线偏振光的产生和检验

第六章第5讲
p
Wave Optics
631线偏振光的产生和检验6.3.1 线偏振光的产生和检验
d
③二向色性起偏器,人造偏振片
一、晶体起偏器件
1、晶体的二向色性、晶体偏振器
某些晶体对o光和e光的吸收有很大差异，
例如电气石对光有强烈吸收对光这叫晶体的二向色性（dichroism）。

例如，电气石对o光有强烈吸收，
对e光吸收很弱，用它就可以产生线偏振光。

e 光···
·光轴
电气石光轴
线栅起偏器
入射光含有各种偏振态
平行于线方向的偏振光能够激发电子沿线移动，这导致光的发射从而抵消了入射光。

对于垂直于线的偏振光不会发生这种现象。

这种起偏器在红外波段工作最好。

二向色性偏振片采用同样的思路，但是使用长聚合物。

可见光波段的线栅起偏器
应用半导体制备技术, 用于可见光波段的线栅起偏器已被开发出来。

间距小于1微米。

n )arcsin(1
2n c =θ使入射光束在入口处分成两束。

垂直偏振光经过从高折射率(1.66)到低折射
光束往下倾斜，异常光折射率接近寻常光，也可能发生全反射。

<GKH=14º时，异常光全反射
格兰(Glan)棱镜()
偏振棱镜可由自然光获得高质量的线偏振光，它又可分为偏光棱镜和偏光分束棱镜。

z 偏光棱镜：可由自然光获得原方向的线偏振光吸收涂层格兰—汤姆孙棱镜光轴的取向使e光对应············•光轴方解石o e i
的恰是n e 。

•光轴方解石加拿大树胶
(n =1.55)n o （1.6584）＞n （1.55）＞n e （1.4864）i 临界角光全反射了光可通过
i > 临界角，o 光全反射了，e 光可通过。

B .格兰(Glan)棱镜
●
x
Z=0
⊙
●
y
O光
e光
主平面是与此上图垂直的平面
晶体线偏振器•格兰(Glan)棱镜
渥拉斯顿(Wollaston)棱镜(a)和罗雄(Rochon)棱镜(b)
晶体线偏振器
可由自然光获得分开的两束线偏振光光进入到第1块方解石后，o光和e光在方向上没有分开
渥拉斯顿(Wollaston)棱镜o光和e光在方向上没有分开。

由于方解石2和方解石1二
者光轴垂直，当光进入到方
解石2时光变成光
解石2时，o 光变成e光n >n （o e ）：光密→光疏；
而e光变成o 光：光疏→光密
于是两光束在界面处发生折射而分开。

•渥拉斯顿(Wollaston)棱镜工作原理
–两晶体光轴垂直，光波在两晶体中传播时o 光e 光互相转换，使得两个振动方向光波空间分离e o −()
1sin sin δαα+=e o n n 2
1sin sin δδ=e n n e 和n o 很接近，因此δ1和δ2都是小角
11sin δδ≈22sin δδ≈1
cos 2≈δ角()α
δtg n n e o −≈2
•渥拉斯顿(Wollaston)棱镜工作原理
–两晶体光轴垂直，光波在两晶体中传播时o 光e 光互相转换，使得两个振动方向光波空间分离
o e −α
δtg n n e o )(3−≈两振动方向正交的出射光束被空间分离，之间的夹角δ为
α
δδδtg n n e o w )(232−=+=离，角w
晶体线偏振器•罗雄(Rochon)棱镜
晶体线偏振器•罗雄(Rochon)棱镜工作原理
–两晶体光轴垂直，进入棱镜左半部分的光束沿光轴方向传播，不论光振动方向如何，对应的折射率都是n o 。

射入右半部分后，一振动方向成分为寻常光，折射率仍为n o ，从CD 面垂直射出。

另一振动方向成分变为异常光，折射率为n e
−()20tan e n n δα
=
两振动方向正交的出射光束被空间分离，之间的夹角δ
R 为
()αδδtg n n
e o R −==2
例：如图所示的双折射棱镜是由一个普通玻璃直角棱镜ABC和一个方解石直角棱镜ACD光胶而成。

玻璃棱镜ABC和个方解石直角棱镜ACD光胶而成玻璃棱镜ABC的折射率n=1.5，方解石棱镜ACD的光轴c平行于DC面=16584=14864当束自然光沿KI方向DC面，no=1.6584,ne=1.4864。

当一束自然光沿KI方向垂直于AB面射入棱镜，投射光E1将成为线偏振光。

•（1）说明此双折射棱镜产生线偏振光的工作原理。

为（）说明此折射棱镜产生线偏振光的作原为使E1成为线偏振光，棱镜α角应在什么范围内？标出透射光E1的振动方向。

射光的振动方向
•（2）AC面的反射光E2是什么偏振态？说明理由。

2.偏振光的检验
¾检验有两重含义
-----确定被检光是否是线偏振光
-----测定线偏振光的振动方向。

¾检验方法:在旋转线偏器的同时，观察待检光透射后的光强。

如果不能观察到零强度，则待检光不是线偏振光；如果当主方向位在某个方位时出现零强度，则被检光是线偏振光，并且其振动方向与这时的主方向垂直。

¾用于这种目的的线偏器称为检偏器。

2
)(cos ψδ+p I (cos 2
p I 0δ或=
作业6.14, 6.15, 6.16
课下熟悉琼斯矩阵
632
6.3.2 椭圆偏振光的产生和波片
Polarizer
Polarizer
W ave
plate
1.椭圆(园）偏振光产生的途径分析
cos()
D D kz t ωϕ=−+=v 00cos()x x x y y y D D kz t ωϕ=−+x y D iD jD +
产生指定偏振态的椭圆偏振光，需要两个步骤：
第一步：利用线偏器将自然光转化成在给定坐标系(x,y)中有特定偏振方向角θ的线偏光，目的之一，保证该线偏光的振幅比为00/x y D D 。

为此需有：
1/tan D D −=θ()
00x y 之二，保证两个线偏振分量具有固定位相差（0或π）。

第二步让上述线偏光经历个各向异性过程第二步，让上述线偏光经历一个各向异性过程，在其x 、y 分量之间加上一个位相差δ，从而获得具有指定偏振态的椭圆偏振光振光。

注：产生以上椭圆偏振光，不要求其分量的振幅和位相一定要相等，只要求两个分量的振幅比等于，位相差等于δ即可。

所以满足要求的椭圆偏振光与D(z,t)
y0x0D /D 只有初位相和光强不同，偏振态是相同的。

2．波片
2波片
(1)波片的概念
d
基本功能是：在已知的两
个正交偏振方向上，为入
射的偏振光引入特定的附
加位相差。

加差
波片大多是光轴平行于表面的单轴晶体薄片。

d
(2)几种常用的单块式波片
波片：光轴平行于的晶体薄片
·
·
··表面的晶体薄片。

e
e o o
····y
x A
A e
A
A e
光轴
P
晶片
α
A o
λ
A o
α
椭圆(圆、线)
线偏振光
sin αA A o =偏振光
d
光轴α
cos A A e =从晶片出射的两束光由于出现相位差，而合成为一束椭圆、圆或线偏振光。

d
d
对于正单轴晶体和负单轴晶体制成的波片，对于单轴晶体和负单轴晶体制成的波片其快轴和慢轴正好相反。

正单沿光轴方向振动的光波（即
正单：0e n n <，沿光轴方向振动的光波（即e 光）的位相延迟比o 光多ϕΔ（e 光位相滞后）。

所以，光轴方向为慢轴方向（v ）。

负单：
n n >，沿光轴方向振动的光波（即
e 光）的0e 位相延迟比o 光少ϕΔ（e 光位相超前）。

所以，光轴方向为快轴方向（u ）。

(7) 附加位相差可调节的波片－补偿器()节
o-e 2
1//h n h n L e o +=在纸面内振动分量,o e
垂直纸面振动分量，e-o
2
1h n h n L o e +=⊥(a)巴比内补偿器(b)索列尔补偿器
()()
o e n n h h L −−=Δ12区别：光轴方向，光程的调整
作业
•11，13，15，16，
17,18，19, 20
•171819
小组讨论：自然光与圆偏振光的异同，部小组讨论：自然光与圆偏振光的异同部分偏振光与椭圆偏振光的异同，如何用所学常用波片区分？。