《光学》课程教学资源（课件讲稿）第六章 晶体偏振光学 第三节 偏振光的干涉与应用

Optics第六章光在晶体中的传播第三节偏振光的干涉与应用

第六章 光在晶体中的传播 第三节 偏振光的干涉与应用

Optics6.3偏振光的干涉与应用6.3.1偏振光干涉的基本原理6.3.2偏振光干涉的现象6.3.3偏振光干涉的应用

6.3 偏振光的干涉与应用 6.3.1 偏振光干涉的基本原理 6.3.2 偏振光干涉的现象 6.3.3 偏振光干涉的应用 补充： 液晶、3D显示

Optics6.3.1偏振光干涉的基本原理在偏振片之间放置波片时的分析偏振片双折射晶体P0偏振片:P从波片出射的光，电量相互垂直，是不相干的。一般情况下合成为随圆偏振光干涉条件：再经过一个线起偏器，从其中1）频率相同透射出的光波，电矢量相互平2）相位差稳定行，是相干的。3）平行的振动分量

6.3.1 偏振光干涉的基本原理 在偏振片之间放置波片时的分析 偏振片 P1 e P2 o 偏振片 双折射晶体 从波片出射的光，电矢量相互 垂直，是不相干的。一般情况 下合成为椭圆偏振光 再经过一个线起偏器，从其中 透射出的光波，电矢量相互平 行，是相干的。 干涉条件： 1）频率相同 2）相位差稳定 3）平行的振动分量

Optics6.3.1偏振光干涉的基本原理在偏振片之间放置波片时的分析电矢量的分解IIEoEAy2 = A, sinα sinβEHxOBytoEx2PP2EA2 = A cosα cos βHe7BαI = A2 + A2 +2 Ax2A2 cos△pF+02= A(cos’ αcos? β+sin’ αsin’ β+2cosαcosβsinαsinβcos0

6.3.1 偏振光干涉的基本原理 在偏振片之间放置波片时的分析 E x2 E x Eo E1 e o E y  e x o y o e   P1 P2 E1 Ee Eo2 Ee2 0 I 1 I E y2  x y  2 1 cos cos A A x    2 1 sin sin A A y    2 2 2 2 2 2 2 cos x y x y I A A A A     2 2 2 2 2 1   A (cos cos sin sin       2cos cos sin sin cos )      电矢量的分解

Optics6.3.1偏振光干涉的基本原理在偏振片之间放置波片时的分析除了晶体产生的相位差之外，还要考虑在坐标系中相位差的确定由于偏振片取向而产生的相位差y（1）双折射晶体产生的相位差to2元Apc3nn102TE4（2）偏振片P1、P2取向不同带来的的eeβAαXEo2相位差1△P2BE净Ee2Ag =0在I、Ⅲ象限偏振片P在Ⅱ、IV象限△0=元P0在I、Ⅲ象限△pr = 0偏振片P在I、IV象限△2=元E与E之间总的相位差A0=A0+A0 +AO

6.3.1 偏振光干涉的基本原理 在偏振片之间放置波片时的分析 相位差的确定 除了晶体产生的相位差之外，还要考虑在坐标系中 由于偏振片取向而产生的相位差。 Eo e x o y o e   P1 P2 E1 Ee Eo2 Ee2  （1）双折射晶体产生的相位差 o e 2 ( ) c n n d       （2）偏振片P1、P2取向不同带来的的 相位差∆𝜑1，∆𝜑2 偏振片P1 偏振片P2 1    0     2 Eo2与Ee2之间总的相位差            1 2 c 在Ⅰ、Ⅲ象限 在Ⅱ、Ⅳ象限 在Ⅱ、Ⅳ象限     1 1 在Ⅰ、Ⅲ象限    0

Optics6.3.1偏振光干涉的基本原理在偏振片之间放置波片时的分析两种特例1.偏振片相互垂直，且与晶体光轴成45°角△ = 0△=元+△?P2△P2 = 元元α=β=4eeI = A?(cos?αcos?β+sin?αsin?β+2 cosα cos βsin αsin βcos △@)P△P0sin(1-cos △β)222

6.3.1 偏振光干涉的基本原理 在偏振片之间放置波片时的分析 两种特例 1. 偏振片相互垂直，且与晶体光轴成45o角 P1 P2 e o o e     2 1    0       c 4      2 2 2 2 2 1 I A   (cos cos sin sin       2cos cos sin sin cos )      2 1 (1 cos ) 2 c A    0 2 sin 2 2 c I    

Optics6.3.1偏振光干涉的基本原理在偏振片之间放置波片时的分析两种特例2.偏振片相互平行，且与晶体光轴成45°角。△= 00= Ap△P2 = 0元α=β="4I = A’(cos’αcos?β+sin’αsin’βee+2cosαcosβsinαsinβcos△p)P P2NPc(1+cos△0S0222

6.3.1 偏振光干涉的基本原理 在偏振片之间放置波片时的分析 两种特例 2. 偏振片相互平行，且与晶体光轴成45o角。 P1 P2 e o o e 1    0 2    0     c 4      2 2 2 2 2 1 I A   (cos cos sin sin       2cos cos sin sin cos )      2 1 (1 cos ) 2 c A    0 2 cos 2 2 c I  

Optics6.3.2偏振光干涉的现象（1）厚度均匀的晶体单色光入射转动晶体或偏振片P1、P，，振幅改变，光强改变；若引起元的相位差屏上光强突变。偏振片0P双折射晶体P0偏振片EP转动各个元件，光强逐渐改变，相位差突变会引起光强突变。I = A(cos? α cos? β+sin?αsin? β+2cosα cos βsinαsin βcos△p)

6.3.2 偏振光干涉的现象 (1) 厚度均匀的晶体 单色光入射 转动晶体或偏振片P1、P2，振幅改变，光强改变；若引起π的相位差， 屏上光强突变。 偏振片 P1 e P2 o 偏振片 双折射晶体 转动各个元件，光强逐渐改变，相位差突变会引起光强突变。   P1 P2 e o 2 2 2 2 2 1 I A     (cos cos sin sin 2cos cos sin sin cos )         

Optics6.3.2偏振光干涉的现象(1)厚度均匀的晶体白光入射一显色偏振不同波长的光，相位差不同，因而光强也不同，屏上呈现彩色，转动晶体或偏振片P1、P2，光强改变，色彩改变。2(n。 n.)d =2ka 时(a)△0.=元入的互补色P I P212 = 0PPI2 = AR的颜色2元(n。-n)d =(2k+1)元 时A0入2的互补色PI PI, = A?>2的颜色PP21, = 0

6.3.2 偏振光干涉的现象 (1) 厚度均匀的晶体 白光入射—显色偏振 不同波长的光，相位差不同，因而光强也不同，屏上呈现彩色，转动 晶体或偏振片P1、P2，光强改变，色彩改变。 o e 2 ( ) ( ) 2 c a n n d k         时 P P 1 2  2 I  0 P P 1 2 2 2 1 I A  𝜆1的互补色 𝜆1的颜色 o e 2 ( ) ( ) (2 1) c b n n d k          时 P P 1 2  2 2 1 I A  P P 1 2 2 I  0 𝜆2的互补色 𝜆2的颜色

Optics6.3.2偏振光干涉的现象（2）厚度不均匀的晶体白光入射一显色偏振经过不同厚度的光，相位差不同，屏上出现干涉条纹P且与光轴成45°角PPI P6Pc9sin22暗纹2k元2元Y2(2k +1)元亮纹白光入射，将出现彩色条纹

6.3.2 偏振光干涉的现象 (2) 厚度不均匀的晶体 白光入射—显色偏振 经过不同厚度的光，相位差不同，屏上出现干涉条纹 白光入射，将出现彩色条纹 o e 2 2 ( ) (2 1) c k n n d k                P1 P2 P P 1 2  且与光轴成45°角 0 2 sin 2 2 c I I   暗纹 亮纹