晶体偏振器件解析
第五章偏振2
巴俾涅补偿器:由两块光轴正交的直角石英棱镜迭 置而成,用于细光束的相位补偿调节。
第一劈内的o光进入第二 劈内变为e光,光程:
nod1 ne d 2
同样地, e光,
ne d1 nod 2
两者的相位差:
2
(d 2 d1 )(no ne )
索列尔补偿器:由 两块光轴平行的石 英直角劈楔与一块 光轴正交的平行平 面石英晶片迭置而 成,可用于宽光束 的相位补偿。 两者的相位差:
解:要使透过波晶片的光是圆偏振光,除满足 题中给的条件 = 45 ° ,使 Ao=Ae外,还要求 晶片有特定的厚度 d,从而使 o 光和 e 光的周 期相差为 /2,光程差为 /4,既对波长为 589.3nm 的光而言是四分之一波片
(n0 ne )d
则晶片的最小厚度为:
(A)光强单调增加; (B)光强先增加,后又减小至零; (C)光强先增加,后减小,再增加; (D)光强先增加,然后减小,再增加再 减小至零。 [ B ]
例4.自然光以 60 的入射角照射到某一透 明介质表面时,反射光为线偏振光,则:
(A)折射光为线偏振光 30 ; (B)折射光为部分偏振光,折射角为30 ; (C)折射光为线偏振光,折射角不能确定; (D)折射光为部分偏振光,折射角不能确定;
一. 晶体偏振器
利用单轴晶体中o光和e光传播情况的不 同,可以做成晶体偏振器件,使o光、e光分开而 产生线偏振光。 这种器件可分为两类: 一类是只让o光、e光中的一束通过,得到单束线 偏振光,如格兰棱镜、尼科耳棱镜等。 另一类是偏振分束器,得到振动方向互相垂直的 两束分离的线偏振光,如渥拉斯顿棱镜、洛匈棱镜等。
2 2 Ao A1 sin 1 sin45 Ae A1 cos 1 cos45 2 2
第4章光的偏振与晶体光学器件
第4章 光的偏振与晶体光学器件本章内容4.1 从自然光获得线偏振光4.2 晶体的双折射4.3 晶体光学器件4.4 椭圆偏振光和圆偏振4.5 偏振光和偏振器件的矩阵表示4.6 偏振光的干涉及其应用4.7 旋光zy振动面ZE∙∙∙∙2、线偏振光X3、圆椭圆偏振光和椭圆偏振光光矢量方向不变,其大小随位相变化光矢量大小不变,其方向绕传播方向均匀转动,且矢量末端轨迹为圆4、椭圆偏振光光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,光矢量大小和方向都在有规律地变化,且矢量末端轨迹为椭圆5、部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合不同的大量光振动的组合,,称部分偏振光,它介于自然光与线偏振光之间。
部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。
部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有,但振幅不对称,在某一方向振动较强,而与它垂直的方向上振动较弱。
二、从自然光获得线偏振光的方法利用反射与折射利用二向色性利用晶体的双折射利用散射布儒斯特窗激光器的激光器的布儒斯特窗为解决这个矛盾,让光通过由多片玻璃叠合而成的片堆,入射角等于布儒斯特角,经过多次的反射和折射,既能获得较高的偏振度,光的强度也比较大。
玻璃片堆玻璃片堆——————偏振分光镜偏振分光镜只用一片玻璃的缺点:以布儒斯特角入射时,反射光虽为线偏振光,但强度太小(以布儒斯特角入射时,反射光虽为线偏振光,但强度太小(≈≈7%7%))透射光的强度虽大,但偏振度太小PI θθPPIθ时,I一般情况下主平面不重合109oo71一般情形下,o主平面和e主平面是不重合的.但若入射面与晶体的主截面重合时,则o光和e光都在这个平面内,即o主平面、e主平面与晶体主截面三者重合为一.o光和e光的电矢量方向互相垂直。
在实际上,都有意选择入射面与晶体主截面重合,以便所研究的双折射现象大为简化.Ce光O光光线透过该厚度为光线透过该厚度为dd 的晶体后, O 光、光、ee 光的光程差为:0()e n n d=-D 出射光沿同方向传播,具有相互垂直的偏振方向,但传播速度不相同,我们认为产生了折射现象。
物理光学中晶体对偏振光的作用研究
物理光学中晶体对偏振光的作用研究物理光学是光学的一个重要分支,研究的是光的发生、传播和相互作用的物理规律。
在物理光学中,晶体对偏振光的作用一直是一个热门的研究方向。
晶体是一种有规则的结构,其内部原子排布具有均匀性和周期性,具有优异的物理性质。
而偏振光,是指一束光中的光波振动方向在同一平面内、方向相同的光。
由于偏振光具有方向性,因此它在晶体中传播时会发生种种有趣的现象。
接下来,我们就来具体了解一下晶体在偏振光中的作用。
偏光现象当光传播时,会在该平面内以相互垂直的两个方向(即光的电场安装和磁场安装)进行振动。
而偏振光,则是指在一定范围内沿一个方向振动的光。
例如,如果光波只在一个平面内振动,那么我们就可以说这束光为偏振光。
由于光在传播过程中,容易受到外部介质和物质的影响,因此会发生偏光现象。
晶体的光学性质晶体是由长程有序的晶格结构组成的,它的均匀性和周期性使得它具有特殊的光学性质。
晶体中的光学性质与晶体内的原子结构有直接关系。
晶体的原子结构可以通过标准晶体结构进行描述,这种结构通常由底边相同的平行六面体不断堆叠而成,每个平行六面体称为一个晶胞。
因此,晶体的光学性质是由晶体的度数、晶系和晶胞构成的。
晶体的双折射性晶体的双折射性是指晶体中的光线在传播时发生折射现象,出现两个不同的折射光线。
折射光线的折射角度取决于入射光线在晶体内的方向和光线振动方向。
通常情况下,这两个折射光线的光程差和相位差会导致折射光线发生相位差。
双折射性是晶体对偏振光的作用过程中的一个重要现象。
晶体的旋光性晶体的旋光性是指光线在通过旋光晶体时,光振动面方向沿晶体传递的方向旋转的现象。
旋光现象产生的原因是由于晶体中的各种晶向对光的影响不同。
通常情况下,旋光晶体会旋转线偏振光振动方向的光波。
在偏振光穿过旋光晶体的过程中,线偏振光的两个正交电场分量将会有不同的相移,从而导致线偏振光的振动平面沿晶体方向发生旋转现象。
晶体的双折锥形在晶体表面或晶胞内,存在一个独立的平面,这个平面被称为双折锥面。
晶体偏振器件
16
三、补偿器(Compensator)
入射光 (incident light)
d1
d2 微量移动
巴比涅(Babinet)补偿器
2
no
ne d1
d2
17
11
2)圆偏振光通过四分之一波片后,变为 线偏振光。
3)椭圆偏振光入射时 若长轴或短轴方向与波片的快、慢轴方向 一致时,出射光为线偏光; 若为其他方向时,出射光仍为椭圆偏光。
12
2、/2波片(Half-wave plate)
O光和e光产生的光程差
no ne d
(m 1)
2
,
对应的
(2m 1)
o光和e光通过波片时的光程差(Optical path difference)与 位相差(Phase difference):
no ne d
2
no ne d
d是波片厚度。
8
波片的快轴和慢轴
快轴(Fast axis)和慢轴(Slow axis):
快轴:称波片中传播速度快的光矢量(Light vector) 方向为快轴。 慢轴:称波片中传播速度慢的光矢量(Light vector) 方向为慢轴。 波片的快、慢轴与晶体光轴的关系?
思考
q
缺点
arcsin n0 ne tgq
6
2.洛匈棱镜(Rochon prism)
材料:石英(正晶体)
ne no
制作 原理 思考
7
二、波片( Wave plate, 位相延迟器 )
它的作用是:
使两个振动方向相互垂直的光产生位相(phase)延迟。
制作:用单轴透明晶体做成的平行平板,光轴与表 面平行。
光子晶体中的偏振光学效应
光子晶体中的偏振光学效应光子晶体,也称为光学晶体或反射光栅,是一种由周期性介质结构形成的材料。
光子晶体有非常特殊的光学性质,例如能够产生光子禁带的特殊结构。
而在光子晶体中,还存在着一些有趣的偏振光学效应,本文将对其进行介绍。
1. 光子晶体的偏振态转换在光子晶体中,偏振态转换是一个非常重要的现象。
光子晶体有较高的对称性,所以传输光的偏振态主要在两个方向上:一是平行于光子晶体表面,这个方向被称为p偏振;另一个是垂直于表面的s偏振。
当入射光的偏振态与表面垂直时,大部分光会被反射回来,这是普通表面反射的现象;而当入射光的偏振态与表面平行时,却会将光子晶体内部的电磁波模式激发出来。
这种转换现象被称为布喇格反射。
此外,在光子晶体内部也存在着偏振态转换现象。
当p偏振光射入光子晶体时,会转换为s偏振光;同样地,入射s偏振光也会转换为p偏振光。
这种现象被称为偏振态交叉。
偏振态交叉在某些光学元件中是非常有用的,例如在偏振旋转器中。
2. 偏振禁带的存在光子晶体中还存在一种非常有趣的现象,那就是偏振禁带的存在。
在一个周期性结构中,当介质的折射率变化达到一定条件时,介质会形成一个禁带区域,该区域内的电磁波将无法传播。
类似地,光子晶体结构中也存在这样的偏振禁带区域。
当光线沿着光子晶体结构的周期性方向传播时,入射光与介质结构间的相互作用会导致介质内部产生一个与入射光的偏振态相匹配的偏振状态。
如果介质结构周期性地改变,则会形成一个偏振禁带,区域内的波长与介质结构周期匹配,这些波将被禁止通过,从而产生强烈的反射或反射损失。
3. 偏振光学器件光子晶体中的偏振光学效应为制造光学器件提供了新的思路。
例如,偏振旋转器可以使用光子晶体结构来实现,通过程控介质膜的折射率,可以确定出一个具有特定偏振旋转角的光学器件。
这种器件的工作原理与晶体波片类似,但这种光学器件更灵活,不需要在特定角度使用。
此外,基于光子晶体的光学元件,例如可调偏振器、偏振分束器、偏振敏感检测器等,也被设计出来了。
ch8-2晶体光学器件
B(D')
尼科耳棱镜(方解石晶体)
光轴与两端面的夹角均为48o;加拿大树胶对可见光透明,对钠黄 光的折射率nD=1.55;方解石主折射率 no=1.6584>nD>ne=1.4864 。
工作原理:自然光沿晶体长棱方向(A'C或BD')进入晶体后,分解为偏 向略有不同的 o 光和 e 光。在树胶层 光 在树胶层 A A'D' D 处, 处 o 光的入射角 (o=76o)大于全反射临界角(oc=70o),经树胶层全部反 射至被涂黑的棱镜侧壁;e光因不满足全反射条件而透过树 胶层,故由棱镜出射的光束变为一束偏振面平行于晶体主截 面和入射面的平面偏振光。
快轴:晶片中与传播速度较快的光振动分量的偏振面平行的方向 慢轴:晶片中与传播速度较慢的光振动分量的偏振面平行的方向
正 晶 体
光轴/慢轴
负 晶 体 光线
光轴/快轴
光线 慢轴
快轴
正单轴晶片 的快轴垂直于光轴或平行于o光偏振面,慢轴平行于光 轴或e光偏振面;负单轴晶片的快慢轴与正单轴晶片相反。
① 四分之一波片(/4片)
Ae z c
A
o光和e光的振幅:
Ao
E o E sin E e E cos
c
平面偏振光在波晶片表面的分解
对于厚度为d的晶片, o光和e光在两偏振分量在出射时的相位差:
2π
no ne d
0 正晶体 0 负晶体
平面偏振光垂直进入光轴平行于表面的单轴晶片后 分解为传播方向 平面偏振光垂直进入光轴平行于表面的单轴晶片后, 相同但偏振面分别平行和垂直于光轴的两个偏振分量,两偏振分量的 振幅比取决于入射光偏振面与晶片光轴的夹角。 由于传播速度不同,两偏振分量通过波晶片时具有不同的相位延迟, 其 相位差取决于入射光波长 、晶体对两偏振分量的折射率 no 和 ne , 以及光波在晶体中的传播距离z或晶片的厚度d。
第四章 晶体光学与偏振光学 §4.3 偏振光的产生、转换、检验与偏振器件 物理光学课件
C. Wollaston棱镜:
在第一棱镜中的o、e光,进入第二棱镜后变成e、o光,在 非0角入射时,导致光线传播方向偏折。
a.两束出射线偏振光的夹角为
W 2 3 2no ne tan
b.两束出射光都不垂直于界面
D. Rochon棱镜:
a.两束出射线偏振光的夹角为
R no ne tan W 2
检偏器——检测光波的偏振状态.
⑵性能指标
①偏振度: PP Ty Tx Ty Tx
其中:Ty,Tx 分别是主方向和垂直于主方向振动的透过率。
显然,理想线偏器的 Tx 0,PP 1
②消光比: Tx Ty
理想线偏器 0
③光能利用率: Ty ④通光口径:
a.透射线偏振光的最大可能光束截面/直径;
b.两束出射光中o光垂直于界面;
c.垂直于界面出射的线偏振光,包含入射光中所有的 波长成分-无色散。
2.线偏振光的产生
使用任何一种线偏器都可以将自然光和非线偏振光
转化为线偏振光出射。但出射线偏振光性能差距较大。
3.线偏振光的检验
有两重含义:①确定被检光是否线偏振光;②测定线
偏振光的振动方向。
b.保证出射线偏振光性能所允许的入射光束最大孔径角。
⑤光谱范围:器件的适用波段。
⑥色散:透射线偏振光的传播和振动方向因波长而异.
⑶常见线偏器
①多层介质膜偏振分光棱镜
当组成多层介质膜的两种材料的折射率及满足
rp n1 cos2 n2 cos1 n1 cos2 n2 cos1 0 时,
⑴有消光现象——椭圆偏振光
⑵无消光现象——自然光
作业十八
1. 一束钠黄光垂直入射到方解石晶体制成的、α=450的 Rochon棱镜上,求从晶体出射的o光束和e光束的夹角.
第4章光的偏振与晶体光学器件
第4章 光的偏振与晶体光学器件本章内容4.1 从自然光获得线偏振光4.2 晶体的双折射4.3 晶体光学器件4.4 椭圆偏振光和圆偏振4.5 偏振光和偏振器件的矩阵表示4.6 偏振光的干涉及其应用4.7 旋光zy振动面ZE∙∙∙∙2、线偏振光X3、圆椭圆偏振光和椭圆偏振光光矢量方向不变,其大小随位相变化光矢量大小不变,其方向绕传播方向均匀转动,且矢量末端轨迹为圆4、椭圆偏振光光矢量在垂直于光的传播方向的平面内,光矢量大小和方向都在有规律地变化,且矢量末端轨迹为椭圆5、部分偏振光彼此无固定相位关系、振动方向任意、不同方向上振幅不同的大量光振动的组合不同的大量光振动的组合,,称部分偏振光,它介于自然光与线偏振光之间。
部分偏振光两垂直方向光振动之间无固定的相位差。
部分偏振光在垂直于光传播方向的平面内沿各方向振动的光矢量都有,但振幅不对称,在某一方向振动较强,而与它垂直的方向上振动较弱。
二、从自然光获得线偏振光的方法利用反射与折射利用二向色性利用晶体的双折射利用散射布儒斯特窗激光器的激光器的布儒斯特窗为解决这个矛盾,让光通过由多片玻璃叠合而成的片堆,入射角等于布儒斯特角,经过多次的反射和折射,既能获得较高的偏振度,光的强度也比较大。
玻璃片堆玻璃片堆——————偏振分光镜偏振分光镜只用一片玻璃的缺点:以布儒斯特角入射时,反射光虽为线偏振光,但强度太小(以布儒斯特角入射时,反射光虽为线偏振光,但强度太小(≈≈7%7%))透射光的强度虽大,但偏振度太小PI θθPPIθ时,I一般情况下主平面不重合109oo71一般情形下,o主平面和e主平面是不重合的.但若入射面与晶体的主截面重合时,则o光和e光都在这个平面内,即o主平面、e主平面与晶体主截面三者重合为一.o光和e光的电矢量方向互相垂直。
在实际上,都有意选择入射面与晶体主截面重合,以便所研究的双折射现象大为简化.Ce光O光光线透过该厚度为光线透过该厚度为dd 的晶体后, O 光、光、ee 光的光程差为:0()e n n d=-D 出射光沿同方向传播,具有相互垂直的偏振方向,但传播速度不相同,我们认为产生了折射现象。
谷光子晶体 圆偏振-概述说明以及解释
谷光子晶体圆偏振-概述说明以及解释1.引言1.1 概述:谷光子晶体是一种具有周期性结构的光学材料,能够有效地控制和调制光的传播行为。
它通过控制光的频率、波长和偏振状态,实现对光的调制和传输。
谷光子晶体在光学领域具有广泛的应用前景,可以用于光通信、传感、激光器等领域。
本文将从谷光子晶体的概念、特性以及在光学中的应用三个方面进行详细阐述,以期为读者提供对谷光子晶体的深入了解。
同时,文章还将讨论谷光子晶体圆偏振的意义和影响,展望谷光子晶体在未来的发展,希望能为谷光子晶体研究和应用的进一步推进提供参考。
1.2文章结构文章结构部分主要包括:1. 引言部分:介绍文章的背景和目的,引出谷光子晶体圆偏振的研究意义。
2. 正文部分:分为以下几个部分- 谷光子晶体的概念:介绍谷光子晶体的定义和特点。
- 谷光子晶体的特性:详细描述谷光子晶体的结构、光学性质和制备方法。
- 谷光子晶体在光学中的应用:探讨谷光子晶体在光学领域的应用及前景。
3. 结论部分:总结谷光子晶体的重要性,展望其在未来的发展,并讨论谷光子晶体圆偏振的意义和影响。
通过以上结构,读者可以清晰地了解整篇文章的脉络和内容,有助于他们更好地理解谷光子晶体圆偏振的相关知识。
1.3 目的:谷光子晶体是一种具有独特光学特性的新型材料,对其深入研究可以帮助我们更好地理解光学现象和光子晶体的特性。
本文的目的在于探讨谷光子晶体在圆偏振光学中的应用和意义,分析其在光学领域中的潜在应用价值,并展望未来谷光子晶体在圆偏振光学领域的发展趋势。
通过对谷光子晶体的研究和探讨,可以帮助推动光学领域的发展,促进技术创新和应用拓展,为光学科学和工程领域的发展做出贡献。
2.正文2.1 谷光子晶体的概念:谷光子晶体是一种由谷氏晶胞组成的具有特殊结构的光子晶体。
谷氏晶胞是由三个或多个相邻的晶胞单元组成的一种结构,其具有高度有序的周期性排列。
谷光子晶体的制备过程中,通常采用光子晶体工程的方法,通过调控晶格常数、介质折射率等参数,实现对光子晶体结构的精确设计。
第5章 光的偏振5-5.6偏振器件
E矢量在屏面内的偏振光 对ADB为e光,对CDB 为o光 no ne ∴ 该束光从光疏到光密,向靠近法向MN方向偏折; 从CDB向外偏折时,从光密到光疏,向远离法向MN方向偏折 从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时,两束出射光几乎对称地分开 1 2
光轴
石英
当自然光垂直入射时, 由晶体出射的是振动方 向相互垂直的线偏振光, 它们沿原入射方向同向 传播,但传播速度不同。
e
•O
•
d
对于方解石晶体e光比O光快。
对于石英晶体e光比O光慢。
o光和e光两者到达波片的 另一表面时,必然有相位差。
光轴
石英
设为O光超前于e光的相位,则
e
(ne no )d 2 /
*若O光和e光的相位差为: 2k
方解石
,光程差是波长的整数倍。
k d , k 1,2, 该波片称为波长片或全波片。 n0 ne *若O和e光相位差为 (2k 1) ,光程差是半波长的奇数倍。
则d
(2k 1) , k 0,1,2,称为二分之一波长片或半波片。 2(n0 ne )
• • 1.685
•
•
1.55
1.458
1.55
1.658
a、沃拉斯顿棱镜结构 光轴 方向
B A
· · · · · · · · · · · · C
D
由两块直角方解石棱镜胶合而成
光轴平行于各自表面 两棱镜 光轴相互垂直
b、沃拉斯顿棱镜原理 自然光垂直于AB面(垂直于光 轴)入射时 棱镜ADB的主截面在屏面内 棱镜CDB的主截面垂直于屏面 棱镜ADB产生的o光e光不分开
偏振知识点总结
偏振知识点总结一、偏振的基本原理光是电磁波,它具有电场和磁场的振动。
光波的传播方向和电场振动方向之间的关系决定了光的偏振状态。
根据电场振动方向的不同,光可以分为线偏振光、圆偏振光和非偏振光三种类型。
1. 线偏振光线偏振光的电场振动方向是固定的,它只在一个特定方向上做振动。
线偏振光可以通过偏振片来实现,偏振片具有选择性地吸收或透过特定方向的光的特性。
2. 圆偏振光圆偏振光的电场振动方向随光的传播方向作圆周运动。
圆偏振光可以通过一定的光学元件(如四分之一波片)来生成。
3. 非偏振光非偏振光是指光的电场振动方向在所有方向上都是均匀分布的,没有特定方向上的偏振。
这种光是大多数自然光或者在晶体中反射后得到的光的光学性质。
二、偏振的实现方法实现偏振光的方法有很多种,其中比较常见的方法包括偏振片、光栅、波片和晶体偏振器等。
1. 偏振片偏振片是最常见的偏振器件,它可以选择性地吸收或透过特定偏振方向的光。
偏振片的制作原理是利用吸收器件吸收振动方向不符合要求的光,使得透射的光只包含特定方向上的电场振动。
2. 光栅光栅是一种透明的、周期性的光学器件,它可以分解入射光束并将其沿不同角度折射。
当入射光束为非偏振光时,光栅可以使得不同偏振状态的光波振幅不同,从而实现偏振分离。
3. 波片波片是一种光学元件,通过这种元件可以改变光的偏振状态。
根据不同的设计原理和工作方式,波片可以将线偏振光转化为圆偏振光,或改变圆偏振光的偏振状态。
4. 晶体偏振器晶体偏振器是利用晶体的光学性质实现偏振的器件。
其中最为典型和常见的是斯涅耳晶体偏振器,它可以将非偏振光转换成线偏振光。
三、偏振的应用偏振光具有许多重要的应用,广泛应用于光学、通信、显示技术、生物医学等领域。
1. 3D电影在3D电影的制作和播放过程中,会使用偏振技术。
通过左右眼分别观看两路偏振光,使得影片呈现出立体效果。
2. 液晶显示屏液晶显示屏是将偏振之后的光根据液晶分子的排列状态来控制其透过的程度,从而显示不同的颜色和图像。
华中科技大学物理光学第七章-光的偏振与晶体光学基
o光和e光都是线偏光,o光的电矢量垂直 于o主平面,e光的电矢量平行于e主平面 当入射光在主截面内时,o光垂直于e光
7-3 双折射的电磁理论 一、晶体的各向异性和介电张量
晶体的各向异性
晶体对不同方向偏振的 光表现出不同的响应
O-2 Ca++ O-1 C+ O-3
晶体结构各向异性→ 极化各向异性→对光 响应的各向异性 右图:方解石的分子 结构CaCO3
——折射率椭球或光率体
7-4 一、
折 射 率 椭 球
x z nz
D o ny nx y
7-4 一、
已知k0, 用折射 率椭球 求D和相 应的折 射率
k0
n1o D1
n2 D2
7-4 一表示D的方向,r 的长度表示D光波的折射率 D与椭球面相交点的法线为E方向 从球原点o出发,做波法线矢量k0,过o做垂 直于k0的平面,即k0的法平面,该平面与椭 球的交线为一椭圆,椭圆的长短轴方向分别 为允许D的两个方向,其长度分别为这两个 D光波的折射率
∇⋅ D = 0 ∇⋅ E = 0 ∇×E = −µ0 ∂H ∂t ∇× H = ∂D ∂t D = [ε ]E
7-3 二、1、光波与光线
由于E、D方向不同,晶体中的平面波可 以写成 E E0 D = D exp[i(k ⋅ r −ωt)] 0 H H0 E0、D0、H0为振幅
7-1 三、
实际偏振片不是理想的 最大透射光强IM,最小透射光强Im,则消 光比r=Im/IM 衡量偏振器件质量的方法:同种器件取 两个,一个做起偏器,一个做检偏器, 计算其消光比r
7-2 晶体的双折射
双折射:各向 异性晶体的界 面产生两束折 射光的现象 右图为方解石 晶体的双折射 现象
电控晶体偏振控制器分析与研究
v l g -o toldcy tl C a dt e u u OP i g  ̄ n ot ec nr l r s n t t a e aP h o p S o e . s
K e wo d : olrz to o to lr plt;saeof olr to ; oi a es h r . y r s P a ai n c n r l ; a e t t p ai i n p nc r p e e i e za
维普资讯
第3 ( 期 总第 1 期) 3
光 子 技 术
电控 晶体偏振控制器分析与研 究
张 岚 ,段 高燕 , 张 晓 光 ,王 秋 国 ,杨 伯 君
( 京 邮 电大 学理 学院 ,光通信 与 光波技 术教 育部重 点实验 室 ,北京 ,10 7 ) 北 0 8 6 摘 要 :介 绍 电控 晶体 偏振控 制 器 ( C)的 内部结构 ,理论分 析 了电控 晶体 P对偏振 态的控 制作用 ,设 计并进 P c
( yL b r tr f p c l o Ke a o ao y t a mmu i t na dL g t v e h oo i ns yo d c t n, c o l f c n e oO i C nc i n ihwa eT c n lge Mii r f u a o S h o i c , ao s t E i oS e
确 的控制 电控 品体 P C。
2 理 论 分 析
我们研 究的 电控 品体偏振控制 器 ,其 内部结构如 l 所示 。它 由方位角分 别为 0 。、4 。、-5 l 。的四个 5 4。 0
波片组成 。分别在 四个波片上加 电压控制其双折 射 的人 小,可 以改变入 射光波 的相位 筹 ,从而实现无 论光纤端 口处
《晶体偏振器》课件
晶体偏振器的性能指标
偏光度
透过率
广角性能
指材料对光的偏振程度,通常用
指入射光线穿过晶体时的透过率,
指晶体偏振器对光的偏振特性在
透过率的对数表示。
一般由材料的折射率和厚度决定。
广角下的性能。
晶体偏振器的制造工艺和工作模式
晶体生长
机械加工
测量检验
通过晶体生长工艺制备高品质的光
用机器进行精细的打磨和抛光来制
圆偏振光,或者使圆偏振光或椭圆
中,可以控制光的偏振方向。
偏振光的偏振方向发生旋转。
延迟板
可改变线偏振光通过之后产生的相
位差,常用于电磁波振幅调制。
晶体偏振器的应用领域
1
通信领域
2
用于光信号的调制、解调和传输等方面。
实验检测领域
用于光学实验和光学检测中,可以筛选和控制光
的偏振方向。
3
生物医学领域
会造成波长偏移,同时对光的
存储技术的发展,晶体偏振器
束,广泛应用于通信、探测等
损耗也较大。
的应用前景非常广阔,可能成
领域。
为未来光电学领域的一个重要
分支。
晶体偏振器的使用注意事项和维护方法
1
注意事项
晶体偏振器使用时应注意环境温度、湿度和光强,避免外力和化学腐蚀。
2
维护方法
定期检查晶体表面和光学性能,如有污垢或缺陷应及时清理和维修。
应用于生物材料的化学计量学分析、无损检测和
成像等方面。
4
消费电子领域
常用于手机屏幕、3D电视和显微镜等产品中。
晶体偏振器的工作原理
晶体偏振器是一种可以控制光的偏振方向的光学元件。它的工作原理是:根据材料的晶体结构和入射光线的偏振方
晶体偏振光学
例题
• 根据图中光线双折射的情况判断晶体的正负
e Light o Light e Light
o Light
负晶体
正晶体
作业: P187: 1, 2, 3
44
102o
C
78o 780
102o
102o
2.主截面:入射界面(晶体表面)的法线与光轴形 成的平面。是与晶体相关的,与光线无关。
入射光 入射面 光轴
主截面 入射表面(界面)的法线
光轴 法线
3.主平面:晶体中的光线与光轴所形成的平面。 • o光主平面, o光:振动方向垂直于o光主平面 ,即电矢量垂直于光轴。 • e光主平面, e光电矢量平行与e光主平面。
光轴与o光波面的交点也是光轴与e光波面的交点为椭球面的一个轴另一轴与该轴垂直长度为ve光的方向不符合一般的折射定律几种特例沿光轴入射在主截面内垂直于光轴入射仅垂直于光轴o光e光波面不分开不发生双折射o光e光方向相同但速度不同波面分开发生双折射入射面垂直于主截面发生双折32作业
第六章:晶体偏振光学
6-01 双折射
D
ห้องสมุดไป่ตู้
光轴
入射表(界)面
C
A
C
A
光轴在平面ACCA内
主截面
BD
入射表面的法线也在平面ACCA内
B
C
D
D
C
B
C
A
A B
A
入射表面视图
B
方解石晶体,长为宽的3倍
D
C C
先将端面磨去一部分
D
旋转45度
C
A
B
B
然后将晶体剖开 再用加拿大树胶粘合
A
A
主截面
晶体光学元器件讲解
由两个光轴平行的石英劈和一个石英平行平面薄板组成
的索累(Soleil)补偿器可以弥补这个不足。 石英板的光轴与两劈的光轴垂直。上劈可由微调螺丝使
之平行移动,从而改变光线通过两劈的总厚度d1。对于某个
确定的d1,可以在相当宽的区域内获得相同的 值。
作 业
7,10,11,12,13
使用波片时应当知道波片所允许的两个振动方向(即两 个主轴方向)及相应波速的快慢。这通常在制作波片时已经 指出,并已标在波片边缘的框架上,波速快的那个主轴方向 叫快轴,与之垂直的主轴叫慢轴。
2. 补偿器
波片只能对振动方向相互垂直的两束光产生固定的相位 差,补偿器则能对振动方向相互垂直的二线偏振光产生可控 制的相位差。 最简单的一种补偿器叫巴俾涅补偿器,由两个方解石或 石英劈组成,其光轴相互垂直。当线偏振光射入补偿器后, 产生传播方向相同、振动方向相互垂直的 o光和 e光,且在 上劈中的 o光(或 e光),进入下劈时就成了 e光(或 o光)。
格兰—汤普森棱镜是由著名的尼科尔(Nical)棱镜改进而 成的。由两块方解石直角棱镜沿斜面相对胶合制成,两块晶 体的光轴与通光的直角面平行,且或与AB棱平行,或与AB 棱垂直。 B B D
A
D
C A
(a) 立体图
i C
(b) 顶视图
当一束自然光垂直射入棱镜时,o光和e光均无偏折地射 向胶合面,在BC面上, 入射角 i 等于棱镜底角 。 制作棱镜时,选择胶合剂(例如加拿大树胶)的折射率n介
透明单轴晶体制作。
A D
B
C
对于负单轴晶体,分开的角度近似为:
2arcsin[(none) tan ]
对于方解石棱镜, 角一般为10~ 40 。例如,当 =45 时,
晶体偏振器件
个特定倍数时,这样的晶片叫波晶片,简称波片。
波片是透明晶体制成的平行平面薄片,其光轴 与表面平行。
y
Ae
λ
线偏振光
d
Ax
Ao
光轴
当一束线偏振光垂直入射到由 单轴晶体制成的波片时,在波 片中分解成沿原方向传播但振 动方向互相垂直的o光和e光, 相应的折射率n0 、 ne。
左旋右旋
圆偏振光入射时,出射光是旋向相反的圆偏振光。
若入射的是椭圆偏振光,经 1/2 波片,出来仍是椭圆偏振 光,但是旋转的方向改变,而且椭圆的长轴转过 2 角.
3、 四分之一波片 (2m 1) / 2
(2m 1)
d
no ne 4
线偏振光经1/4波片可以获得椭圆或圆偏振光
椭圆或圆偏振光,经1/4波片可以获得线偏振光
···1 ·方解石····e · 方2解石
平行自然光垂直入射到棱镜端面,在
棱镜1内,o光、e光以不同速度沿同
一方向行进。
no (1.6584)>ne(1.4864)
o 光从棱镜1进入棱镜2时,光轴转了90 度
o光(点)变e光
光密光疏,偏离法线传播 折射角>入射角
e光(道)变o光
进入空气后,均是靠由近光法密线→传光播疏, ∴ 可得到进一步分开的二束线偏振光。
当上偏角大于某一值时,o光在胶层上的入射角小于临界角, 不发生全反射而部分地透过棱镜; 当下偏角大于某一值时,e光折射率增大与o光同时发生全反射, 没有光从棱镜射出。
优点:对可见光透明度高,能产生完善的线偏振光 缺点:不适于用于高度会聚或发散的光束,有效使用截面小, 价格昂贵
2、格兰-付科棱镜
将加拿大树胶用空气薄层代替 适用于紫外波段,能承受强光的照射,避免树胶强 烈吸收紫光的缺点。孔径角不大,透射比不高。
4.3 偏振器件
r
A
o
B
C
d
n o
n e r
设晶片厚度为d,则 o、e 光从晶 片后表面出射时的位相差为: 对应的光程差为:
光轴 线偏振光通过/4波片后将变 为线偏振光(0o或90o)、 椭圆偏振光(45o)、圆偏振 线偏振光 光(任意角度)
椭圆(圆)偏 振光
4、1/2波片:
1 晶片厚度满足:D n n d m o e 2
该晶片称为1/2波片或移相器。圆偏振光通过1/2波片后仍然是圆偏振光,但 旋向改变;线偏振光通过半波片后仍然是线偏振光,但光矢量的方向改变。
D n n d o e
2
no ned
由此可知,通过选择 d 值,可使δ为所需的定值。
3、1/4波片:
1 晶片厚度满足:D n n d m o e 4
该晶片称为1/4波片或/2移相器。1/4波片可以使线偏振光变成圆偏振光或椭 圆偏振光,反之亦然。
3、沃拉斯顿棱镜 1、沃拉斯顿棱镜结构 光轴 方向
B A
· · · · · · · · · · · · C
D
由两块直角方解石棱镜胶合而成
光轴平行于各自表面 两棱镜 光轴相互垂直
2、沃拉斯顿棱镜原理
A
· · ······ ·· ··· · β N· · · · · B
M
D
自然光垂直于AB面(垂直于光 轴)入射时
I0
1/4
检偏器
I
P
判断:旋转一周过程中,若有消光现象出现者是椭圆偏振光;否则为部 分偏振光。 原理:当椭圆偏振光任一主轴与1/4波片光轴平行时,即为一正椭圆,o、 e 光相差为/2或 3/2;经1/4波片后又产生了 /2 相差,则最后的总相差 为0或 ,成为一束平面偏振光,因而会有消光现象出现,而部分偏振光 经1/4波片后无法变为平面偏振光,故无消光现象。
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制作时使胶合剂的折射率大于并接近e光的折射率,但小于o 光折射率,并选取棱镜斜面与直角面的夹角大于o光在胶合面 上的临界角,这样o光在胶合面上将发生全反射,并被棱镜直 角面上的涂层吸收,而e光由于折射率几乎不变而无偏折地从 棱镜出射。
当入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱镜时,棱镜的 全偏振角或孔径角受到限制。孔径角约为±14º
当上偏角大于某一值时,o光在胶层上的入射角小于临界角, 不发生全反射而部分地透过棱镜; 当下偏角大于某一值时,e光折射率增大与o光同时发生全反射, 没有光从棱镜射出。
优点:对可见光透明度高,能产生完善的线偏振光 缺点:不适于用于高度会聚或发散的光束,有效使用截面小, 价格昂贵
2、格兰-付科棱镜
将加拿大树胶用空气薄层代替 适用于紫外波段,能承受强光的照射,避免树胶强 烈吸收紫光的缺点。孔径角不大,透射比不高。
用于应力仪中,以增大应力引起的光程差值,使干涉色随 内应力变化变得敏感。
对波长为的光没有影响(相位延迟2)。但是对别的波 长的光来说是有影响的。
2、 半波片
(2m 1)
d (2m 1)
no ne 2
半波片产生 奇数倍的相位延迟,线偏振光通过半波片后仍
然是线偏振光。
作用:可使线偏振光的振动面转过一个角度。
解 (1)如图所示。
(2) nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro
解得: re=52o , ro=39o 于是 =52o-39o=13o
45o• • •
o
••
•• • e
•o
•• • •e
2、洛匈棱镜
· · ··
平行自然光垂直入射棱镜,光在 第一棱镜中沿着光轴方向传播, 不产生双折射,o光、e光都以o 光速度沿同一方向行进。
负单轴晶体时,e光比o光速度快,快轴在e光光矢量方向 即光轴方向,o光光矢量方向为慢轴,正晶体正好相反。
波片产生的相位差是慢轴方向光矢量相对于快轴方向 光矢量的相位延迟量。
1、 全波片
2
no ne d 2m
(m 0, 1, 2, 3,)
厚度
d m
n0 ne
全波片产生 2整数倍的相位延迟,不改变入射光的偏振态。
第三节 晶体偏振器件
一、偏振棱镜 (一) 偏振起偏棱镜 使自然光入射晶体时,其中的一束线偏振光在偏振棱镜内 发生全反射,而只出射一束线偏振光。
格兰-汤姆逊棱镜 格兰-付科棱镜
1、格兰-汤姆逊棱镜
吸收涂层
··光·e·轴• ··
当光垂直于棱镜端面入射时, o光和e光均不发生偏折,在斜 面上的入射角等于棱镜斜面与直角面的夹角。
因为椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有了相位差/2, 经1/4波片以后,又有±/2的相位差,所以出来的就是相位差 为0或的线偏振光了.
4
——圆(o光,e光分量的振幅相等)
进入第二棱镜后,光轴转过90度,平行于图面振动的e 光在第二棱镜中变为o光,这支光在两块棱镜中速度不变, 无偏折的射出棱镜。
垂直于图面振动的 o光在第二棱镜中变为e光,石英的 ne>n0,在斜面上折射光线偏向法线,得到两束分开的振动方 向互相垂直的线偏振光。
只允许光从左方射入棱镜。
二、波片
也称相位延迟器,能使偏振光的两个互相垂 直的线偏振光之间产生一个相对的相位延迟,从 而改变光的偏振态。
左旋右旋
圆偏振光入射时,出射光是旋向相反的圆偏振光。
若入射的是椭圆偏振光,经 1/2 波片,出来仍是椭圆偏振 光,但是旋转的方向改变,而且椭圆的长轴转过 2 角.
3、 四分之一波片 (2m 1) / 2
(2m 1)
d
no ne 4
线偏振光经1/4波片可以获得椭圆或圆偏振光
椭圆或圆偏振光,经1/4波片可以获得线偏振光
两光在晶片中的速度不同,当通过厚度d的晶片后产生相应 的相位差为
2
no ne d
振幅关系
Ao Asin Ae Acos
两束振动方向互相垂直且有一定相位差的线偏振光 叠加,一般得到椭圆偏振光。
, , 3 时为圆偏振光
4
22
波片制造时通常标出快(或慢)轴,称晶体中波速快的光 矢量的方向为快轴,与之垂直的光矢量方向即为慢轴。
若入射点处线偏振光分解的o、e光同相 则出射点处仍是线偏振光: o、e光反相
若入射线偏振光的振动方向与波片快轴(或慢轴)夹角
为 ,出射线偏振光的振动方向向着快轴(或慢轴)方向
转过 。2
光轴 Ae入= Ae出入
当
时 , 转 过
4
2
A出 A入
A0出
A0入
若入射的是圆偏振光(已有/2),经1/2波片(又有 ), 出来仍是圆偏振光,但是
···1 ·方解石····e · 方2解石
平行自然光垂直入射到棱镜端面,在
棱镜1内,o光、e光以不同速度沿同
一方向行进。
no (1.6584)>ne(1.4864)
o 光从棱镜1进入棱镜2时,光轴转了90 度
o光(点)变e光
光密光疏,偏离法线传播 折射角>入射角
e光(道)变o光
进入空气后,均是靠由近光法密线→传光播疏, ∴ 可得到进一步分开的二束线偏振光。
对某个波长而言,当o、e光在晶片中的光程差为的某
个特定倍数时,这样的晶片叫波晶片,简称波片。
波片是透明晶体制成的平行平面薄片,其光轴 与表面平行。
y
Ae
λ
线偏振光
d
Ax
Ao
光轴
当一束线偏振光垂直入射到由 单轴晶体制成的波片时,在波 片中分解成沿原方向传播但振 动方向互相垂直的o光和e光, 相应的折射率n0 、 ne。
例题 图示为一渥拉斯顿棱镜的截面,它是由二块锐角均为45o 的直角方解石棱镜粘合其斜面而构成的。棱镜ABC的光轴平行 于AB,而棱镜ADC的光轴垂直于图截面。方解石对o光和e光 的折射率分别为no=1.658,ne=1.486。当自然光垂直AB入射 时,问:(1)图中哪一条是o光, 哪一条是e光? (2) =?
(二) 偏振分束棱镜 利用晶体的双折射,且光的折射角与光振动方向有关的原理, 改变振动方向互相垂直的两束线偏振光的传播方向,从而获 得两束分开的线偏振光。
偏振分束棱镜也称为双像棱镜,常用于偏振光干涉系统。一 般采用方解石或石英为材料,两半棱镜光轴取向互相垂直。
渥拉斯顿棱镜 洛匈棱镜
1、渥拉斯顿棱镜