12-3光的偏振与晶体光学基础解析

1、 全波片

2

no ne d 2m
厚度
(m 0, 1, 2, 3,)
m d 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。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)
(2m 1) d 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。 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
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
§15-3
一、偏振棱镜
晶体偏振器件
（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
方解石 光轴
吸收涂层
······
i
o
方解石
加拿大树胶 光轴
······

e
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。
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


4
,
3
2 2 ,

时为圆偏振光
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。
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。
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
当


时，转过 4 2

A出 A0出
Ae入= Ae出入 A入
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
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.
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
、
n e。
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

ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
no ne d
振幅关系
Ao A sin Ae A cos
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。
1、渥拉斯顿棱镜
· · · · ·· · · 2 · 方解石
1 方解石
e
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
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。 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

A x Ao 光轴

(2) =？
o

于是
=52o-39o=13o
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。
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。
e光(道)变o光
靠近法线传播
进入空气后,均是由光密→光疏， ∴ 可得到进一步分开的二束线偏振光。
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? 解 (2) 解得： (1)如图所示。 nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro re =52o , ro =39o 45o
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。
（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