当前课程知识点：大学物理2 (电磁学、光学和量子物理) > WEEK11 > 晶体双折射、波片 > 波片
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同学好
这节我们讲波片
先讲一讲圆和椭圆偏振光的起偏
起偏器件就是一个晶片
我们有时候把它叫做相位延迟片
那么这个晶片
实际上就是前面讲的
各向异性晶体做成的一个薄片
那么它的光轴方向和这个平面呢
是平行的
就是这么一个器件
那它怎么产生这个圆偏振光
和椭圆偏振光的呢
假设有一个线偏振光入射过来
它是垂直入射到这个晶片上
那么这个时候
它的偏振面
和这个光轴方向是呈α角的
为了方便呢
我们迎着光看
把这个图画在这个上面
迎着光看
那么这个时候呢
偏振面和光轴方向呈α角度
我现在呢可以把这个线偏振光
分解成两个互相垂直的
线偏振光
一个是沿着光轴方向
一个是垂直于光轴方向
那么很显然
在这里边这是光线的方向 对吧
这是光轴的方向
所以主平面是这个
所以这是e光 这个呢是o光
这两束光因为垂直
沿着这光轴方向传播
所以光束是不一样的
那么经过这个薄片以后
这两个光束就会出现相位差
那这个相位差我们可以
利用光程差
就是e光和o光折射率的差
乘上这个厚度
再乘上2π/λ的话
就是这两个光的相位差了
那么这两束光
它的振幅很简单的可以通过
投影给它计算出来
根据相位差的不同
我们可以制作一些特殊的晶片
有的时候把它叫做波片
比如说1/4波片
它是线偏振光通过这个
波片以后
o光和e光两个光的光程差是
波长的1/4
那当然这个光程差对应
π/2的相位差
很显然
这个1/4波片是针对这个波长的
换了另一个波长的光
它就不是1/4波片了
我们来看一看有一个线偏振光
入射到这样的1/4波片的时候
会怎么样
迎着光看
这个线偏振光
我可以把它分解成
互相垂直的两个线偏振光
其中一个是沿着光轴方向
那么这个方向振动的这个
线偏振光是e光
垂直于它的方向的它是o光
假如这个线偏振光和光轴的
这个夹角α
如果是π/4的时候呢
那么根据投影关系我们很容易知道
这个e光和o光的振幅
这时候是相同的
它们俩的相位差
这个时候是π/2
因为这是经过了1/4波片
所以它就会变成圆偏振光
也就是一个线偏振光
通过1/4波片以后
它就变成了一个圆偏振光
假如这个α角度是0或者π/2
你看假如α是0或者π/2的话
这个线偏振光经过这个波片以后
只有一个线偏振光分量通过
或者是e光 或者是o光
所以线偏振光经过这个波片以后
它仍然是线偏振光
假如这个角度
既不是0也不是π/4也不是π/2
那当然一般情况下
两个互相垂直的线偏振光
它们之间相位差是π/2
这个时候它们就合成为一个
正椭圆偏振光
正椭圆的意思是说
这个椭圆的这个轴和光轴
是重合的
下面给大家看一段演示实验
这是关于1/4波片的一个实验
那现在这个是一个偏振片
这个也是一个偏振片
如果我现在改变这个偏振片的方向
偏振片方向如果互相垂直的话
那当然
这两个互相垂直的时候我们看到
透射光就没有了
现在呢
我在中间插上一个1/4波片
那么这个时候呢 你就会看到
光又重新出现了
那么如果我现在把这个
1/4波片的这个轴向
调整到某个位置
这个时候呢
这个线偏振光
通过这个1/4波片以后
它就变成了椭圆偏振光
那么我这个
改变这个偏振片的
偏振化方向的时候我会发现
会有明暗交替的这个变化
但是不完全消光
咱们看一下
光强有一些变化
但是它没有明显的消光
这就是椭圆偏振光
如果我把这个1/4晶片的轴向
调到恰当的位置
比如说刚好它这个轴向和这个
偏振化方向之间成四十五度的话
那么从道理上
它应该出射的是圆偏振光
那么我假如改变这个
偏振片的偏振化方向的话
光强应该是不发生改变的
但是我们看到
它还是有一些变化 对吧
它不是完全的圆
不过它是很接近于圆的椭圆偏振光
因为现在我们这个条件
这个1/4波片不是严格的
这个光波长的1/4波片
所以我们看到的这个演示实验
有一些出入
但是它很接近于
这个圆的这么一个
椭圆偏振光我们就观察到了
我们再看另一个特殊的波片
这是1/2波片
也就是说这个线偏振光
通过这个波片以后
o光和e光的光程差是半个波长
那当然这个半个波长的
光程差对应π这个相位差
那现在我们来看一下
假设这个线偏振光
入射到这个波片上
这个时候呢沿着光轴方向
和垂直于光轴方向
分成了e光和o光
假设e光是这个位置入射的时候
入射的时候o光是这个位置
我们把矢量画成这样
那么当这个光从这个波片
出射的时候
作为这个对照
我们假设e光这个矢量
还是在这个位置上
经过1/2波片以后
o光和e光的相位差是π了
所以现在出射的这个o光
就会和入射的o光之间
有一个π的相位差
那在这个矢量图里面
相当于反了一个方向
也就是说出射的时候
这个e光和o光
它们合成为新的这个线偏振光
和原来的线偏振光相比
转了一个角度
下面给大家看一个演示实验
这是1/2波片的演示实验
现在这个是偏振片
这个也是偏振片
两个偏振片的偏振化方向
互相垂直的
所以在这里边有消光
中间我现在插入一个1/2波片
1/2波片的效果是什么呢
就是当你这个1/2波片
光轴方向和这个偏振化方向
呈α角度的时候
我现在转动这个偏振片的话
转动2α这个角度的时候
就会出现这个消光现象
你看到现在我插入这1/2波片以后呢
又重新有光透过去了
可是我转过这个2α角度呢
光就完全消光
然后我再转
转回来它又有透光现象
再转到2α那个角度的时候呢
又有这个消光现象出现
实际上这个1/2波片
是把这个偏振光转一个角度
偏振化方向转了一个角度
下面我们讲椭圆与圆偏振光的检偏
前面讲过
用一个偏振片
我们旋转它 对着光
这个时候我们就可以
把线偏振光区分出来
跟这个自然光
可是自然光和圆偏振光
部分偏振光和椭圆偏振光
你单纯用一个
偏振片是区分不了的
那现在呢我们有了1/4波片
我们用1/4波片和偏振片结合起来
就可以把它们给区分了
先看一看
自然光和圆偏振光我们怎么区分
假设这是1/4波片
现在如果入射的是自然光的话
自然光可以分解成
两个互相垂直的线偏振光
可是它们之间没有固定的相位关系
经过1/4波片以后
当然它仍然不会有固定的相位关系
所以仍然是自然光
那么这个自然光
你再用这个偏振片检验的时候
你旋转它
旋转偏振片
光强不会有变化
假如你这里边入射的是
圆偏振光的话
因为圆偏振光
可以分解成两个互相垂直的
线偏振光
这两束线偏振光
相位差是π/2
那么经过了这个1/4波片以后
这两束互相垂直的线偏振光
之间的相位差
就变成了0或者π
当然这个时候
这两束互相垂直线偏振光
自然会合成为一个新的线偏振光
你再利用这个偏振片旋转的话
你就可以观察到消光现象
这样的话
自然光和圆偏振光
你就可以区分了
椭圆偏振光和部分偏振光呢
那这里边我们说的部分偏振光
是线偏振光和自然光的混合
那种部分偏振光
我现在用偏振片旋转对着光
这时候我可以找到
某个方向上光强最强
或者是某个方向说光强最弱
我以那个方向为准
我把这个1/4波片
光轴对着这个方向
那这样以后
假如你这边入射的是
部分偏振光的话
那当然它经过1/4波片以后
它仍然是部分偏振光
为什么呢
因为原来互相垂直的
两个线偏振光
如果它们之间相位差是不固定的话
经过一个
比如说相位π/2的变化以后
它的相位差仍然是不固定的
所以它仍然是部分偏振光
那么这个部分偏振光
你对着这个偏振片旋转的时候
你就可以观察到
光强强弱的变化
但是不会有消光现象
假如入射的是椭圆偏振光
因为你这个时候椭圆的那个轴
和这个1/4波片的光轴
对在一起了
所以实际上这个椭圆偏振光是
正椭圆偏振光
那么你沿着光轴方向
和垂直于光轴方向
分解的这两个线偏振光之间
相位差这时候是π/2
那经过这个1/4波片以后
这两个互相垂直的
线偏振光之间的相位差
就变成了0或者π
那当然
这两个互相垂直线偏振光
经过1/4波片以后
就会合并成为
另一个新的线偏振光
那么这个线偏振光
通过这个偏振片
我们可以观察到消光现象
这样就把部分偏振光和
椭圆偏振光给区分了
好 这节内容就讲到这儿
谢谢
-电荷和库仑定律
--引言
--电荷
--库仑定律
-WEEK1--电荷和库仑定律
-电场及叠加原理，电偶极子
--电场和电场强度
-WEEK1--电场及叠加原理，电偶极子
-高斯定律
--电通量
--立体角*
--高斯定律的证明*
--高斯定律和电场线
--高斯定律的应用
-WEEK1--高斯定律
-WEEK1--本周作业
-静电场环路定理、电势和叠加原理
--环路定理
--电势和叠加原理
--电势梯度
--等势面
-WEEK2--静电场环路定理、电势和叠加原理
-静电能
--电荷系静电能
-WEEK2--静电能
-导体静电平衡
--物质中电场
--导体静电平衡
-WEEK2--导体静电平衡
-WEEK2--本周作业
-导体周围电场
-WEEK3--导体周围电场
-静电屏蔽
--导体壳与静电屏蔽
-WEEK3--静电屏蔽
-电容及电容器
--电容及电容器
-WEEK3--电容及电容器
-电介质
--介质对电场的影响
-WEEK3--电介质
-极化强度矢量，极化电荷
--极化强度
--极化电荷
-WEEK3--极化强度矢量，极化电荷
-WEEK3--本周作业
-极化规律、电位移矢量
--电介质的极化规律
-WEEK4--极化规律、电位移矢量
-有介质时静电场能量
-WEEK4--有介质时静电场能量
-电流密度、稳恒电流和稳恒电场
--电流密度
-WEEK4--电流密度、稳恒电流和稳恒电场
-电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
--电动势
--欧姆定律
--欧姆定律（续）
-WEEK4--电动势、欧姆定律的微分形式及基尔霍夫定律
-电流微观图像和暂态过程
--电流微观图像
-WEEK4--电流微观图像和暂态过程
-本周作业
--week4--本周作业
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--电流磁效应
--磁场和磁感应强度
-WEEK5--洛仑兹力、磁感应强度
-毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
--毕-萨-拉定律
--磁场高斯定律
-WEEK5--毕-萨-拉定律、磁场叠加原理和磁场高斯定理
-静磁场环路定理
-WEEK5--静磁场环路定理
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--霍尔效应
--安培力
-WEEK5--安培力和霍尔效应
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-WEEK6--载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩、磁矩
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--磁场中的磁介质
--原子的磁矩
-WEEK6--磁介质对磁场的影响和原子磁矩
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--磁介质的磁化
--磁化电流
-WEEK6--磁化强度矢量、磁化电流和磁场强度H及其环路定理
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-WEEK7--铁磁介质和简单磁路
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-WEEK7--法拉第电磁感应定律
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