偏振光的干涉干涉色Interference colors.ppt

2
sin
2
sin 2
]
2
▲ P1 和P2 的透振方向相互平行
I //
A12[1 sin2
2
s in 2
]
2
45
I //
A12[1 sin 2
]
2
A12 2
[1 cos ]
▲ P1 和P2 的透振方向相互垂直 注意：α取锐角，θ为负角
2
A2o A1 sin sin A1 cos sin A2e A1 cos cos A1 sin cos
5-9 偏振光的干涉--干涉色(Interference colors)
——分振动面干涉
1. 平行偏振光的干涉 2. 偏振干涉滤光器 3. 会聚偏振光的干涉
条件：频率相同、振动方向相同、位相差恒定
一、 偏振光干涉典型的实验装置
在两块共轴的偏振片P1 和P2 之间放一块厚度为d的波片，
光轴方向如图
y 光轴方向
A2o P2
1、P1 和P2 在相同的象限内，A2o和 A2e 方向相同，无附加光程差
2、P1 和P2 在不同的象限内，A2o和 A2e 方向相反，附加光程差为π
0
2
(no
ne )d
0
I
关于光强I 的讨论 A22o A22e 2A2o A2e cos
A12[cos2 (
)
sin
2
sin sin cos cos cos( )
A12[cos2 (
)
sin
2
sin
2
s in 2
]
2
关于 的讨论
两部分组成
y
α
θ A2e Ae
P2 A2o
A1 P1
▲ 由波片引起的位相差
2
(no
ne )d
Ao
▲ 由P1 和P2 的相对透振方向引起 的位相差
y
P1
Ae
A1
θ
A2e α
Ao
A1
Ao A1 sin
Ae A1 cos
Ao
A2o Ao sin A1 sin sin
A2e Ae cos A1 cos cos
设两振动为相干的，位相差为， 合振动强度为
I A2 A22o A22e 2 A2o A2e cos
cos 1 2sin2
( A2o
A2e )2
2 4 A2o A2e sin 2
d
·
P1
θ E1
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o
x
α
z
P1 的作用：获得线偏振光 波片的作用：将入射的线偏振光分解成两束相互垂直的、有
固定位相差的线偏振光
P2 的作用：把两束线偏振光引到同一方向上来
二、 线偏振光干涉的强度分布
设P1 与y（波片光轴）的夹角为θ，P2 与y的夹角为α
y
α
θ A2e Ae
P2 A2o P1
A1
过P1 后振幅为 过波片后分为 过P2 后振幅为
通常在明亮多色的光球背景上，无法观测到弱 的色球层和日冕层，所以要用单色光观察．
适合色球观察的波长有：
656.2nm(H线), 393.4nm(CaⅡk线)，
396.8nm(CaⅡ线), HeⅠ, 587.5nm(D3线), MgⅠ,518.3nm(b1线)等
里奥型偏振干涉滤光器结构（四级）：
P1 C1 P2 C2 P3 C3 P4
讨论（1）: 若一定.
(a) 当 2k 时(波长片)， cos 1,
I 0, 出射光强为零.
(b) 当 (2k 1) (半波片)时, cos 1,
I (I0 / 2) sin 2 2 , 出射光强最大.
讨论（2）: 固定不动.
(a) 当 2k 时, (波长片) cos 1,
A2o A2e
I
2 A12
cos2 sin2 (1
cos)
A12
s in 2
2
cos2
2
y
P1
α θ
I
A12
s in 2
2
s in 2
2
45
I
A12 2
(1 cos )
P2
一般情况下 I // I A12 常量
▲ P1 和P2 的透振方向相互平行
用单色光照射
P
·
d
θ E1
I// I0 / 2, 出射光强最大.
(b) 当 (2k 1) (半波片)时, cos 1,
I// I0 (1 sin 2 2 ) / 2, 出射光强最小.
由于M和N垂直与平行两种情况下, 相干光相位差差, 所以对于给定的晶体薄板, 在垂直时出射光为干涉最大, 而在平行时却为干涉最小;反之依然.且有
M
C
N
(钠)自然光
I0
偏振片 晶片 偏振片 劈尖晶片的等厚干涉花样
2. 偏振干涉滤光器和太阳色球观察
天体辐射，因种种原因而具有各种偏振态．所以， 对天体辐射偏振态的测量，对了解天体的物理状态， 研究天体的辐射机制，以及天体辐射通过的物质等都 有重要的意义．例如：
由日冕的偏振态的测量，可以求日冕内部电子密 度和温度的分布. 测量因天体磁场作用下被分裂的 光谱散射光的偏振，可以测天体的磁场. 测量行星大 气散射光的偏振，可以获得行星大气组成的情况.
y o
以z为轴
x
P
旋转波片， 改变y相
z 对于P1和
P2的方向
波片厚度 d 确定，恒定（no-ne变化很小）
极值条件
0, , , 3
22
, 3 , 5
44 4
I// 取极大 I// 取极小
▲
P1 和P2 的透振方向相互垂直 用单色光照射
y
P
·
d
θ E1
o
以z为轴
x
P
旋转波片， 改变y相
I I// I0 / 2.
这两种情况光强互补.
若用白光作光源, 对于同一厚度的波片, 垂 直时出射光颜色与平行时出射光颜色互补,即两 种情况下的出射光加起来为白光.在由垂直向平 行过度时,出射光颜色会发生突然的变化,这种现 象叫做色偏振.
(3) 等厚干涉
当偏振光的干涉装置中的晶片厚度不 均匀时，具有相同厚度的地方，将产生同 样的干涉光强，形成等厚干涉花样．
z 对于P1和
P2的方向
波片厚度 d 确定，恒定（no-ne变化很小）
极值条件
0, , , 3
22
, 3 , 5
44 4
I⊥=0，取极小 I⊥取极大
波片厚度 d 确定，用不同波长的光入射时，透射光的强弱 随波长的不同改变。
三、 色偏振（略）
四、 偏振光干涉条纹的形成 在前面的实验装置中，视场中只有均匀的亮暗或色彩变化 （为什麽？），要观察到条纹，须把波片换成劈尖形的。 y
P
·
d
θ E1
o
x
P
z
P1 和P2 的相互垂直，用单色光照射时，Δφ与d有关
2
(no
ne )d
2k
(k 1,2,3 )
暗条纹
明暗条 cos 1
纹条件
2
(no
ne )d
(2k
1)
(k 1,2,3 ) 明条纹
cos 1
I
I0 4
(sin
2
2 )(1 cos
).
出射光强与 有关，与有关．