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.pptVIP

§4.3 偏振光的产生、转换、检验与偏振器件 　 晶体光学器件的主要用途是：偏振光的产生、转换和检验。 　　偏振器件的“透光方向”、“主方向”、“快／慢轴方向”均指光波的振动方向。 4.3.1线偏振光的产生和检验 1.线偏器——只让一个振动方向光波通过的光学元件． 　 ⑴ 用途 　　 起偏器——将自然光转化为线偏振光． 　　 检偏器——检测光波的偏振状态． ⑵性能指标 　①偏振度： 　　其中：　　 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 　②消光比： 　　理想线偏器 　③光能利用率： 　④通光口径： 　　a.透射线偏振光的最大可能光束截面／直径； 　　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 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 时，获得反射Ｓ偏振光；若同时使　　　　，则获得反射Ｓ偏振光和透射Ｐ偏振光。 　②二向色性线偏器 A.人造偏振片：聚乙烯醇薄膜拉伸后，形成一条条导电长链。入射光中电矢量平行于导电长链的偏振光被吸收，电矢量垂直于导电长链的偏振光透过薄膜。 优点：面积可以很大，厚度很薄；通光孔径近乎180o ；造价低廉。 　　缺点：光能利用率低～40％；色散明显。 B.金属线栅偏振片：在玻璃表面制作微金属线栅。入射光波长远大于栅距时，电矢量平行于线栅的偏振光被线栅反射，电矢量垂直于线栅的偏振光透过线栅。 　 优点：通光孔径近乎180o；光能利用率高～50％ ；色散不明显。缺点：制造工艺难度大。 ③晶体线偏器 Ａ.Nicol棱镜（改进型）： 　　方解石晶体（nen o ），光轴平行于两端面。 输出e光；理想状态下偏振度～１；但光能利用率不高；成本高；通光面积小．仅适于对偏振度要求很高的场合． Ｂ. Glan棱镜: 　　方解石晶体，光轴同时平行于端面和斜面。输出e光。 不使用胶合剂，光谱范围210~5000nm，可以耐受100W/cm2的功率密度。 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 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 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。 　　线偏振光的检验依据是Malus定律。 　　一般方法是使用检偏器，依据 　　　　　　　　　　　　　——透射光强最大 　　　　　　　　　　　　　——透射光强最小 4.半影式检偏器 用检偏器直接检验线偏振光存在的问题: ∵① ②不同θ角时的光强不能同时观测 ∴无论以哪个现象作为判据, 判断误差都很大. 半影式检偏器采用两个主方向间夹角为 2ψ 的线偏器组成检偏器： 透过半影式检偏器左、右视场的光强分别为： 两个线偏器同时 得到相等的透过光强 (同时亮δ=0,同时暗 δ=π/2)作为判据。 即同为最亮时偏振方 向为OM方向;同为最 暗时偏振方向为垂直 OM方向。 4.3.2圆、椭圆偏振光的产生和波片 1.方法：将一束自然光转化成椭圆偏振光，原则上需要两个部骤： A.利用线偏器将自然光转化成有特定方向角的线偏振光： 应同时达到两个目的： a.保证该线偏振光的两个正交分量振幅比 b.使两个原先没有固定位相差关系的自然光线偏振分量变成两个具有固定位相差（0或π）的线偏振分量。 B.让得到的线偏振光经历一个在其x、y分量之间增加一个相位差δ的各向异性过程。获得具有指定偏振态的椭圆偏振光。 2.波片 ⑴概念 　　光轴平行于表面的单轴晶体平行平板，当光线垂直照射时， ①o光和e光都不发生传播方向的偏折，垂直穿过单轴晶体平板