《晶體偏振器》PPT課件.ppt

第三節(jié)晶體偏振器件 一 偏振棱鏡 一 偏振起偏棱鏡使自然光入射晶體時(shí) 其中的一束線偏振光在偏振棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射 而只出射一束線偏振光 格蘭 湯姆遜棱鏡格蘭 付科棱鏡 1 格蘭 湯姆遜棱鏡 當(dāng)光垂直于棱鏡端面入射時(shí) o光和e光均不發(fā)生偏折 在斜面上的入射角等于棱鏡斜面與直角面的夾角 制作時(shí)使膠合劑的折射率大于并接近e光的折射率 但小于o光折射率 并選取棱鏡斜面與直角面的夾角大于o光在膠合面上的臨界角 這樣o光在膠合面上將發(fā)生全反射 并被棱鏡直角面上的涂層吸收 而e光由于折射率幾乎不變而無偏折地從棱鏡出射 當(dāng)上偏角大于某一值時(shí) o光在膠層上的入射角小于臨界角 不發(fā)生全反射而部分地透過棱鏡 當(dāng)下偏角大于某一值時(shí) e光折射率增大與o光同時(shí)發(fā)生全反射 沒有光從棱鏡射出 優(yōu)點(diǎn) 對可見光透明度高 能產(chǎn)生完善的線偏振光缺點(diǎn) 不適于用于高度會聚或發(fā)散的光束 有效使用截面小 價(jià)格昂貴 當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱鏡時(shí) 棱鏡的全偏振角或孔徑角受到限制 孔徑角約為 14 2 格蘭 付科棱鏡 將加拿大樹膠用空氣薄層代替適用于紫外波段 能承受強(qiáng)光的照射 避免樹膠強(qiáng)烈吸收紫光的缺點(diǎn) 孔徑角不大 透射比不高 二 偏振分束棱鏡利用晶體的雙折射 且光的折射角與光振動方向有關(guān)的原理 改變振動方向互相垂直的兩束線偏振光的傳播方向 從而獲得兩束分開的線偏振光 渥拉斯頓棱鏡洛匈棱鏡 偏振分束棱鏡也稱為雙像棱鏡 常用于偏振光干涉系統(tǒng) 一般采用方解石或石英為材料 兩半棱鏡光軸取向互相垂直 1 渥拉斯頓棱鏡 光從棱鏡1進(jìn)入棱鏡2時(shí) 光軸轉(zhuǎn)了90度o光 點(diǎn) 變e光光密 光疏 偏離法線傳播折射角 入射角e光 道 變o光靠近法線傳播 進(jìn)入空氣后 均是由光密 光疏 可得到進(jìn)一步分開的二束線偏振光 no 1 6584 ne 1 4864 平行自然光垂直入射到棱鏡端面 在棱鏡1內(nèi) o光 e光以不同速度沿同一方向行進(jìn) e 例題圖示為一渥拉斯頓棱鏡的截面 它是由二塊銳角均為45o的直角方解石棱鏡粘合其斜面而構(gòu)成的 棱鏡ABC的光軸平行于AB 而棱鏡ADC的光軸垂直于圖截面 方解石對o光和e光的折射率分別為no 1 658 ne 1 486 當(dāng)自然光垂直AB入射時(shí) 問 1 圖中哪一條是o光 哪一條是e光 2 解 1 如圖所示 2 nosin45o nesinrenesin45o nosinro解得 re 52o ro 39o于是 52o 39o 13o 2 洛匈棱鏡 平行自然光垂直入射棱鏡 光在第一棱鏡中沿著光軸方向傳播 不產(chǎn)生雙折射 o光 e光都以o光速度沿同一方向行進(jìn) 進(jìn)入第二棱鏡后 光軸轉(zhuǎn)過90度 平行于圖面振動的e光在第二棱鏡中變?yōu)閛光 這支光在兩塊棱鏡中速度不變 無偏折的射出棱鏡 垂直于圖面振動的o光在第二棱鏡中變?yōu)閑光 石英的ne n0 在斜面上折射光線偏向法線 得到兩束分開的振動方向互相垂直的線偏振光 只允許光從左方射入棱鏡 二 波片 也稱相位延遲器 能使偏振光的兩個(gè)互相垂直的線偏振光之間產(chǎn)生一個(gè)相對的相位延遲 從而改變光的偏振態(tài) 波片是透明晶體制成的平行平面薄片 其光軸與表面平行 對某個(gè)波長 而言 當(dāng)o e光在晶片中的光程差為 的某個(gè)特定倍數(shù)時(shí) 這樣的晶片叫波晶片 簡稱波片 當(dāng)一束線偏振光垂直入射到由單軸晶體制成的波片時(shí) 在波片中分解成沿原方向傳播但振動方向互相垂直的o光和e光 相應(yīng)的折射率n0 ne 兩光在晶片中的速度不同 當(dāng)通過厚度d的晶片后產(chǎn)生相應(yīng)的相位差為 時(shí)為圓偏振光 振幅關(guān)系 兩束振動方向互相垂直且有一定相位差的線偏振光疊加 一般得到橢圓偏振光 波片制造時(shí)通常標(biāo)出快 或慢 軸 稱晶體中波速快的光矢量的方向?yàn)榭燧S 與之垂直的光矢量方向即為慢軸 負(fù)單軸晶體時(shí) e光比o光速度快 快軸在e光光矢量方向即光軸方向 o光光矢量方向?yàn)槁S 正晶體正好相反 波片產(chǎn)生的相位差是慢軸方向光矢量相對于快軸方向光矢量的相位延遲量 1 全波片 厚度 全波片產(chǎn)生整數(shù)倍的相位延遲 不改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài) 用于應(yīng)力儀中 以增大應(yīng)力引起的光程差值 使干涉色隨內(nèi)應(yīng)力變化變得敏感 對波長為 的光沒有影響 相位延遲2 但是對別的波長的光來說是有影響的 2 半波片 半波片產(chǎn)生奇數(shù)倍的相位延遲 線偏振光通過半波片后仍然是線偏振光 若入射線偏振光的振動方向與波片快軸 或慢軸 夾角為 出射線偏振光的振動方向向著快軸 或慢軸 方向轉(zhuǎn)過 當(dāng) 作用 可使線偏振光的振動面轉(zhuǎn)過一個(gè)角度 若入射點(diǎn)處線偏振光分解的o e光同相則出射點(diǎn)處仍是線偏振光 o e光反相 若入射的是橢圓偏振光 經(jīng)1 2波片 出來仍是橢圓偏振光 但是旋轉(zhuǎn)的方向改變 而且橢圓的長軸轉(zhuǎn)過2 角 圓偏振光入射時(shí) 出射光是旋向相反的圓偏振光 若入射的是圓偏振光 已有 2 經(jīng)1 2波片 又有 出來仍是圓偏振光 但是 左旋 右旋 3 四分之一波片 線偏振光經(jīng)1 4波片可以獲得橢圓或圓偏振光橢圓或圓偏振光 經(jīng)1 4波片可以獲得線偏振光 因?yàn)闄E圓或圓偏振光的兩個(gè)垂直分量已經(jīng)有了相位差 2 經(jīng)1 4波片以后 又有 2的相位差 所以出來的就是相位差為0或 的線偏振光了 圓 o光 e光分量的振幅相等 橢圓 線偏振光 只有平行于光軸的分量 線偏振光 只有垂直于光軸的分量 波片都只是對某一特定波長的入射光產(chǎn)生某一確定的位相變化 同時(shí) 入射在波片上的光必須是偏振光 自然光經(jīng)波片后的出射光仍是自然光 為了達(dá)到改變偏振態(tài)的目的 應(yīng)該使波片的快 慢 軸與入射光矢量有一定夾角 以便在兩個(gè)互相垂直的光矢量間引入一定的位相延遲 偏振光的鑒別 如何利用一塊檢偏器與一塊四分之一波片 鑒別直線偏振光 圓偏振光 部分圓偏振光以及自然光 橢圓偏振光與部分橢圓偏振光 部分直線偏振光 1 直線偏振光的鑒別 轉(zhuǎn)動檢偏鏡 光強(qiáng)隨之改變 如果最弱時(shí)完全看不到光 再轉(zhuǎn)過90度 光強(qiáng)就最大 可確定為直線偏振光 2 分辨圓偏振光 部分圓偏振光與自然光 轉(zhuǎn)動檢偏鏡 若透射光強(qiáng)度始終不變 入射光就是自然光或圓偏振光 或由自然光與圓偏振光混合而成的部分圓偏振光 1 若是圓偏振光 那么通過四分之一波片后 便成為直線偏振光 要分辨這三種光 就應(yīng)在光射達(dá)檢偏鏡前 使它先通過四分之一波片 3 若光是自然光 2 若為部分圓偏振光 則通過四分之一波片后 就變成直線偏振光與自然光混合而成的部分直線偏振光 這時(shí)轉(zhuǎn)動檢偏鏡可發(fā)現(xiàn) 當(dāng)檢偏鏡在某一方位時(shí) 光特別亮 處于其他方位時(shí)都較暗 但卻不等于零 則經(jīng)過四分之一波片后 就不會變成直線偏振光 也不會變成部分偏振光 仍為自然光 即轉(zhuǎn)動檢偏鏡時(shí) 所見的光強(qiáng)度始終不變 3 分辨橢圓偏振光與部分橢圓偏振光 部分直線偏振光 在轉(zhuǎn)動檢偏鏡時(shí) 均可發(fā)現(xiàn)光線有時(shí)亮 有時(shí)暗 即使在最暗時(shí) 透過光強(qiáng)也都不完全減弱到零 為區(qū)別這三種光 可將一個(gè)四分之一波片插入待檢驗(yàn)的偏振光與檢偏鏡之間 并先使四分之一波片的光軸取向跟單獨(dú)用檢偏鏡時(shí)看到最亮?xí)r的光振動方向一致 1 若是橢圓偏振光 在通過四分之一波片后 它便