1、第三節(jié) 晶體偏振器件,一、偏振棱鏡 （一） 偏振起偏棱鏡 使自然光入射晶體時(shí)，其中的一束線(xiàn)偏振光在偏振棱鏡內(nèi)發(fā)生全反射，而只出射一束線(xiàn)偏振光。,格蘭-湯姆遜棱鏡 格蘭-付科棱鏡,1、格蘭-湯姆遜棱鏡,當(dāng)光垂直于棱鏡端面入射時(shí)， o光和e光均不發(fā)生偏折，在斜面上的入射角等于棱鏡斜面與直角面的夾角。,制作時(shí)使膠合劑的折射率大于并接近e光的折射率，但小于o光折射率，并選取棱鏡斜面與直角面的夾角大于o光在膠合面上的臨界角，這樣o光在膠合面上將發(fā)生全反射，并被棱鏡直角面上的涂層吸收，而e光由于折射率幾乎不變而無(wú)偏折地從棱鏡出射。,當(dāng)上偏角大于某一值時(shí)，o光在膠層上的入射角小于臨界角，不發(fā)生全反射而部分地

2、透過(guò)棱鏡； 當(dāng)下偏角大于某一值時(shí)，e光折射率增大與o光同時(shí)發(fā)生全反射，沒(méi)有光從棱鏡射出。,優(yōu)點(diǎn)：對(duì)可見(jiàn)光透明度高，能產(chǎn)生完善的線(xiàn)偏振光 缺點(diǎn)：不適于用于高度會(huì)聚或發(fā)散的光束，有效使用截面小，價(jià)格昂貴,當(dāng)入射光束不是平行光或平行光非正入射偏振棱鏡時(shí)，棱鏡的全偏振角或孔徑角受到限制。孔徑角約為14,2、格蘭-付科棱鏡,將加拿大樹(shù)膠用空氣薄層代替 適用于紫外波段，能承受強(qiáng)光的照射，避免樹(shù)膠強(qiáng)烈吸收紫光的缺點(diǎn)?？讖浇遣淮?，透射比不高。,（二） 偏振分束棱鏡 利用晶體的雙折射，且光的折射角與光振動(dòng)方向有關(guān)的原理，改變振動(dòng)方向互相垂直的兩束線(xiàn)偏振光的傳播方向，從而獲得兩束分開(kāi)的線(xiàn)偏振光。,渥拉斯頓棱鏡 洛

3、匈棱鏡,偏振分束棱鏡也稱(chēng)為雙像棱鏡，常用于偏振光干涉系統(tǒng)。一般采用方解石或石英為材料，兩半棱鏡光軸取向互相垂直。,1、渥拉斯頓棱鏡,光從棱鏡1進(jìn)入棱鏡2時(shí)，光軸轉(zhuǎn)了90度 o光(點(diǎn))變e光 光密光疏，偏離法線(xiàn)傳播 折射角入射角 e光(道)變o光 靠近法線(xiàn)傳播,進(jìn)入空氣后,均是由光密光疏， 可得到進(jìn)一步分開(kāi)的二束線(xiàn)偏振光。,no (1.6584)ne(1.4864),平行自然光垂直入射到棱鏡端面，在棱鏡1內(nèi)，o光、e光以不同速度沿同一方向行進(jìn)。,e,例題 圖示為一渥拉斯頓棱鏡的截面，它是由二塊銳角均為45o的直角方解石棱鏡粘合其斜面而構(gòu)成的。棱鏡ABC的光軸平行于AB，而棱鏡ADC的光軸垂直于圖

4、截面。方解石對(duì)o光和e光的折射率分別為no=1.658,ne=1.486。當(dāng)自然光垂直AB入射時(shí)，問(wèn)：(1)圖中哪一條是o光, 哪一條是e光? (2) =？,解 (1)如圖所示。 (2) nosin45o=nesinre nesin45o=nosinro 解得： re=52o , ro=39o 于是 =52o-39o=13o,2、洛匈棱鏡,平行自然光垂直入射棱鏡，光在第一棱鏡中沿著光軸方向傳播，不產(chǎn)生雙折射，o光、e光都以o光速度沿同一方向行進(jìn)。,進(jìn)入第二棱鏡后，光軸轉(zhuǎn)過(guò)90度，平行于圖面振動(dòng)的e光在第二棱鏡中變?yōu)閛光，這支光在兩塊棱鏡中速度不變，無(wú)偏折的射出棱鏡。,垂直于圖面振動(dòng)的 o光在第

5、二棱鏡中變?yōu)閑光，石英的nen0，在斜面上折射光線(xiàn)偏向法線(xiàn)，得到兩束分開(kāi)的振動(dòng)方向互相垂直的線(xiàn)偏振光。,只允許光從左方射入棱鏡。,二、波片,也稱(chēng)相位延遲器，能使偏振光的兩個(gè)互相垂直的線(xiàn)偏振光之間產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的相位延遲，從而改變光的偏振態(tài)。,波片是透明晶體制成的平行平面薄片，其光軸與表面平行。,對(duì)某個(gè)波長(zhǎng)而言，當(dāng)o、e光在晶片中的光程差為的某個(gè)特定倍數(shù)時(shí)，這樣的晶片叫波晶片，簡(jiǎn)稱(chēng)波片。,當(dāng)一束線(xiàn)偏振光垂直入射到由單軸晶體制成的波片時(shí)，在波片中分解成沿原方向傳播但振動(dòng)方向互相垂直的o光和e光，相應(yīng)的折射率n0 、 ne。,兩光在晶片中的速度不同，當(dāng)通過(guò)厚度d的晶片后產(chǎn)生相應(yīng)的相位差為,時(shí)為圓偏振光

6、,振幅關(guān)系,兩束振動(dòng)方向互相垂直且有一定相位差的線(xiàn)偏振光疊加，一般得到橢圓偏振光。,波片制造時(shí)通常標(biāo)出快（或慢）軸，稱(chēng)晶體中波速快的光矢量的方向?yàn)榭燧S，與之垂直的光矢量方向即為慢軸。,負(fù)單軸晶體時(shí)，e光比o光速度快，快軸在e光光矢量方向即光軸方向，o光光矢量方向?yàn)槁S，正晶體正好相反。,波片產(chǎn)生的相位差是慢軸方向光矢量相對(duì)于快軸方向光矢量的相位延遲量。,1、 全波片,厚度,全波片產(chǎn)生 整數(shù)倍的相位延遲，不改變?nèi)肷涔獾钠駪B(tài)。用于應(yīng)力儀中，以增大應(yīng)力引起的光程差值，使干涉色隨內(nèi)應(yīng)力變化變得敏感。,對(duì)波長(zhǎng)為的光沒(méi)有影響（相位延遲2）。但是對(duì)別的波長(zhǎng)的光來(lái)說(shuō)是有影響的。,2、 半波片,半波片產(chǎn)生 奇

7、數(shù)倍的相位延遲，線(xiàn)偏振光通過(guò)半波片后仍然是線(xiàn)偏振光。,若入射線(xiàn)偏振光的振動(dòng)方向與波片快軸（或慢軸）夾角為 ，出射線(xiàn)偏振光的振動(dòng)方向向著快軸（或慢軸）方向轉(zhuǎn)過(guò) 。,當(dāng),作用：可使線(xiàn)偏振光的振動(dòng)面轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度。,若入射點(diǎn)處線(xiàn)偏振光分解的o、e光同相 則出射點(diǎn)處仍是線(xiàn)偏振光: o、e光反相,若入射的是橢圓偏振光,經(jīng) 1/2 波片,出來(lái)仍是橢圓偏振光,但是旋轉(zhuǎn)的方向改變,而且橢圓的長(zhǎng)軸轉(zhuǎn)過(guò) 2 角.,圓偏振光入射時(shí)，出射光是旋向相反的圓偏振光。,若入射的是圓偏振光(已有/2),經(jīng)1/2波片(又有 ),出來(lái)仍是圓偏振光,但是,左旋右旋,3、 四分之一波片,線(xiàn)偏振光經(jīng)1/4波片可以獲得橢圓或圓偏振光 橢圓

8、或圓偏振光,經(jīng)1/4波片可以獲得線(xiàn)偏振光,因?yàn)闄E圓或圓偏振光的兩個(gè)垂直分量已經(jīng)有了相位差/2, 經(jīng)1/4波片以后,又有/2的相位差,所以出來(lái)的就是相位差為0或的線(xiàn)偏振光了.,圓(o光,e光分量的振幅相等),橢圓,線(xiàn)偏振光(只有平行于光軸的分量),線(xiàn)偏振光(只有垂直于光軸的分量),波片都只是對(duì)某一特定波長(zhǎng)的入射光產(chǎn)生某一確定的位相變化。,同時(shí)，入射在波片上的光必須是偏振光，自然光經(jīng)波片后的出射光仍是自然光。,為了達(dá)到改變偏振態(tài)的目的，應(yīng)該使波片的快（慢）軸與入射光矢量有一定夾角，以便在兩個(gè)互相垂直的光矢量間引入一定的位相延遲。,偏振光的鑒別,如何利用一塊檢偏器與一塊四分之一波片，鑒別直線(xiàn)偏振光、

9、圓偏振光、部分圓偏振光以及自然光、橢圓偏振光與部分橢圓偏振光、部分直線(xiàn)偏振光？,1、直線(xiàn)偏振光的鑒別,轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡，光強(qiáng)隨之改變。如果最弱時(shí)完全看不到光，再轉(zhuǎn)過(guò)90度，光強(qiáng)就最大，可確定為直線(xiàn)偏振光。,2、分辨圓偏振光、部分圓偏振光與自然光,轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡，若透射光強(qiáng)度始終不變，入射光就是自然光或圓偏振光，或由自然光與圓偏振光混合而成的部分圓偏振光。,（1）若是圓偏振光，,那么通過(guò)四分之一波片后，便成為直線(xiàn)偏振光。,要分辨這三種光，就應(yīng)在光射達(dá)檢偏鏡前，使它先通過(guò)四分之一波片。,（3）若光是自然光，,（2）若為部分圓偏振光，,則通過(guò)四分之一波片后，就變成直線(xiàn)偏振光與自然光混合而成的部分直線(xiàn)偏振光。 這時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡可發(fā)現(xiàn)，當(dāng)檢偏鏡在某一方位時(shí)，光特別亮，處于其他方位時(shí)都較暗，但卻不等于零。,則經(jīng)過(guò)四分之一波片后，就不會(huì)變成直線(xiàn)偏振光，也不會(huì)變成部分偏振光，仍為自然光。 即轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，所見(jiàn)的光強(qiáng)度始終不變。,3、分辨橢圓偏振光與部分橢圓偏振光、部分直線(xiàn)偏振光,在轉(zhuǎn)動(dòng)檢偏鏡時(shí)，均可發(fā)現(xiàn)光線(xiàn)有時(shí)亮、有時(shí)暗，即使在最暗時(shí)，透過(guò)光強(qiáng)也都不完全減弱到零。,為區(qū)別這三種光，可將一個(gè)四分之一波片插入待檢驗(yàn)的偏振光與檢偏鏡之間，并先使四分之一波片的光軸取向跟單獨(dú)用檢偏鏡時(shí)看到最亮?xí)r的光振動(dòng)方向一致。,（1）若是橢圓偏振光，,在通過(guò)四分之一波片后，它便將變成