偏振光干涉的应用

偏振光干涉的应用
偏振光干涉的应用

偏振光干涉的应用
偏振光的干涉及其应用
4.3偏振光的干涉条纹
以上讨论的几种情况,幕上的干涉场中只有均匀的亮暗颜色的变化,但没有出现干涉条纹,这是因为晶片的厚度是均匀的.如果换一块厚度不均匀的晶片,例如一块尖劈形晶片（见图4-3）,则由于各处厚度d不同位相差δ也不同,有透镜将晶片的出射表面成像于幕上则幕上相应点的强度也不同,于是就再现等厚干涉条纹,波长为λ的单色光正入射且时,在那些厚度d满足


的地方,cos△=1,I2=0,出现暗纹；在那些厚度d满足

的地方,cos△1=-1,出现亮纹.同样不难分析出,把P2转到与P1平行时情形.用白光照明时各种波长的光干涉条纹不一致,在某种颜色的光出现暗纹的地方就显示出它的互补色来,这样,幕上就出现彩色条纹.以上便是实验（3）观察到的现象.
4.4光测弹性
折射率之差（ne-no）也是一个影响相差△的因素.玻璃或塑料,若经过很好地退火,是各向同性的.若退火不好,就会有些局部应力“凝固”在里边.内应力会产生一定程度的各向异性能,从而产生双折射.换句话说,这种有内应力的透明媒质中ne-no≠0,它与应力分布有关.这样一来,把这种媒质做成片状插在两偏振片之间,不同的地点因（ne-no）不同而引起o光、e光间不同的位相差△,幕上也会出现反映这种差别的干涉花样来.制造各种光学元件（如透镜）的玻璃中不应有内应力,因为内应力会大大影响光学元件的性能.以上所述是检查光学玻璃退火后是否有残存内应力的一种有效方法.
如果一块玻璃或塑料,其中本来没有应力.当我们给它一个外加的应力时,它在两偏振片间也会出现干涉条纹（图4-4）.应力越集中的地方,各向异性越强,干涉条纹越细密.这就是以上（4）中观察到的现象.光测弹性仪就是利用这种原理来检查应力分布的仪器,它在实际中有很广泛的应用.例如为了设计一处机械工件、桥梁或水坝,可用透明塑料模拟它们的形状,并根据实际工作状况按比例地加上应力,然后用光测弹性仪显示出其中的应力分布来.图4-5就是模拟一个火车挂钩的光测弹性照片.又如在矿井为了预报可能性冒顶事故,可在坑道的壁上嵌入一块玻璃镜,前面放一偏振片,使入射和反射光都通过它,因而这一块偏振片就起着光测弹性仪中两块偏振片的作用.在冒顶事故将发生前,玻璃镜中的应力必然很大,我们将从干涉条纹中及时看到,从而可以采取预防措施.近年来我国还将光测弹性仪用于地震预报上.在地震将发生前,岩层将出现很大的应力集中.在广阔的地区逐点勘测应力集应中的区域,工作量是很大的.如果我们在某一地区的边缘上测得岩层应力的数据,然后用透明塑料板模拟该地区的形状和岩层构造,然后在板的边缘上按测得的数据模拟该实际的应力分布,即可从光测弹性仪中找到应力最集中的地方,于是便可心愿这些地方进行深入细致的实地勘测和考察.
4.5克尔效应与泡耳斯效应
除了外加应力外, 电场也可以使某些物质产生双折射.
如图4-6在一个有平行玻璃的小盒内封着一对于行板电极,盒内充有硝基苯（C6H5NO2）的液体.两偏振片的透振方向垂直,极间电场与它们成450.电极间不加电压时,没有光线射出这对正交的偏振片,这表明盒内液体没出息双折射效应（△=0 ）.当两极板间加上适当大小的强电场时（E～104V/cm）,就有光线透过这个光学系统.这表明,盒内液体在强电场作用下变成了双折射物质,它把进来的光分解成e光和o光,使它们之间产生附加位相差,从而使出射光一般成为椭圆偏振光.这种现象叫克尔效应（J.Kerr,1875年）.

实验表明,在克尔效应中（ne-no）∝E2 ,从而

或写成等式

比例系数B称为该物质的克尔常数.硝基苯对于钠黄光（λ=5893埃）的克尔常数B=220×107CGSE单位.克尔效应不是硝基苯独有的,即使普通的物质（如水、玻璃）也都有克尔效应,不过它们的克尔常数,不过它们的克尔常数要小2-3个数量级.值得注意的是,克尔效应与电场强度E的平方成正比,所以δ与正、负取向无关.
硝基苯克尔效应的驰豫时间（即电场变化后△跟随变化所需的时间）极短,约为10-9s的数量级.所以用硝基苯的克尔盒来做高速光闸（光开头）、电光高层调制器（利用电讯号来改变光的强弱的器件）,在高速摄影、光束测距、激光通讯、激光电视等方面有广泛的应用.
克尔盒有很多缺点,例如对硝基苯液体的线纯度要求很高（否则克尔常数下降,驰豫时间变长）、有毒、液体不便携带等.近年来随着激光技术的发展,对电光开关、电光调制的要求越来越广泛、越来越高.克尔盒逐渐为某些具有电光效应的晶体所代替,其中最典型的是KDP晶体,它的化学万分是磷酸二氢钾（KH2PO4）.这种晶体在自由状态下是单轴晶体,但在电场的作用下变成双轴晶体,没原来光轴的方向产生附加的双折射效应.这效应与克尔效应不同,附加的位相差△与电场强度一次方成正比.这效应叫泡克耳斯效应（F.Pockels,1893年）或晶体的线性电光效应.利用KDP晶体来代替克尔盒,除了可以克服上述缺点外,另一优点是所需电压比起克尔效应要低些.