椭圆偏振光

§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

解：设该材料的折射率为 n ，空气的折射率为1, 放在水中，则对应有
tgi p
tgi 'p
n tg 58 0 1 . 599 1 . 6 1
n 1 .6 1 .2 n 水 1 .33
所以：
i 50 . 3
' p
0
该材料对水的相对折射率为1.2。
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自然光的表示方法：圆点与短线等距离地交错、均匀地画出。
Ex Ey
Ex 和 Ey无固定关系:它们是彼此独立的振动 总光强
I Ix Iy
y
——非相干叠加
x
没有优势方向
自然光的分解
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Chapter 11偏振与晶体光学基础
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Chapter 11偏振与晶体光学基础
偏振度
P
Ip Ip In

I max I min I max I min
In —部分偏振光中包含的自然光的强度 Ip —部分偏振光中包含的完全偏振光的强度
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Chapter 11偏振与晶体光学基础
特点： 在所有可能的方向上，光矢量的振幅都相等； 自然光可分解为振动方向相互垂直但取向任意的两个线偏振光， 它们振幅相等，没有确定的相位关系，各占总光强的一半。
部分偏振光。 在一般情况下，反射光是以垂直于入射面的光振动为主的部分偏振

A D B C B C
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光轴
A D
注意：光轴仅标志一定的方向, A 并不特指某条直线。 单轴晶体： 只有一个光轴的晶体。如 B 方解石（碳酸钙、冰洲石）、 石英（水晶）、红宝石等。 双轴晶体： 有两个光轴的晶体。如云 母、硫磺、黄玉等。
D
C
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主平面： 包含晶体光轴和给定光线的平面 3. o,e光的性质 实验表明： 1）o光是线偏振光，振动方向 垂直于o光主平面. e光是线偏振光，振动方向 平行于e光主平面. 2) 当光轴在入射面内或垂直于 入射面时， o, e光的振动方 向相互垂直。 ⒉
29
说明：1）如果光轴垂直于界 面,光正入射时, o,e光方向 相同, 速度也相同,故无双 折射 . 2)如果光轴平行于界面,光 正入射时, o,e光方向相同, 但速度不同,仍认为有双折 射.
Do D
e
D0/
De/
30
例4 负晶体光轴垂直于入射面，平行光斜入射，用 作图法确定o,e光传播方向和偏振方向，并证明 这时o,e光均遵循折射定律。
34
二、单轴晶体的主折射率 光轴垂直于入射面时,e光沿垂直于光轴 的方向传播，这时o,e光都遵循折射定律:
sini1 c n0 (O光主折射率) sini20 v 0 sini1 c ne (e光主折射率) sini2e v e
方解石(负晶体v0<ve n0 >ne) no=1.65836，ne=1.48641 石英：(正晶体v0>ve n0 <ne) no=1.54425，ne=1.55336
1. 二向色性：
是指有些晶体对不同方向振动的电矢 量，具有选择吸收的性质。 偏振片：含有平行地排列起来的长链聚合物 分子的薄膜, 具有二向色性. 如：电气石（天然）、聚乙烯醇（人工）。 透振方向：垂直于长链方向。

光路图如下：
L待检测的光源B为可以旋转的四分之一波片，C为可以旋转的检偏器，M为接收检验光
的装置。

实验步骤：
1按图布置光路，调整光轴，使M可接收到被检验光。

2轻轻旋转四分之一波片，同时观察M上接收光的光强变化（可观察到光变明变暗再变明
的变化）。

3当M上光达到最暗时，停止旋转四分之一波片并固定，旋转检偏器，观察M明暗变化。

4旋转被检验光，重复上述实验。

实验结论：
若步骤3后观察到消光现象，则被检验光为椭圆偏振光：若没有消光现象则被检验光为部
分偏振光。

实验误差分析：
1实验的精度不够，例如当被检验光为部分偏振光且自然光的光强占总光强的比例较小时，可能会忽略自然光误认为是椭圆偏振光，或当椭圆偏振光的长轴与短轴之比接近一时，其
类似于圆偏振光，在实验步骤2时无法辨别出M上光最暗的状态，所以无法辨别是否消光。

2此实验可利用较为简单的仪器检验部分偏振光与椭圆偏振光，但可被检验的光的范围较小。

在某些状况可能会存在误差。

3实验在尽可能无光的条件下进行，以减少实验误差。

改进方法及思考
实验用的仪器较为简单原始，可以考虑使用计算机辅助技术，将M与计算机程序相连，使得旋转B、C时，计算机可以显示偏振光的光强变化，实验者通过观察马吕斯曲线来确
定四分之一波片的放置方向是否与椭圆偏振光的光轴方向平行，从而得出实验结论。

理想化模型：。