光纤的双折射及偏振特性
光的偏振与光的双折射实验研究
实验原理及步骤简介
3. 观察双折射现象
将线偏振光投射到双折射晶体上,观 察并记录寻常光和非常光的传播方向 和光强变化。
4. 数据采集与分析
使用测量仪器记录实验数据,并通过 计算机进行数据处理和分析,得出实 验结果。
03
光的双折射实验
双折射现象产生条件及原理
产生条件
当一束光通过某些晶体时,会分成两束光沿着不同方向传播,这种现象称为双折 射现象。
原理
双折射现象是由于晶体内部存在各向异性,导致光在晶体中传播时速度不同,从 而分成两束光。这两束光的振动方向相互垂直,分别称为寻常光(o光)和非寻 常光(e光)。
双折射晶体选择及实验装置搭建
在实验过程中需要记录光源的波长、晶 体的厚度和双折射率等参数,以及接收 屏上干涉条纹的位置和形状等信息。
VS
数据处理
通过对实验数据的分析处理,可以得到晶 体的双折射率、光在晶体中的传播速度等 重要物理量。同时,还可以通过比较不同 晶体或不同条件下的实验结果,进一步探 究双折射现象的规律和特点。
04
实验结果分析与讨论
偏振实验结果分析
01
在偏振实验中,通过旋转偏振片观察到光强的周期性变化,验 证了光的横波性质。
02
通过测量不同角度下的光强,得到了马吕斯定发现,当入射光为非偏振光时,透射光的光强随偏振
03
片旋转而发生变化,但不会出现完全消光现象。
05
误差来源及减小方法
系统误差来源分析
01
实验仪器误差
包括光源、偏振片、双折射晶 体等元件的制造精度和装配误
差。
02
环境因素
光纤的双折射及偏振特性-精品
a A:光纤外径
R:曲率半径
Copyright Wang Yan
Optical fiber communications
1-8
2020/5/12
线P:双弹折光射子:数 ,l 二阶x 张量y 0 .2k 0 5 n 3 (p 1 1p 1) 2 1 ( ) R A 2
p11 p p21
B. 应力双折射
光纤中的应力双折射是由于光弹效应引起的,光纤材料 本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的
折射指数相同,设为n。当光纤受力时,引起了弹性形变, 通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化,使材料变为各
向异性,从而呈现出双折射。
1. 光纤弯曲
2. 光纤侧向受压力
y
F
Ax R
y x
1-5 2020/5/12
由于光纤中存在线双折射,两正交线偏振光的相
Copyright Wang Yan
位差沿光纤变化,从而使合成光的偏振态沿光纤周期性变
化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度,叫做拍长。
在一个拍长上,两正交偏振光的相位差变化了2π,因而有:
L LB 2
LB
2 L
0
B
双折射越厉害,拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界
j)
Ex
E0
expj(t
xz)
J0(Ur/a) J0(U)
Ey
E0
expj(t
yz)
J0(Ur/a) J0(U)
2、归一化双折射B:BBL
k0
xk 0 y :等效折射率指数差
nx,ny:LPx,LPy模的等效折射率指数
Optical fiber
L comm3un、ica拍tion长s B :
光双折射效应讲解与应用
5.1.2 光的双折射效应
• 任何非偏振光线进入各向异性晶体后,将折射分 成两束正交的线性偏振光,以不同的偏振态和相 速度经历不同的折射率传输,如图5.1.3所示,这 种现象称为双折射;
• 在单轴晶体中,两个正交的偏振光称为寻常光(o) 和非寻常光(e)。寻常光在所有的方向具有相同 的相速度,它的表现就像普通的电磁波,电场垂 直于相速度传输的方向。非寻常光的相速度与传 输方向和它的偏振态有关,而且电场也不垂直于 相速度传输的方向。
图5.1.4 入射光与光轴方向不同出现两种不 同的情况
光的双折射效应讲解和应用
e光和o光 的波前
非偏振光 光轴
(a)入射光与光轴平行,不发生双折射, 也没有速度差
o光 的波前
非偏振光
e光 的波前
o光 的波前
非偏振光
e光 的波前
光轴
(b)入射光与光轴垂直,不发生双折射, 但又速度差
非偏振光
光轴
(c)入射光与光轴成一定角度, 发生双折射,并有速度差
E
寻常光
光轴(在该页 纸平面内)
• 方解石是一种负单轴晶体,沿一定的晶体平面把 晶体切成菱面体,晶面是一个平行四边形(相邻 两角的角度是78.08o和101.92o),包含光轴并与 一对晶体表面垂直的方解石菱晶平面叫主截面。
• 当非偏振光或自然光以法线射入方解石晶体时, 于是也与主截面成法线,而于光轴成一定的角度。 入射光分成相互正交的寻常光和非寻常光两束光, 在主截面平面内也包含入射光。寻常光具有垂直 于光轴的场振荡,它遵守斯奈耳定律,即光进入 晶体不偏转,于是E场振荡的方向必须从该页纸 出来或进去(用黑点表示),是寻常光。
• 利用双折射可制成偏振分束器(PBS)。
偏振模色散原理
偏振模色散(Polarization Mode Dispersion,PMD)是光纤通信系统中的一种重要现象,它描述了光纤中不同偏振态的光信号在传输过程中的相位和幅度变化。
PMD现象主要是由于光纤的双折射特性引起的,即光纤对垂直于纤芯平面的偏振态(TE模)和平行于纤芯平面的偏振态(TM模)的光信号具有不同的折射率,导致两者在传输过程中相位和幅度的变化不同。
PMD的主要影响是导致光信号的失真和脉冲展宽。
在光纤通信系统中,由于PMD的存在,不同偏振态的光信号在传输过程中可能会产生相位和幅度的变化,导致光信号的波形失真和脉冲展宽。
这将限制光纤通信系统的传输距离和数据速率。
为了减小PMD的影响,可以采用偏振保持光纤(Polarization-Maintaining Fiber)或者偏振去相关光纤(Polarization-Insensitive Fiber)等特殊光纤。
此外,还可以在光纤通信系统中采用预补偿技术(Pre-Equalization)或者后补偿技术(Post-Equalization)来减小PMD的影响,提高系统的传输性能。
光纤的双折射效应
光纤的双折射效应光纤是一种光波导体,能够通过其中的光子进行信号传输。
在光纤的传输中,会遇到各种光学现象,其中之一就是双折射效应。
什么是双折射效应?双折射效应是指光线在通过某些材料时,会被分成两束并沿着不同的方向传播的现象。
这种现象是由于不同方向的电场矢量在材料中传播的速度不同而引起的。
这种材料被称为双折射材料,也叫做各向异性材料。
光纤的双折射效应是指当光线经过光纤时,由于光纤的结构存在一定的各向异性,所以光线的两束光仍然沿着不同的方向传播,并且传播速度也会发生变化。
光纤的结构及特点光纤主要由两部分组成:芯和包层。
芯是光传输的核心区域,由高折射率的材料制成。
包层则是与外界隔绝的环绕芯的材料,具有较低的折射率。
由于这种结构的存在,光线在传播过程中,很容易被反射和散射,而且会受到材料的影响而产生变化。
双折射现象及其原因当一束光线沿着光纤芯的轴心传播时,其速度是相对固定的。
但是,当它遇到包层材料时,部分光子会被反射,部分伸长,不断发生屈曲等现象。
此外,由于包层材料导致的各向异性,传播速度也会发生变化,从而形成双折射现象。
双折射现象发生的原因主要是由于芯和包层之间的差异导致了不同的折射率。
当光线传播到不同的区域时,芯和包层之间的折射率差异将产生一个特殊的模式,就像人类的语言或事件,会随着地方、时间、文化背景等的不同而变化一样。
由于材料的特殊性质,各种复杂的光学现象都会发生。
光纤的双折射效应被广泛应用于现代通信和传输领域。
在这些应用中,双折射效应通常被用于测量或控制光传输的方向和速度。
例如,当我们调节光纤的长度和角度时,就可以相应地调节光的传输速度和方向。
此外,光纤双折射效应还可以用于创建光学元件,如波片,极板等。
这些元件可以轻松地控制和调节光线的透射性能,从而实现各种应用场景。
比如,极板可以将原本沿同一方向传播的两束光分离出来,这种分离可用于分析光线中的极化状态。
总之,光纤的双折射效应使我们可以控制和调节光线的传输速度和方向,从而实现各种现代通信和传输应用的技术支持。
光的偏振与双折射
主截面 当光在一晶体表面入射时,此表 当光在一晶体表面入射时, 面的法线与光轴所成的平面。 面的法线与光轴所成的平面。 当入射面是主截面时, 光的振动垂直 当入射面是主截面时, O 光的振动垂直 主截面; 光的振动平行于主截面。 平行于主截面 主截面; 光的振动平行于主截面。
e
光轴
光轴
0
e光
o光
大学物理讲义
玻璃 讨论
n1 n2
n2 当 tan i0 = 时, n1
反射光为完全偏振光, 反射光为完全偏振光,且 振动面垂直入射面, 振动面垂直入射面,折射 光为部分偏振光。 光为部分偏振光。
1)此时反射光和折射光互相垂直 . )此时反射光和折射光互相垂直
n2 sin i0 tan i0 = = n1 cos i0 π cosi0 = sinγ = cos( γ ) 2
青岛科技大学
大学物理讲义
(polarization) 机械横波与纵波的区别 机 械 波 穿 过 狭 缝
二
自然光 偏振光 一般光源发出的光中, 自然光 :一般光源发出的光中,包含着各个方 向的光矢量,在所有可能的方向上的振幅都相等(轴 向的光矢量,在所有可能的方向上的振幅都相等 轴 对称),这样的光叫自然光。 对称 ,这样的光叫自然光。
青岛科技大学
n1 π cot i0 = = tan( i0 ) = tan γ n2 2
大学物理讲义
注意 对于一般的光学玻璃 , 反射光的强度约占 入射光强度的7.5%,大部分光将透过玻璃。 入射光强度的 ,大部分光将透过玻璃。
利用玻璃片堆产生线 利用玻璃片堆产生线偏振光 玻璃片堆产生
i0
青岛科技大学
起 偏
I0
起偏
青岛科技大学
光的偏振与双折射现象
光的偏振与双折射现象光是一种电磁波,可以在真空中以及各种介质中传播。
而在传播过程中,光的偏振与双折射现象是光波特性中非常重要的内容。
本文将介绍光的偏振与双折射现象的基本概念和原理。
一、光的偏振偏振是指光波中的电场矢量在传播方向上的振动方式。
光波可分为非偏振光、偏振光和部分偏振光。
1. 非偏振光:光波中的电场矢量在各个方向上均匀分布,没有特定的振动方向。
2. 偏振光:光波中的电场矢量在某一特定方向上振动,而在其他方向上几乎无振动。
常见的偏振光有线偏振光和圆偏振光。
3. 部分偏振光:光波中的电场矢量在多个方向上振动,但是其中有一个主要的振动方向。
光的偏振可以通过偏振片进行实验观察和分析。
偏振片是由特殊材料制成的,在某一方向上只允许特定方向的电场矢量通过。
当非偏振光通过偏振片时,只有与偏振片振动方向一致的电场矢量能通过,其他方向上的电场矢量则被滤除,从而得到偏振光。
二、双折射现象双折射指的是某些特定材料在光线入射时会发生两个不同速度的折射现象。
这是由于光在这些材料中的传播速度与光的偏振方向有关。
具有双折射现象的材料被称为双折射材料,其中最常见的是石英晶体。
当光线垂直于晶体的光轴方向传播时,不会发生双折射现象;但当光线不垂直于光轴时,就会发生双折射现象。
双折射材料可以通过偏振光的传播方向和光轴方向之间的夹角来进行分类。
根据夹角的不同,可以分为正常双折射和畸变双折射。
1. 正常双折射:在该类材料中,晶体的光轴方向与偏振光的振动方向垂直。
在光线通过材料时,会出现两个折射光束,一个按照正常的折射定律折射(常光),另一个则不按照常规定律折射(特光)。
2. 畸变双折射:在该类材料中,晶体的光轴方向与偏振光的振动方向不垂直。
在光线通过材料时,除了产生两个折射光束外,还会出现不同程度的畸变现象,导致光的传播路径变得复杂。
三、应用领域1. 光学器件:光的偏振与双折射现象在光学器件的设计中起着重要作用。
例如,偏振片可以用于光的调节、滤波和分析等方面。
光的偏振和双折射
或
将各方向的 E 投影到二个任意互相垂直的方向 上,由于在所有可能的方向上 E 完全相等,所以在
任二个互相垂直的方向上光矢量的分量的和相等。 自然光也可以表示为:
Leabharlann 传播方向 图中:“︱”表示 在板面内的分振动 E “●”表示 E 垂直板面的分振动
二个相互垂直的光振动,光强各占一半
tgib n2 n1
12
ib
n2
布儒斯特定律:当自然光以布儒斯特 角 ib 入射到二介质界面时,反射光为 完全偏振光,振动方向⊥入射面
三. 应用
1. 测量不透明介质的折射率 让光线入射到不透明的介质上,改变入射角i 并测反 射光线的偏振化程度,当反射光线为完全偏振光时, 入 射角 ib 即为布儒斯特角,即:
4
2. 偏振化方向: 偏振片允许通过的光振动的方向。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※不是只有一个振动方向 的光可以通过偏振片,其他方 向振动的光在偏振化方向的分 量均可以通过偏振片。
偏振片 自然光I0
线偏振光I
1 2
偏振化方向
I
I0
※自然光不是只有2个方 向的振动,在 0~2p 内有无数 个振动方向。
光
的
光的偏振与双折射解密光的振动特性
光的偏振与双折射解密光的振动特性光是一种电磁波,作为一种波动现象,具有振动特性。
光的振动方向是指光波电场变化的方向。
光的振动可以是沿着任意方向,但是在许多情况下,光波的振动方向会受到影响,其中一种重要的现象是光的偏振和双折射。
一、光的偏振现象1. 偏振光的定义光线在传播过程中,其振动方向只在一个特定的平面上振动,这种光称为偏振光。
在偏振光中,只有振动方向与某一平面垂直的光能够通过偏振器。
2. 偏振光的产生偏振光的产生可以通过自然光经过偏振器滤波得到,也可以通过其他的物理现象产生,例如布儒斯特角反射。
3. 偏振器和偏振光的性质偏振器是一个能够选择性通过某个特定方向的光的器件。
当自然光通过偏振器时,垂直于偏振器所允许的唯一振动方向的光被选择性地通过,而其他方向的光则被阻挡。
二、双折射现象1. 双折射的定义双折射是指当光线传播到某些特殊的晶体材料中时,光线会分为两束,沿不同的路径传播。
这种现象也称为光的波面分裂。
2. 双折射的产生双折射是由于晶体结构的对称性导致的。
在一些晶体中,光沿着晶体的不同轴向传播时,会遵循不同的折射定律,从而产生双折射现象。
3. 双折射的性质双折射会导致入射光在晶体内发生方向的改变,使得光线变得有两个不同的传播方向。
这种现象不仅存在于晶体材料中,也可以在一些特殊的非晶体材料中观察到。
三、光的振动特性解密1. 光的振动方向与电场在光学中,振动方向的概念与电场方向紧密相关。
光波电场的振动方向决定了光的偏振方向,而光线的传播方向与电磁场的传播方向保持一致。
2. 光的振动特性与介质相关光的振动特性可以通过介质的性质来解释和调控。
不同的介质对光的传播和振动方向会产生不同的影响,从而实现对光的偏振特性的调节。
3. 光的偏振与实际应用光的偏振性质在许多领域中有着广泛的应用,例如光学器件、通信技术、显示技术等。
通过对光的偏振进行精确控制和调节,可以实现更多的光学效应和功能。
综上所述,光的偏振和双折射现象揭示了光的振动特性。
光的偏振与双折射
光的偏振与双折射在我们日常生活和科学研究的广阔领域中,光的偏振与双折射现象是两个极为重要且有趣的光学概念。
当我们谈到光,通常会想到那明亮而无所不在的光线,照亮我们的世界。
然而,光的性质远比我们直观感受到的要复杂和丰富。
其中,偏振和双折射就是光的一些不那么显而易见但却充满魅力的特性。
让我们先来了解一下光的偏振。
想象一下,光是由无数个微小的电磁波组成的,这些电磁波在空间中振动传播。
在一般的自然光中,光的振动方向是随机的,各个方向都有。
但是,当光通过某些特殊的装置或介质后,它的振动方向会被限制在一个特定的方向上,这时候光就变成了偏振光。
就好像一群毫无秩序乱跑的孩子,经过引导后,都朝着一个方向前进。
偏振光在很多领域都有重要的应用。
比如,在 3D 电影中,就是利用了偏振光的原理。
我们戴上的 3D 眼镜,其实就是两个不同偏振方向的镜片。
通过让左右眼分别看到不同偏振方向的光,从而在我们的大脑中产生立体感。
再来说说双折射现象。
当一束光入射到某些晶体中时,会分裂成两束折射光,这就是双折射。
这两束光的传播速度和偏振方向都有所不同。
就好像一条道路突然分成了两条不同的路径。
双折射现象在很多方面都具有重要意义。
在光学仪器中,比如偏光显微镜,就是利用双折射来观察和分析样品的结构。
通过观察样品在偏振光下的表现,可以获取关于其晶体结构、应力分布等重要信息。
为了更深入地理解光的偏振和双折射,我们需要了解一些相关的物理原理。
光是一种电磁波,其电场和磁场的振动方向相互垂直,并且都垂直于光的传播方向。
对于偏振光来说,其电场的振动方向被限制在一个特定的平面内。
而双折射现象的产生,是由于晶体内部的结构具有各向异性。
也就是说,晶体在不同方向上的物理性质是不同的。
这导致了光在晶体中传播时,其传播速度和偏振状态会发生改变。
在实际的实验和观察中,我们可以通过一些简单的方法来验证光的偏振和双折射现象。
例如,使用偏振片来检测光是否偏振。
当偏振片的偏振方向与光的偏振方向一致时,光可以通过;当两者垂直时,光被阻挡。
光的偏振与双折射现象
光的偏振与双折射现象光是一种电磁波,可以表现出多种性质,其中偏振和双折射现象是光学中的重要现象。
本文将介绍光的偏振和双折射现象的原理与应用。
一、偏振现象偏振是指光波传播过程中,光的振动方向发生了限制或者变化的现象。
光的偏振可以通过偏光片来实现。
偏光片是一种特殊的光学材料,可以选择性地传递特定方向上的光振动,而将其他方向上的振动滤除掉。
常见的偏光片有偏振片和偏振镜。
偏振现象的应用十分广泛。
在摄影领域,使用偏振镜可以有效地减少光的反射,增强色彩鲜艳度和对比度。
在液晶显示领域,液晶屏通过对光进行偏振来实现显示效果。
此外,偏振现象也在光通信、材料研究和光学器件制造等领域得到广泛应用。
二、双折射现象双折射现象是指光在某些特定材料中传播时,分裂成两个独立的光线的现象。
这是由于这些材料的晶体结构对于光波的传播方向有特殊的影响。
双折射现象也称为光的双折射或者倍频效应。
双折射现象最早被发现于石英晶体。
当光通过石英晶体时,会分裂成一个普通光线和一个额外光线,它们分别遵循普通折射定律和额外折射定律。
这两条光线有不同的折射率和传播速度,因此会呈现出不同的传播路径和相位差。
这种现象可以被用来制造光学器件,如偏光棱镜和波片。
双折射现象在光学领域具有重要应用。
例如,在显微镜中,使用偏光器和波片可以增强对样品内部结构的观察。
在激光技术中,偏折光的双折射可以用来改变激光的传输特性和调节光强。
总结光的偏振和双折射现象是光学中的重要现象。
它们不仅有基础研究意义,而且在光学器件和技术应用中起到重要作用。
深入了解和掌握光的偏振和双折射现象,将有助于我们更好地理解光的本质和应用。
光的偏振与双折射
光的偏振与双折射光是电磁波的一种,它具有振动方向的特性,这种特性被称为偏振。
同时,当光通过一些特定的材料时,由于其晶体结构的影响,光会发生折射现象并被分割成两个方向不同的光线,这被称为双折射。
本文将深入探讨光的偏振和双折射的原理和应用。
一、光的偏振偏振是指光在传播过程中的振动方向。
正常光是做直线运动的,其中振动方向中的任意一方向都是等概率的。
当光经过某些介质或特定的装置时,其中某些振动方向的成分会被选择性地消除,只有特定方向的振动成分保留下来,这种光就成为偏振光。
具体来说,偏振光可以分为线偏振光和圆偏振光两种。
线偏振光是指光的振动方向沿着一条直线的光,可以通过偏振片进行过滤和调整。
圆偏振光是指光的振动方向沿着一个圆锥面上的某条直线旋转的光。
光的偏振对于某些领域具有重要意义。
在光学仪器中,通过使用偏振片可以减少或消除光的反射和干扰,提高成像的质量。
在光通信中,利用偏振来传输信息可以提高信号传输的稳定性和可靠性。
在3D电影技术中,通过控制光的偏振状态可以实现不同的景深效果,呈现出更真实的观影体验。
二、双折射现象当光传播过程中穿过某些晶体材料时,由于晶体结构的特殊性,光会被分成两个方向不同的光线,这种现象被称为双折射。
具体来说,双折射可分为正常双折射和非正常双折射两种情况。
正常双折射是指光的传播方向不会发生改变,只是光的传播速度不同,造成光线的折射角发生变化。
非正常双折射则是光的传播方向发生明显偏离,光线会分成两个方向完全不同的光线。
双折射现象使得光在经过双折射晶体时发生了分离和偏移,这在某些应用中具有重要的意义。
例如,各种仪器和设备中的偏振器件是基于双折射现象制作的,通过调整双折射晶体的结构可以控制光的传播路径和偏振状态。
三、光的偏振与双折射的应用根据光的偏振和双折射的原理,我们可以将其应用于许多领域。
以下是一些常见的应用领域:1. 光学器件:偏振片、偏振镜和各种光学滤波器等,通过选择性地透过或排除光的特定偏振成分,用于光学成像、干扰消除等。
光的偏振与双折射
光的偏振与双折射光是一种电磁波,当光通过某些介质时,它的振动方向会发生变化。
这就是光的偏振现象。
同时,某些晶体还具有双折射特性,即光在进入晶体时会分裂成两束光线,这也与光的偏振有关。
1. 光的偏振现象光的偏振是指光波中的电场矢量在空间中振动的方向。
一般情况下,光是以各个方向振动的无偏振光,但当光通过特定介质时,电场矢量的振动方向会被限制为特定的方向,这种现象称为光的偏振。
一个常见的产生偏振光的方法是通过偏振片。
偏振片是一种由有机高分子或无机晶体制成的透明薄片,其中的分子或晶格结构能够选择性地吸收或透过特定方向上的光振动。
当光通过偏振片时,与偏振片相垂直的振动方向的光会被吸收或减弱,而与偏振片平行的振动方向的光则可以透过。
2. 马吕斯定律与双折射除了偏振现象,光还具有双折射特性。
在某些晶体中,光通过时会发生不同的折射现象,即一个入射光线会分裂成两束光线,并沿不同的方向传播。
这种现象被称为双折射。
双折射的性质可以由马吕斯定律描述。
马吕斯定律规定,当光线从一个介质(称为主光轴)进入具有双折射性质的晶体时,将会被分为两束光线,一束沿主光轴方向传播,称为普通光线;另一束则沿着与主光轴垂直的方向传播,称为非普通光线或称为振动光线。
这两束光线的传播速度和折射率都不同,因此它们在晶体中的传播路径也会发生偏离或弯曲。
当这两束光线再次离开晶体时,它们的振动方向也会发生改变,这进一步与光的偏振相关。
3. 光的偏振与双折射的应用光的偏振和双折射现象在许多领域都有重要的应用。
以下是一些相关的应用举例:3.1 光学器件偏振片广泛应用于各种光学器件中。
例如,在摄影领域中,偏振片可以用于控制光线的入射角度和减少反光;在液晶显示器中,偏振片则用于调控和控制液晶分子的取向,从而实现图像的显示。
3.2 光通信在光纤通信中,光的偏振也是一个重要的考虑因素。
由于光信号本身也是具有偏振的,因此需要采取相应的措施来保持光信号的传输质量。
通过使用偏振保持器和偏振控制器,可以控制和调整光信号的偏振状态,以确保光信号在光纤中的传输稳定性和可靠性。
12-5偏振和光的双折射
5、偏振度: 、偏振度:
I max − I min P= I max + I min
线偏振光: 线偏振光:P=1 自然光: 自然光:P=0 部分偏振光:0<P<1 部分偏振光:
1212-5-2 偏振片 马吕斯定律
一、偏振片,二向色性 偏振片, 偏振片:能吸收某一方向的光振动,而只让与之垂直方向上 偏振片:能吸收某一方向的光振动, 的光振动通过的一种透明薄片。 是一种获得线偏振光的偏振器件。 的光振动通过的一种透明薄片。 是一种获得线偏振光的偏振器件。 偏振化方向:允许通过的光振动方向。 偏振化方向:允许通过的光振动方向。
I o = I10 + I 20
2
设通过偏振片后的光强分别为: 设通过偏振片后的光强分别为:I , I1 , I2
1 I1 = I10 2
I 2 = I 20 cos α
1 = I10 + I 20 2
α = 0 时 → I = I max
1 I = I1 + I 2 = I10 + I 20 cos 2 α 2
偏振片的透光方向就是线偏振光的振动方向。 偏振片的透光方向就是线偏振光的振动方向。
偏振片的透振方向与入射光的振动方向的夹角。 偏振片的透振方向与入射光的振动方向的夹角 α:偏振片的透振方向与入射光的振动方向的夹角。
2、线偏振光 I1 、
E2 = E1 cos α
2 ∵ I 1 ∝ E1
, I 2 ∝ E2 2
偏振片的用途:“起偏”和“检偏” 偏振片的用途: 起偏” 检偏”
二、马吕斯定律
1、自然光入射偏振片 、
偏振片转动一个角度后, 偏振片转动一个角度后, 透过的强度及偏振态均 不变, 不变,只是振动的方向 变化。 变化。
光的偏振偏振光的特性
光的偏振偏振光的特性在我们生活的这个五彩斑斓的世界里,光扮演着至关重要的角色。
从清晨第一缕阳光穿透窗户,到夜晚璀璨的灯光照亮城市的街道,光无处不在。
而在光学的领域中,有一个有趣且重要的概念——光的偏振和偏振光,它们具有独特的特性,为我们理解和应用光提供了更深层次的视角。
让我们先来了解一下什么是光的偏振。
简单来说,光的偏振指的是光波振动方向的特性。
普通的自然光,比如太阳光,它的振动方向是随机分布的,向各个方向均匀振动。
然而,当光经过某些特殊的介质或者处理后,它的振动方向会变得有规律,这就是偏振光。
偏振光有几种常见的类型。
线偏振光是其中比较简单的一种,它的光波振动方向始终保持在一个固定的直线方向上。
想象一下,就像是一群士兵整齐地排成一列向前行进。
还有一种是圆偏振光,光波的振动端点在传播过程中形成一个圆形轨迹。
而椭圆偏振光则是振动端点形成一个椭圆轨迹。
偏振光的产生方式有多种。
通过反射和折射可以产生偏振光,比如当光从空气斜射到玻璃表面时,反射光往往会具有一定程度的偏振特性。
晶体也能用来产生偏振光,某些晶体具有特殊的结构,能够使通过它们的光变成偏振光,这被称为晶体的双折射现象。
此外,偏振片也是常用的产生和检测偏振光的工具,它只允许特定方向振动的光通过。
偏振光有着许多有趣的特性和应用。
在摄影领域,偏振镜是摄影师们的好帮手。
它可以减少水面、玻璃等表面的反光,让我们能够更清晰地看到物体的细节。
比如拍摄湖泊时,偏振镜可以消除水面的反光,展现出湖水深处的景色。
在 3D 电影中,也利用了偏振光的原理。
通过给观众佩戴不同偏振方向的眼镜,让左眼和右眼分别看到不同偏振方向的图像,从而产生立体感。
在科学研究中,偏振光更是发挥着重要作用。
在化学分析中,偏振光可以用来研究分子的结构和对称性。
对于生物学家来说,偏振光可以帮助观察生物组织的细微结构和特性。
在天文学中,通过分析来自天体的偏振光,科学家们可以获取关于天体的磁场、物质分布等重要信息。
光的偏振与双折射解析偏振角和双折射率的计算
光的偏振与双折射解析偏振角和双折射率的计算偏振是指光波在传播过程中偏离自由传播状态的现象。
光可以被分为不同方向的偏振态,其中最常见的是线偏振光。
而双折射是指当光通过某些特殊的材料时,光波会分裂成两个不同的方向传播的光线。
观察和计算光的偏振角和双折射率是研究光学行为的重要方面。
一、光的偏振角计算光的偏振角是指光波的电场矢量与某一参考方向(通常为光的传播方向)之间的夹角。
偏振角主要有两种常见的表示方式:在光学坐标系中的偏振角和在物理坐标系中的偏振角。
1. 光学坐标系中的偏振角在光学坐标系中,我们可以将光的偏振角表示为矢量的向量积。
假设光波的电场矢量为E,传播方向为z轴,偏振方向为x轴,那么可以用一个右手坐标系表示光的偏振角。
具体的计算公式为:θ = arctan(Ey/Ex)其中Ex和Ey分别表示电场矢量在x轴和y轴方向上的分量。
2. 物理坐标系中的偏振角在物理坐标系中,我们可以将光的偏振角表示为与光传播方向之间的夹角。
这个夹角通常由检偏器来测量。
假设光波的电场矢量为E,传播方向为z轴,而光传播方向和检偏器方向之间的夹角为α,那么计算公式为:θ = arcsin(sin(α)/n)其中n为材料的折射率。
二、双折射率的计算双折射是指当光通过某些特殊材料时,由于其晶格结构导致光波在材料内部发生分裂,分裂成两个不同的方向传播的光线。
双折射通常通过计算材料的双折射率来描述。
双折射率可以通过使用传输矩阵法来计算。
传输矩阵法是一种基于薄膜的光学计算方法,适用于计算具有各向异性的材料的光学性质。
具体的计算方法需要根据材料的晶格结构和折射率张量来确定。
这里不再赘述详细的计算步骤,但需要强调的是,双折射率的计算需要考虑材料的晶体结构、入射光的方向和波长等因素。
总结:光的偏振与双折射是光学研究中的重要概念。
通过计算光的偏振角和双折射率,我们可以更深入地理解光在材料中的传播行为。
对于光学器件的设计和应用也起到了重要的指导作用。
光的偏振效应与双折射的研究
光的偏振效应与双折射的研究光是一种电磁波,它具有波动性质。
然而,光还有一种与波动性质相对应的电场和磁场的方向。
光的偏振效应就是指光的电场矢量在空间中特定方向上的振动。
当光通过某些物质时,例如晶体或者有机分子,光的偏振会发生改变。
这种现象就是双折射。
双折射意味着光在通过物质后,分成了两束光,并且它们的偏振方向不同。
这个发现是由克里斯托夫·惠东格、乔治·斯托克斯和尤利乌斯·普劳克在19世纪中叶做出的。
他们的研究提供了对光性质的新认识。
双折射效应在科学界和应用领域中有着广泛的应用。
一些特殊材料如石英晶体、磷酸镁和纤维素等都具有双折射性质,这使得它们在光学仪器和通信领域中得到广泛应用。
双折射是由物质的分子结构决定的。
一些晶体具有对称的晶胞,光在通过时不会发生散射和偏振的改变,这些晶体被称为等轴晶体。
然而,其他一些晶体由于其非对称的晶胞结构,会使光发生偏转和偏振的改变,这些晶体被称为非等轴晶体。
这些特殊的晶体在受到外加电场或者应力的作用下,会出现双折射的改变,这就是电光效应和压光效应。
电光效应意味着当电场施加在晶体上时,晶体的折射率会发生改变。
这被广泛应用于调制器件和光学开关。
压光效应是指当晶体受到压力时,晶体的折射率也会改变。
这些效应在光学传感器和光学振动分析中有重要应用。
此外,在双折射研究中还涉及到光的自旋。
自旋是光子的一种特性,它代表光子的角动量。
在高能物理实验和量子力学研究中,自旋会影响物质的相互作用。
在双折射研究中,自旋也被认为对光的偏振有一定的影响。
除了在科学和应用领域中的重要性,双折射的研究对于深入了解光的本质和性质也有着重要意义。
双折射的存在表明光是一种具有粒子性质的电磁波。
在光的双折射现象下,光的传播路径不再是一个简单的直线,而是发生了偏转。
这一发现对于光传播机制的理解起到了重要的推动作用。
尽管双折射的现象在科学界已经有了很多研究,但仍需要更深入的研究来揭示其中的机制以及探索更多的应用领域。
光纤的双折射及偏振特性(精)
Px 合作用: tan( hL) y P
2018/9/26
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n1
a
x
e2 32 双折射率: L ( ) 2 2
限定最短的拍长 LB min :拍长最小对应最大上折射
2 e 2.50 b 1 max 1 2 a 2 n LB min min 1
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2、旋光率:单位长度上旋过的角度
R L R L L 2 2
HW1 1、平板波导 ① ② ③ ④
n1 1.5, n2 1.45, n3 1.4, d 5m。
圆双折射:光纤对左旋和右旋偏振光有不同的相位常数。
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Байду номын сангаас
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2018/9/26
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HE11 是由两个旋转方向不同的光分成的。
Faraday 磁光效应,光纤的扭转。 椭圆双折射:当线和圆同时存在时,形成椭圆双折射。 Ex , E y E x E x 0 cos(t x z ) E y E y 0 cos(t y z ) 幅度比 R E y 0 / E x 0 相位差 y x ( y x ) z
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五、圆的双折射:光纤对左旋和右旋圆偏振光有不同的相位 常数,从而引起该两圆偏振光不同的相位变化,称为圆 双折射。 A. 参数 1、光纤的圆双折射率 R R L
各种光纤介绍
使用掺 Yb单模光纤的纤芯直接泵浦方法和使用掺 Yb双包层光纤的 包层泵浦方法分别如图 37a、b所示。图 37a所示为泵浦光在纤芯中传播
102
第 3章 各种光纤介绍
直接泵浦的状态。另一方面,图 37b所示为泵浦光在内部包层传播进行 纤芯泵浦的状态。这里使用的光纤是双包层光纤,像其名字一样,包层是 双层构造。内侧 (Inner) 的包层称为内部包层 (或者称为第一包层),外 侧 (Outer) 的包层称为外部包层 (或者称为第二包层)。
(变回原来的偏振光状态的距离) 称为拍长 Lb或者耦合长度。 PANDA光纤内和 X偏振 (Y偏振) 成 45°倾斜角度方向上入射直线偏
振光时的偏振光的变化如图 36所示。
拍长是衡量双折射大小的指标,拍长 Lb与双折射 B有如下的关系:
2π λ
Lb
== Δβ B
(33)
4截止波长和模场直径
PANDA光纤基本上是 SMF,所以和 SMF一样,有传播损耗、截止波
长、模场直径 (MFD) 等重要的特性。
PANDA光纤的 X偏振和 Y偏振的折射率构造不同,截止波长有两个。
X偏振的等价曲折率高、截止波长长,为了使两个偏振都能使用,通常用
X偏振的截止波长定义为截止波长。另外,X和 Y偏振的模场直径也有微
小的差别。
101
图解光纤激光器入门
5弯曲损耗 偏振保持光 纤 弯 曲 时, Y偏 振 的 等 效 折 射 率 较 低, 容 易 发 生 特 性 劣 化 。 [6,15] 6熔接接续 当偏振保持光纤进行熔接接续时,除了和非偏振保持光纤一样进行调 芯以外,为了对准偏振光轴,需要旋转光纤进行角度对准。因为熔接损耗 与光纤之间的 MFD和纤芯偏心相关,PANDA光纤可以做到以和非偏振保 持光纤同等程度的损耗进行熔接。但是,偏振光轴的角度稍微偏离一点, 偏振串扰就会增大。现在,对应偏振保持光纤的光纤熔接机已有出售,通 过选择适当的机器,可以获得偏振串扰不增大的良好接续[12,16]。 7掺稀土类偏振保持光纤 掺稀土类偏振保持单模光纤和掺 Yb偏振保持双包层光纤 (Ytterbium DopedLMADoubleCladPM Fiber) 被应用在光纤激光振荡器和光纤激光放 大器中 。 [1719]
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合作用:
tan( hL)
Px Py
L:光纤长度;h:耦合系数;这两参数说明光纤的保偏能力,
、h越大,保偏能力越强。
三、光纤的线双折射
不同。
3.由偏振模色散引起的典型的群时延是0.5ps/km(对短距
离光纤)。
4.群速不同:偏振色散(PMD)Polarization Mode Dispe-
rsion。
光的偏振态沿光纤轴向变化:光纤输出偏振态的不稳定
性。
5. 双折射:线、圆、椭圆
线双折射:x y ,应力变形。
圆双折射:光纤对左旋和右旋偏振光有不同的相位常数。
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§3 光纤的双折射及偏振特性
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一、Introduction
1. SMF实际上有两个简并模:LP0y1, LP0x1
2. 实际光纤并不完善(光纤芯子的椭圆变形,光纤内部
的残余应力),两个模式并不简并,纵向相位常数β略有
A:光纤截面y 的非圆性变形
n2 b
椭圆度: e 1 b / a2
n1 a x
双折射率: L
e2 2
(
)
3 2
2
限定最短的拍长 LBmin :拍长最小对应最大上折射
1 b a min
e2 max
2
2.50
n1
1 2 LB min
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幅度比 R Ey0 / Ex0 相位差 y x ( y x )z
E
Ex
E
y
Ex0 exp
E
y
0
exp
j(t x z) j(t y z)
1
Ex Re xp( j)
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j)
Ex
E0 exp
j(t x z)
J0 (Ur / a) J0 (U )
Ey
E0
exp
j(t
yz)
J0 (Ur / a) J0 (U )
2、归一化双折射B:B
BL k0
x y
k0
nx ny
neff
k0:真空总的波数 neff :等效折射率指数差
nx , ny:LPx , LP y模的等效折射率指数
p12 )(1
)
A R
2
p11 p p21
p12 p22
p13 p23
0.12i j 对石英玻璃 p 0.27i j
p31 p32 p33
弯曲光纤相当于一线延迟器。适当选取曲率半径R和弯曲 光纤的圈数可做成光纤型的λ/4“波片”或λ/2“波片”。这可以 用来构成光纤型偏振控制器。
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HE11 是由两个旋转方向不同的光分成的。
Faraday 磁光效应,光纤的扭转。
椭圆双折射:当线和圆同时存在时,形成椭圆双折射。 Ex , Ey
Ex Ex0 cos(t x z) Ey Ey0 cos(t y z)
等效折射指数:nx , ny
x
k0nx
nx
c
,y
k0ny
ny
c
故:
0
1 c
d
(nx d
ny
)
nx ny c
2. 光纤侧向受压力
设单位长度所加压力为F,则应力双折射率为:
l
4n03
k0
1
E
( p11
p12 )
F A
A:光纤外径;E:材料的杨氏弹性模量,对石英玻璃:
E 6.51010 N / m2
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向异性,从而呈现出双折射。
1. 光纤弯曲
2. 光纤侧向受压力
y
F
Ax R
y x
a A:光纤外径
R:曲率半径
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线双折射:l5k0n3 (
p11
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例:n1 1.46, 0.003, 1.3m,若LBmin 50m,b / a 95.5 %。
B. 应力双折射
光纤中的应力双折射是由于光弹效应引起的,光纤材料
本身是各向同性的介质。因而不同方向的电场分量所遇到的
折射指数相同,设为n。当光纤受力时,引起了弹性形变,
通过光弹效应该形变可引起折射指数的变化,使材料变为各
L LB 2
LB
2 L
0
B
双折射越厉害,拍长越短。如光纤的拍长远小于某种外界
干扰的长度周期,它就可抵御这种干扰而有保持偏振状态
的能力。
4、消光比和功率耦合系数
在传输过程中,两个正交的线偏振模之间存在耦合,如在光
纤输入端激发x方向的线偏振模,其功率为P x ,由于耦合, 在光纤的输出端出现了y方向的线偏振模,其功率为 P y。用
0
0
2
2
2
3
2
3
2
3 2
2
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A. 参数:
二、线双折射
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1、线双折射率:L x y
E
Exi Ey
j
E0 exp
jt
J0 (Ur / a) (e jxz i e jyz J0 (U )
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L comm3un、ica拍tion长s B :
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由于光纤中存在线双折射,两正交线偏振光的相
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位差沿光纤变化,从而使合成光的偏振态沿光纤周期性变
化。偏振态完成一个周期变化的光纤长度,叫做拍长。
在一个拍长上,两正交偏振光的相位差变化了2π,因而有:
µ:材料的泊松比,对石英玻璃: µ=0.6
光纤的侧向受压也得到光纤线延迟器,其线延迟量由压力F
决定。 四、单模光纤的偏振色散
由于存在双折射,单模光纤中基模LP x , LP y的相位常数
x , y 不同,从而引进偏振色散,设这两个模式传输单位长度
所用的时间各为0 x,xy,y 于 是dd单x 位 d长d度y 上d产d生 的时延差为: