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1、第三节 晶体偏振器件,一、偏振棱镜（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,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
2、；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,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14,2、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。,渥拉斯顿棱镜 洛匈棱镜,偏振分束棱
3、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。,1、渥拉斯顿棱镜,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 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。,no(1.6584)ne(1.4864),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。,e,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
4、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?(2)=？,解(1)如图所示。(2)nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro解得：re=52o,ro=39o于是=52o-39o=13o,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nen0，在斜面上折射
5、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。,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。,波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行。,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。,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、ne。,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,时为圆偏振光,振幅关系,两束振动方向互相垂直且有一定相位差的线
6、偏振光叠加，一般得到椭圆偏振光。,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。,1、全波片,厚度,全波片产生 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,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。,
7、若入射线偏振光的振动方向与波片快轴（或慢轴）夹角为，出射线偏振光的振动方向向着快轴（或慢轴）方向转过。,当,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.,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,3、四分之一波片,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,因为椭圆或圆偏振光的两个垂
8、直分量已经有了相位差/2,经1/4波片以后,又有/2的相位差,所以出来的就是相位差为0或的线偏振光了.,圆(o光,e光分量的振幅相等),椭圆,线偏振光(只有平行于光轴的分量),线偏振光(只有垂直于光轴的分量),波片都只是对某一特定波长的入射光产生某一确定的位相变化。,同时，入射在波片上的光必须是偏振光，自然光经波片后的出射光仍是自然光。,为了达到改变偏振态的目的，应该使波片的快（慢）轴与入射光矢量有一定夹角，以便在两个互相垂直的光矢量间引入一定的位相延迟。,偏振光的鉴别,如何利用一块检偏器与一块四分之一波片，鉴别直线偏振光、圆偏振光、部分圆偏振光以及自然光、椭圆偏振光与部分椭圆偏振光、部分直线
9、偏振光？,1、直线偏振光的鉴别,转动检偏镜，光强随之改变。如果最弱时完全看不到光，再转过90度，光强就最大，可确定为直线偏振光。,2、分辨圆偏振光、部分圆偏振光与自然光,转动检偏镜，若透射光强度始终不变，入射光就是自然光或圆偏振光，或由自然光与圆偏振光混合而成的部分圆偏振光。,（1）若是圆偏振光，,那么通过四分之一波片后，便成为直线偏振光。,要分辨这三种光，就应在光射达检偏镜前，使它先通过四分之一波片。,（3）若光是自然光，,（2）若为部分圆偏振光，,则通过四分之一波片后，就变成直线偏振光与自然光混合而成的部分直线偏振光。这时转动检偏镜可发现，当检偏镜在某一方位时，光特别亮，处于其他方位时都较
10、暗，但却不等于零。,则经过四分之一波片后，就不会变成直线偏振光，也不会变成部分偏振光，仍为自然光。即转动检偏镜时，所见的光强度始终不变。,3、分辨椭圆偏振光与部分椭圆偏振光、部分直线偏振光,在转动检偏镜时，均可发现光线有时亮、有时暗，即使在最暗时，透过光强也都不完全减弱到零。,为区别这三种光，可将一个四分之一波片插入待检验的偏振光与检偏镜之间，并先使四分之一波片的光轴取向跟单独用检偏镜时看到最亮时的光振动方向一致。,（1）若是椭圆偏振光，,在通过四分之一波片后，它便将变成直线偏振光，因此可用检偏镜直接检验出来（有两个消光位置）。,（2）若是部分椭圆偏振光，,（3）若是部分直线偏振光，,则通过四分之一波片后，将会变成部分直线偏振光。在转动检偏器时，在某一方位，光特别亮，处于其他方位时都较暗，但却不等于零。,将四分之一波片转过45度后，它应变成部分圆偏振光，检偏器转动时光强不变。,
