晶體偏振器件

晶體偏振器件第1頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五1、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。············光軸光軸方解石方解石加拿大樹膠oe吸收涂層i第2頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五當(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(huì)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?？讖浇羌s為±14o第3頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五2、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)?？讖浇遣淮?，透射比不高。第4頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五（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(dòng)方向有關(guān)的原理，改變振動(dòng)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。第5頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五1、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·12方解石方解石········o第6頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五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

eooe45o第7頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五2、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(dòng)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(dòng)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(dòng)方向互相垂直的線偏振光。只允許光從左方射入棱鏡?！ぁぁぁさ?頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五二、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。第9頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五ydxAAoAe線偏振光光軸λ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(dòng)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)的相位差為第10頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五時(shí)為圓偏振光

振幅關(guān)系兩束振動(dòng)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。第11頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五波片制造時(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。第12頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五1、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。第13頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五2、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。第14頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五若入射線偏振光的振動(dòng)方向與波片快軸（或慢軸）夾角為，出射線偏振光的振動(dòng)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(dòng)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A0入A0出A入A出Ae入=

Ae出入光軸第15頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五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,但是左旋右旋第16頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五3、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.第17頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五——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)第18頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五

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。第19頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五偏振光的鑒別

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(dòng)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。第20頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五2、分辨圓偏振光、部分圓偏振光與自然光轉(zhuǎn)動(dòng)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。第21頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五（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(dòng)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(huì)變成直線偏振光，也不會(huì)變成部分偏振光，仍為自然光。即轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，所見的光強(qiáng)度始終不變。第22頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五3、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(dòng)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(dòng)方向一致。第23頁，共24頁，2023年，2月20日，星期五（1）若是橢圓偏