椭圆偏振光和圆偏振光

§5.5 椭圆偏振光与园偏振光的产生和检验
一、 圆偏振光和椭圆偏振光起偏 晶体相移器件
1、椭圆和圆偏振光获得（思路及装置） （一种相移元件）
思路： 根据振动方向相互垂直、频率相同的两个简谐振动能够合
成椭圆和圆的原理，可有双折射现象获得椭圆和圆偏振光。
分析： 自然光入射到晶片上，
光轴
出射光仍为自然光。（无恒定的相位差）晶片
d
自然光透过晶片是得不到椭圆和圆偏振光的。 o e
线偏振光入射到晶片上，可分解为振动方向相 互垂直的 e 光和 o 光。
晶片：光轴 平行于表面 的晶体薄片
出射光为振动方向相互垂直的、具有固定位相关
系的线偏振光 椭圆和圆偏振光
2、椭圆和圆偏振光起偏装置（光路图） 光轴
y
λ
Ae
A0
？ x
P2 A2e
若单色光入射，且d不均匀， 则屏上出现等厚干涉条纹。色
若若dd均不匀均不匀变，，且而以以白白光光入入射射，，则则屏屏上上出出现现彩均色匀条的纹颜。色。偏振
色偏振： 由于某种颜色干涉相消，而呈现它的互补色
如 红色相消→绿色；蓝色相消→黄色
二、人为双折射
人为地造成介质的各向异性，而产生双折射。
A出
Ae 正最大时，Ao为负最大
A入
线偏振光振动面转过2 角度 A0出
A0入
1/2波片的作用—— 使线偏振光振动面转过2 角度
二、椭圆偏振光与圆偏振光的检偏
用1/4 波片C 和偏振片P 可把自然光与圆偏振光
（或部分偏振光与椭圆偏振光）区分开来。
自然光 圆偏振光
自然光 四 分 线偏振光 之
一、偏振光的干涉
P1
AC
Ao

(no
ne )d
4
这时相应地相位差为
2
(no
ne )d
2
则两束光通过晶片后叠加的结果是一正椭圆偏振光，其厚度为 d 4(no ne )
此时，如果再使=/4，则Eo=Ee，通过晶片的光即成为圆 偏振光。
使o光和e光的光程差等于四分之一波长的晶片成为四分之 一波片。显然，四分之一波片是对特定波长而言的。
光就是椭圆偏振光。椭圆偏振光可以看成是两个偏振方向互 相垂直、频率相同、有一定相位差的线偏振光的合成.
迎着光的传播方向看，若光矢量沿顺时针方向转动，称为 右旋椭圆偏振光，反之称为左旋的。
2. 圆偏振光
在椭圆偏振光中，如果两个分振动的光振幅相等，即 E0x=E0y, 而且两个分振动的相位差2-1=/2，此时 椭圆轨迹变为圆，这样的光就是圆偏振光。
3. 椭圆偏振光的获得
图中P为偏振片，C为单轴晶片，与P平行放置，其厚度为 d，主折射率为no和ne，光轴平行于晶面并与p的偏振化方 向成夹角。
单色自然光通过偏振片P成为线偏振光，其振幅为E，光振动 方向与晶片光轴的夹角为。此线偏振光垂直射入晶片C后，
产生双折射，o光振动垂直于光轴，振幅为 Eo E sin
当入射到检偏器上的光是圆偏振光或椭圆偏振光时，随着 检偏器的转动，对于圆偏振光，其透射光强将和自然光的 情况一样，光强不变化；对于椭圆偏振光，其透射光强的 变化和检验部分偏振光是的情况一样。因此，仅用检偏器 观察光强的变化，无法将圆偏振光和自然光区分开来；同 样也无法将椭圆偏振光和部分偏振光分开。
圆偏振光和自然光或者椭圆偏振光和部分偏振光的根本区 别是相位关系的不同。圆偏振光和椭圆偏振光是由两个有确 定相位差的互相垂直的光振动合成的，合成光矢量作有规律 的旋转。而自然光和部分偏振光在不同振动面上的光振动是 彼此独立的，因而表示它们的两个互相垂直的光振动之间没 有恒定的相位差。根据这一区别就可以将它们区分开。

逆着光线方向观察，电矢量振动方向逆时针方向旋转 的物质，称为左旋物质；反之为右旋物质。
实验证明：振动面旋转的角度 与材料的厚度d、 浓度C 以及入射光的波长 有关。
对于固体： d
定义M为旋光系数，B 它是入N射光波长的函数
对于液体： Cd 式中C为溶液的浓度。
把磁性物质的样品，放在两个正交的偏振片之间，沿 光传播方向加磁场 B，则发现线偏光通过样品后，振 动面旋转过一个角度 ，实验表明：
波片长(λ) 任意
与入射光偏振态相同
1/2波片 (λ/2)

出射线偏振光的振动方向与入射光的振
动方向对于光轴对称，两者间夹角2
1/4波片 450 正椭圆偏振光，长短轴之比为tan
(λ/4)
= 450
圆偏振光
非波片 非半波片 非1/4波片
任意
椭圆偏振光
二、偏振光的干涉
• 偏振片M与N的透振方向相互垂直（MN)
AO A1 sin
Ae A1 cos
经过波片后，o光和e光的光程差： (no ne )d
o光和e光的位相差：


2
(no

ne )d
波片厚度d 决定o光和 e光的相位差大小。因此，可用波
片来产生椭圆偏振光、圆偏振光或改变入射光的偏振态.
讨论：
1)当 (no ne )d k
变，避免了对前级的影响。
例：在正交的偏振片M、 N 之间放一个如图所示的楔形 波片。该波片的光轴平行于 楔面，且与偏振片M的透振 方向有一固定夹角。
若当M//N看到所示的等厚直线形条纹，则当MN时， 根据互补原理原来的暗条纹就变成了亮条纹，亮条纹 则变成暗条纹，且条纹的对比度要比前者好。

Ey E O Ex
P
I0
I
圆偏振光
旋转偏振片P一周，出射光强不变化
出射光强为：I
1 2
I0
E2
2）椭圆偏振光通过旋转的检偏器后光强的变化
P
y Ey
E
I0
P I
x O Ex
椭圆偏振光
偏振片处于任意位置时：Em E EM
旋转偏振片一周，没有消光现象。
出射光强为：I m I I M
4．通过波晶片后光束偏振态的变化
§3 圆偏振光和椭圆偏振光的获得和检验
都可看成是相互垂直并有一 定位相关系的两个线偏振光的合 成。
给出了从自然光获得圆偏振 光和椭圆偏振光的一种方法。
1．垂直振动的合成 设两个垂直分振动为
Ex Ax cos(t) Ey Ay cos(t )
求合振动的偏振态？
y x
1） 0或 时
传播速度不同形成的相位差。
2
(ne
no )d
从波晶片出射后形成的总相位差：出＝ 入＋
5）产生圆偏振光的办法 设入射到波晶片上的线偏振光的振幅为A， 振动方向与 e轴夹角为
（1）让： / 4
（2）选取 / 2 波晶片。
则：Ee A cos , Eo A sin , Ee Eo
入 0, , / 2, 出 入 / 2
4）区分左旋或右旋圆偏振光
（1）区分光路如图所示：
圆偏振光 o e
透振方向
K
K P
K为 / 2 的 / 4 波晶片，偏振片P上
的斜线为其透振方向。
（2）区分步骤：
（a）旋转偏振片，边旋转边观察， 出现消光位置时停止旋转，
（b）若偏振片透振方向位于一三象限内， 则入射光为左旋圆偏振光。