南京大学光学chapt5-4.ppt

* Jianping Ding 5-8 位相延迟器（Retarder） 通过偏振器，可从非偏振光产生线偏振光，那么如何产生圆偏振光或椭圆偏振光？ 线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光都是完全偏振光，三者之间可否相互转换？ 三者在双折射晶体内都可分解为两个垂直振动: e光和o光，如果在两个垂直振动之间产生位相延迟， 那么，通过分解与合成可使三种偏振光彼此转换。 借助于位相延迟器（或称波片） 5-8-1 波片(Wave plate)的位相延迟 图示：光轴平行于表面，o光和e光的相对位相延迟 o光和e光，两者沿原方向传播，但速度不同 位相差。 透射光两振动分量间位相差，使合振动成为椭圆偏振光 线偏振光正入射到晶体内可分解为两个垂直振动分量； 偏振光传播演示 通过晶体后，两个垂直振动间产生位相差， 使得合成振动成为椭圆偏振光。 入射光通过波片后， o光和e光间的相对位相延迟导致 两个垂直振动间产生位相差 d 位相差 d 取不同值时，出射光的偏振状态： d d d d d d d d d d d o光和e光的光程差: 位相差: 注意点：波片的位相差与波长有关 定义波片的快轴：传播速度快的光的振动方向 光轴方向 不论正轴还是负轴晶体， 只需知道波片快轴即可知道 哪个振动方向的光走得快-- 即哪个振动的光位相超前。 负轴晶体 例如: e光振动||光轴，所以负轴晶体的光轴是快轴 负轴晶体，e光比o光走得快； 快轴方向 快光 --- 速度快的光振动 (例：负轴晶体 -- e光=快光) 慢光---速度慢的光振动 图示：全波片的作用；透射光的振动状态与入射光相同 5-8-3 半波片(Half-wave plate)---- 波片 位相差： ( k = 整数 ) 波片的设计厚度: 1|2 快光比慢光超前 p位相，因此入射的偏振光，通过半波片后，绕快轴转过一个对称的角度，并且旋向反向 入射光 透射光 半波片 图示：半波片的作用 5-8-4 波片(Quarter-wave plate) 位相差： (k = 整数) 波片的设计厚度: 1|4 快光和慢光的 位相差是 可使入射线偏振光转换为正椭圆或圆偏振光 图示：? 波片的作用 入射光 透射光 同样可使入射正椭圆或圆偏振光转换为线偏振光 入射光 透射光 椭圆偏振光 其它方位 椭圆偏振光 直线偏振光 快轴与椭圆主轴同向 椭圆偏振光 45o或135o直线偏振光（相对于快轴） 任何方位 圆偏振光 正椭圆偏振光（相对于快轴） 其它方位 直线偏振光 圆偏振光 快轴与入射光振动方向成45o或135o 直线偏振光 直线偏振光（与入射光相同） 快轴与入射光振动方向平行或垂直 直线偏振光 四分之一波片方位 入射光 偏振光通过 1/4 波片波片后偏振态的变化 出射光 光轴平行于表面（并且垂直于屏幕面） 光轴 5-8-4 可变位相延迟板 波片的位相延迟值是固定的，实际应用中，常需要位相延迟值可调的位相延迟板，常用的有Babinet补偿器和Soleil补偿器。 两光轴相互垂直且都平行于端面的劈形晶体斜面相接 入射光 透射光 Babinet补偿器 (1) Babinet补偿器(Babinet compensator) 光程差: : 可变 光程差可调 2、要求入射光束很细。 1、由于交界面为斜面，在此界面上的不同折射，会使两个垂直振动的传播方向分开，引起光束发散； 缺点： （2）Soleil补偿器(Soleil compensator) 5-9 确定光波偏振状态的实验方法 按偏振度划分，光波可分为： 1．自然光（非偏振光）； 2．部分偏振光； 3．完全偏振光（线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光） 我们已经了解到： 1．通过偏振片可从自然光和部分偏振光产生线偏振 光，并可以确定一个光波是否为线偏振光； 2．通过 波片可将圆或椭圆偏振光转变为线偏振光， 或将线偏转换为椭偏或圆偏。 偏振片和 波片结合起来可以产生所需的偏振光 反过来也可以用来检测和分析光波的偏振状态 在偏振片前放1/4波片，波片快轴沿光强极大或极小方向。转动偏振片 待测单色光波垂直入射 光强无变化 光强有变化 光强的极小值为零（消光） 转动偏振片 有消光现象 光强不变 自然光 圆偏振光 线偏振光 有消光现象 无消光现象 椭圆偏振光 部分偏振光 在偏振片前放1/4波片， 转动偏振片 1/4波片 P 1. 不放波片，旋转偏振片，确定椭圆主轴取向； 转动 偏振片 透光轴 例: 用1/4