南理工物理光学05-05.ppt

一、偏振器件 (一)偏振起偏棱镜 自然光入射，其中一束线偏振光发生全反射，只出射另一束偏振光 §15－5 晶体偏振器件 作用：产生偏振光或检测偏振光。 1. 尼科耳棱镜（W.Nicol） 尼科耳棱镜（W.Nicol） 68 。 71 。 90 。 77 。 光轴 加拿大树胶 材料：方解石 尼科耳棱镜（W.Nicol） 材料：方解石 加拿大树胶 O光全反射，透出的偏振光的光矢量与入射面平行—e光 68 。 71 。 90 。 77 。 尼科耳棱镜（W.Nicol） 光轴 孔径角： 缺点：1.不适用于高度会聚 2. 价格十分昂贵 优点：1.对可见光的透明度高 2.能产生完善的线偏振光 或发散的光束 加拿大树胶 2. 格兰－汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜 光垂直于棱镜端面入射时 方解石直角棱镜 胶合剂 当入射光束不是平行光或平行光非正入射时 加拿大树胶 长宽比： 孔径角： 长宽比： 孔径角： 孔径角： 甘油 长宽比： 3. 格兰－付科（Glan-foucault）棱镜 空气薄层 优点：适用于紫外波段，能承受强光照射 缺点：孔径角小，图a透射比不高 （二）偏振分束棱镜——也称为双像棱镜 改变振动方向互相垂直的两束线偏振光的传播方向， 获得两束分开的线偏振光 f f ? A B C D 1. 渥拉斯顿棱镜（Wollaston）： 利用两个正交的光轴分解光。材料：方解石，石英 2.洛匈棱镜 材料：石英 只允许光从左方射入棱镜 【思考题】画出自然光通过由玻璃棱镜和负单轴晶体棱镜组成的立方棱镜后光传播方向与偏振方向。 二、波片（ Wave plate，位相延迟器） o光和e光通过波片时的光程差与位相差： 波片的作用是： 使两个振动方向相互垂直的光产生位相延迟。 制作：用单轴透明晶体做成的平行平板，光轴与表面平行。 d是波片厚度 快轴(Fast axis)和慢轴(Slow axis) ： 快轴：称晶体中传播速度快的光矢量方向为快轴。 慢轴：称晶体中传播速度慢的光矢量方向为慢轴。 【例题1】快慢轴的判断 习题15-15 石英晶片。晶片折射率为， 光轴沿x轴方向(见图) 波片产生的相位延迟： 光轴 慢轴 快轴 当n0ne时，波片的快轴为e 矢量方向,即x轴。 波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜 则称该波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度： 若 1、?/4波片（Quarter-wave plate） 性质： 1) 线偏振光入射时，出射光为椭圆偏振光 2) 与快慢轴都成45度线偏振光入射，出射光为圆偏振光 3) 可以使圆偏振光或椭圆偏振光变成线偏振光 4) 对某一特定波长的光产生某一特定的相位变化 5) 自然光入射，出射光为自然光 O光和e光产生的光程差 称该晶片为二分之一波片。 2、?/2波片(Half-wave plate) 性质： 1）椭圆偏振（圆偏振）光入射时，出射光仍为椭圆偏振（圆偏振）光，只是旋向相反； 2）线偏振光入射时，出射光仍为线偏振光。若入射的线偏振光与快（慢）轴夹角为?，出射光的振动方向向着快（慢）轴转动了2?。 线偏振光通过半波片后光矢量的转动 ? 入射时 快（慢）轴 ? 出射时 ? 设线偏振光沿z轴方向传播通过 波片。波片为正单轴晶制作，其光轴为慢轴，沿y轴，快轴沿x轴。线偏振光振动方向与x轴成 角，如图： 入射线偏振光的两分量为： 取 ，则 设 ，则 线偏振光沿z轴方向传播通过 波片后，其两分量为： 因此，从波片出射时，线偏振光的振动方向转过 。 3、全波片(Full-wave plate) 称该晶片为全波片。 性质： 1）不改变入射光的偏振状态； 2）只能增大光程差。 几点注意 波片是对特定的波长而言； 自然光入射波片时，出射光仍然是自然光; 为改变偏振光的偏振态，入射光与波片快轴或慢轴成一定的夹角。 三、补偿器(Compensator) 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，补偿器则是能对振动方向相互垂直的二线偏振光产生可控制相位差的光学器件。 最简单的一种补偿器叫巴俾涅补偿器，它的结构如图所示，由两个方解石或石英劈组成，这两个劈的光轴相互垂直。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，并且，在上劈中的o光(或e光)，进入下劈时就成了e光(或o光)。由于劈尖顶角很小(约2°--3° )，在两个劈界面上，e光和o光可认为不分离。 在图中所示的三束光A、M、B中，光线M(d1＝d2)，从补偿器出射的振动方向相互垂直的两束光之间的相位差为零。 相应于通过两劈厚度不相等