;应力变化小的地方,条纹疏。,应力双折射效应引起的相位差：,例如. 检查透镜等透明的元件内部的剩余应力 的情况。,例如. 设计大吊钩时，要知道实际使用时侯 内部的应力分布情况。 可用透明的环氧树脂制成模拟吊钩， 通过光弹效应，了解内部应力的分布。,应用：,通过光弹性效应，研究材料内部的应力情况。,钓钩的光弹图象,模型的光
6、弹图象,二.电致双折射（电光效应）,1. 克尔效应,装硝基苯液体(C6H5NO2)的小容器叫克尔盒。,在观察偏振光干涉的装置中，将克尔盒取代晶片：,将克尔盒加电场，发现硝基苯变成各向异性。加电场的方向即光轴的方向。,加电场 液体各向异性（由于分子定向排列） 呈单轴晶体性质，光轴 ；,不加电场 液体恢复各向同性 P2不通光（ ）。,实验发现有,E 电场强度，k 克尔常数 对硝基苯(C6H5NO2),克尔效应引起的相位差为：,它正比于U2, 因此也称为二次电光效应。,引起相位差为 的电压，称为半波电压。这时克尔盒相当于一块半波片。,克尔盒的响应时间极短，每秒能够开关109次。 可用于高速摄影（快门
7、）、光脉冲测距、,光开关,应用:,当U=0时， ,光通不过 P2, 关！ 当U为半波电压时，克尔盒使线偏振光的振动面 转过 2 =900，光正好能全部通过 P2，开！,克尔盒有很多缺点：硝基苯有毒，易爆炸， 需极高纯度和高电压，故现在很少用。,光通讯,而光强的变化可传递信息，如 用于激光光纤通讯。,现用 KDP 晶体(磷酸二氢钾)替代克尔盒。,若U 为信号电压，则U 的变化引起 的变化，也引起通过 P2 的光强的变化，也就是信号电压调制了光强。,2. 泡克尔斯效应,用 KDP 晶体(磷酸二氢钾)取代克尔盒。,不加电场时光沿光轴传播，当然没有双折射现象。,加电场 该晶体变双轴晶体， 产生了双折射
8、现象。 就有光透过P2。, 一次电光效应,这种磁效应很弱，需要很强的磁场才能观察到。,三. 磁致双折射,类似于电场的克尔效应，某些透明液体在磁场 作用下变为各向异性，其性质类似于单轴晶体。,二次磁效应,光轴平行于磁场，且有,激光调Q，,超高速开关（响应时间小于10-9s），,数据处理,显示技术，,应用：,6旋光现象,6.1物质的旋光性,1811年实验物理学家阿喇果发现，线偏振光通过某些透明物质时，其偏振面会旋转一定的角度。,这种能使线偏振光的振动面发生旋转的性质称为旋光性。,光在各向异性媒质中传播时，除了产生折射现象外，还有,一种现象叫旋光，旋光效应最明显的晶体是石英（水晶）.,若在 之间插入
9、光轴垂直表面的石英晶片，则 后视场变亮，,说明经过石英晶片后偏振状态发生了变化，但还不能具体判断。,将 转动 角度后，视场又恢复黑暗，说明经石英晶片后的光,仍为线偏振光，只是其振动面比入射时转了 角度即旋光现象。, 旋光率； 取决于入射光的波长和旋光物质。,具有旋光性的物质：如石英晶体、许多有机溶液： 如蔗糖的水溶液、酒石酸溶液、松节油等。,迎着光看，振动面 顺时针转的为右旋物质， 振动面 逆时针转的为左旋物质。,是什么原因产生了旋光性？,实验规律：, 石英晶体有左旋,右旋两类, 是因为 它们的分子（SiO2）的空间排列方式有左旋, 右旋两种螺旋形结构，互为镜象。, 有机溶液的左、右旋光性是因
10、为其中一个个 分子本身具有类似螺旋状结构引起的。,例如，天然的蔗糖分子,不论是从甘蔗来的还是 从甜菜来的,都是右旋的。生物体体内的 葡萄糖也是右旋的。, 发现人工合成的有机物总是有数目相等的左旋、 右旋体，而天然的有机物却不是这样。,生物体总是选择右旋糖消化吸收， 而对左旋糖不感兴趣。,人工合成的氯霉素总是左旋,右旋各一半，,例如，从天然物中提取的氯霉素药能治病, 它是左旋的。,为什么生物体会对物质旋光性有选择？,-涉及人们最感兴趣的生命起源的问题。,涉及到组成蛋白质的多种氨基酸 和携带 生物遗传密码的DNA分子的 结构旋向问题，,追到更深层次，,只有左旋的有疗效 -价格只是天然氯霉素的一半。
11、,6.2 菲涅耳对旋光性的解释：,线偏振光可看作是同频率、等振幅的左(L)、右(R)旋圆偏振光的合成.,入射时R ， L 初相为 0，,设:旋光物质长 l ,出射时它们的相位比入射面处的相位落后。,看旋转矢量图，有：,在出射面上，它们的相位，分别比入射面处的相位落后,旋光率（与入射光的波长和旋光物质有关）,所以就有,令,由上式看出， 时， （逆时针转），即振动面向左旋（面对着光看）。,如图示，用左旋型（L）和右旋型（R）的,证实了自己的假设。,菲涅耳进行了如下实验，,石英棱镜交替胶合成多级组合棱镜。,光从 R 进入 L 时，左旋光速度由小变大，,右旋光速度由大变小，将靠近界面法线折射。,光密媒
12、质光疏媒质，光将远离界面法线折射。,各界面继续使左右旋圆偏振光分开的角度放大，,射出棱镜时就成了两束分开的圆偏振光。,6.4 量糖术,对溶液,据此可制成“量糖计” ，测糖溶液的浓度C。,其他应用：分析化工产品、药剂中的 左、右旋光异构体的成分等。,式中,利用规律：,6.3 旋光晶体内的波面（略）,6.5 磁致旋光,利用人工方法也可产生旋光性，其中最重要的是磁致旋光，也称为法拉第旋光，是法拉第1846年发现的。,水、二硫化碳、食盐、乙醇等都是磁致旋光物质。,V：费德尔常量,磁致旋光效应也能用于光通讯: 若磁场B是由信号电流 i 产生的, 信号电流 i 的变化 磁场 B 的变化, 旋转角 变化 P2通过的光强也变化。,-光通讯的原理,应用：,对自然旋光物质，振动面的左旋或右旋是由旋光物质本身决定的,对磁致旋光物质，光沿 与逆 方向传播，,振动面旋向相反。,光隔离器：,这样可以消除反射光的干扰。,“波动光学”全部结束,磁致旋光效应的应用：, 研究物质结构, 测电流和磁场, 磁光调制,令 = 45，,则 2 = 90，,反射光通不过P,菲涅耳复合棱镜,
