论文最后稿

陇东学院本科生毕业论文诚信声明

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作者签名：

二O一年月日

偏振光的产生及其应用

朱钊仪，郭立帅

（陇东学院电气工程学院，甘肃庆阳 745000）

摘要：随着偏振光技术的发展，其在生活中的应用也越来越广泛，该文通过对偏振光的分析，全面地介绍了偏振光的分类、产生方法及应用。在偏振光产生的介绍中，分别介绍了线偏振光、椭圆偏振光、径向偏振光的产生方法，并利用电场矢量进行了具体分析。最后介绍了偏振光在生活和研究中的应用。

关键字：光学；偏振光；双折射；应用；布儒斯特棱镜；振动

The Production and the Application of Polarized Light

ZHU Zhao-yi,GUO Li-shuai

(Electrical Engineering College,Longdong University,Qingyang 74500,Gansu)

Abstract:With the development of the polarized light’s technology,it is used in the field more and more widely.Based on the analysis of the polarized light and comprehensively introduces the classification, the generation methods and application of polarized light. In the polarized light generated introduction, this paper introduces linearly polarized light, ellipse polarized light, radial polarized light generated methods, and uses electric field vector carryig on the concrete analysis. At last, the paper introduces the polarized light the application in life and studying.

Key Words: optics;polarized light; the double refraction;application;brewster prism;vibration 1 引言

光是一定波段范围的电磁波，是由于传播方向垂直的电场和磁场交替转换的振动形成的。

我们的眼睛能够看到的称为可见光，只是电磁波中的一段很小的波长范围，即400 nm到700

nm左右。近些年来，光学的应用范围急剧扩大，其中偏振光，在物理学领域，化学和工程学

领域中，都作为主要的测量手段起到了重要的作用。偏振光应用的重要性在不断的提高，但

直到目前，偏振光的理论知识尚不够普及。实验和应用的发展，要求在理论的基础上不断改

进实验方法，提高测量精度。

2 偏振光的定义及分类

2.1偏振光的定义

在一般光源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(轴对称)，这样的光叫自然光[1]。偏振光是指光矢量的振动方向不变或具有某种规则地变化的光波。偏

振光是光矢量不均匀分布造成的。我们把这种振动方向对于传播方向的不对称性叫做偏振。

2.2 偏振光的分类

偏振光主要分为均匀偏振光和费均匀偏振光两部分。

均匀偏振光：根据光波电矢量的端点在波面内描绘的轨迹的形状，来对偏振光的种类进行划分，大致可以把偏振光分为：线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光这几种，而线偏振光和圆偏振光都可以看作是椭圆偏振光的特殊情形。

非均匀偏振光：非均匀偏振光的偏振态较为复杂，如径向偏振光，是电矢量振动方向在光束横截面上具有轴对称性 ,始终沿着径向的一种偏振光[2]。

其电场数学表达式为

()()r r e r E r E 0,=ϕ (2-1) 其中r e

为径向单位矢量。 3 偏振光的产生

3.1 将自然光转化为偏振光的方法

研究偏振光的应用之前，首先要了解它的产生，通常将自然光转化为偏振光可以用以下几种方法。

3.1.1 利用偏振片的二向色性将自然光转化为偏振光

通常而言，这种方法是最简单的方法。所谓二向色性，就是指某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过。利用偏振片获得偏振光的方法就是利用了偏振片的二向色性[3]。

3.1.2 利用反射、折射原理产生偏振光

用一块玻璃将光线以一定入射角射入玻璃，光线会被折射和反射，这样就可以获得反射偏振光和折射偏振光。其中反射光为部分偏振光，形成偏振光的特点是：垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。折射光也为部分偏振光，特点是：平行于入射面的光大于垂直于入射面的光。

3.1.3 利用晶体双折射产生偏振光

这是通过晶体特性以及双折射的原理产生偏振光的方法。就以方解石晶体为例，当光束通过晶体时会发生双折射现象，产生寻常光和非寻常光。其中寻常光是符合折射定律的光线，非寻常光则不符合折射定律。通过实验证明，寻常光线和非常光线都是偏振光。

3.2 其它方法

因为在科学研究中和日常生活中仍然有许多其它方法可以产生偏振光。在此，具体针对椭圆偏振光和径向偏振光的产生方法做出具体分析。

3.2.1 椭圆偏振光的产生

椭圆偏振光是两列频率相同 ,振动方向互相垂直 ,且沿同一方向传播的线偏振光的合成。其电矢量的端点在波y 面内描绘的轨迹为一椭圆。要获得一般的椭圆偏振光,只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波芯片。起偏器将自然光变为线偏振光 ,波芯片将线偏振光分解寻常光和非常光 ,由于它们在晶体内的传播速度不同 ,产生了一定的位相差δ,射出芯片之后 ,寻常光和非常光合成在一起便得到椭圆偏振光。把射出芯片的两个分量写成：

t A E x x ωcos = (3-1)

()δω+=t A E y y cos (3-2)

由(3-1)式有

()δωδωsin sin -sin =+t A E t A E y

y x x (3-3) ()0cos -cos =+t A E t A E Y

y x x ωδω (3-4) 由(3-1和3-2)式可得： δδ2x x sin cos A E 2-=+y

y y y x x A E A E A E (3-5) 可知，这是一个椭圆方程,所以运用这种合成的方法可以得到椭圆偏振光，

并且在更特殊的情况下可以得到圆偏振光。

3.2.2 径向偏振光的产生

（1）利用C 切钒酸钇晶体产生径向偏振光

利用高双折射C 切钒酸钇晶体产生径向偏振光的方法如下。由He-Ne 激光器出射的线偏振光经过光阑、起偏器（主轴方向为0°）和四分之一波片（主轴方向为45°）转换成圆形圆偏振光束, 再经过扩束器扩成光斑直径为14 mm 的平行光束。该平行光束经一个透镜（焦距为30 mm ）会聚并入射到一块直径为25 mm 、长度为34 mm 圆柱形C 切钒酸钇晶体内。由于晶体的