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1、一、偏振棱镜一、偏振棱镜（一）（一）偏振起偏棱镜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。发生全反射，而只出射一束线偏振光。q 格兰格兰-汤姆逊汤姆逊棱镜棱镜q 格兰格兰-付科付科棱镜棱镜15-3 15-3 晶体偏振器件晶体偏振器件1 1、格兰、格兰-汤姆逊汤姆逊棱镜棱镜当光垂直于棱镜端面入射时，当光垂直于棱镜端面入射时，o o光和光和e e光均不发生偏折，光均不发生偏折，在斜在斜面上的入射角等于棱镜斜面与直角面的夹角。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
2、制作时使胶合剂的折射率大于并接近e e光的折射率，光的折射率，但小于但小于o o光折射率，光折射率，并选取棱镜斜面与直角面的夹角大于并选取棱镜斜面与直角面的夹角大于o o光在胶合面光在胶合面上的临界角，上的临界角，这样这样o o光在胶合面上将发生全反射，并被棱镜直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，而角面上的涂层吸收，而e e光由于折射率几乎不变而无偏折地从光由于折射率几乎不变而无偏折地从棱镜出射。棱镜出射。光轴光轴光轴光轴方解石方解石方解石方解石加拿大树胶加拿大树胶o oe e吸收涂层吸收涂层i i当当上偏角大于某一值上偏角大于某一值时，时，o o光在胶层上的入射角小于临界
3、角，不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；发生全反射而部分地透过棱镜；当下偏角大于某一值当下偏角大于某一值时，时，e e光折射率增大与光折射率增大与o o光同时发生全反射，光同时发生全反射，没有光从棱镜射出。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，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。全偏
4、振角或孔径角受到限制。孔径角约为孔径角约为14142 2、格兰、格兰-付科付科棱镜棱镜将加拿大树胶用空气薄层代替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。烈吸收紫光的缺点。孔径角不大，透射比不高。（二）（二）偏振分束棱镜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，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。得两束分开的线偏振光
5、。q 渥拉斯顿棱镜渥拉斯顿棱镜q 洛匈棱镜洛匈棱镜偏振分束棱镜也称为双像棱镜，常用于偏振光干涉系统。一偏振分束棱镜也称为双像棱镜，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。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 1、渥拉斯顿棱镜、渥拉斯顿棱镜光从棱镜光从棱镜1 1进入棱镜进入棱镜2 2时，光轴转了时，光轴转了9090度度 o o光光(点点)变变e e光光 光密光密光疏，偏离法线传播光疏，偏离法线传播 折射角入射角折射角入射角 e e光光(道道)变变o o光光 靠近法线传播靠近法线传播进入空气后进入空气后,均是由光密均是由光密光疏，光疏，可得到进
6、一步分开的二束线偏振光。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，在平行自然光垂直入射到棱镜端面，在棱镜棱镜1 1内，内，o o光、光、e e光光以不同速度沿同以不同速度沿同一方向行进。一方向行进。e12方解石方解石方解石方解石 o例题例题 图示为一渥拉斯顿棱镜的截面，它是由二块锐角均为图示为一渥拉斯顿棱镜的截面，它是由二块锐角均为4545o o的直角方解石棱镜粘合其斜面而构成的。棱镜的直角方解石棱镜粘合其斜面而构成的。棱镜ABCABC的光轴平行于的光轴平行于ABAB，而棱镜而棱镜ADCADC的光轴垂直于图截面。方解石对的光轴垂直于图
7、截面。方解石对o o光和光和e e光的折射光的折射率分别为率分别为n no o=1.658,=1.658,n ne e=1.486=1.486。当自然光垂直当自然光垂直ABAB入射时，问：入射时，问：(1)(1)图中哪一条是图中哪一条是o o光光,哪一条是哪一条是e e光光?(2)?(2)=？解解 (1)(1)如图所示。如图所示。(2)(2)n no osin45sin45o o=n ne esinrsinre e n ne esin45sin45o o=n no osinrsinro o解得：解得：r re e=52=52o o,r ro o=39=39o o于是于是 =52=52o o-3
8、9-39o o=13=13o o eooe 45o2 2、洛匈棱镜、洛匈棱镜平行自然光垂直入射棱镜，光在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，第一棱镜中沿着光轴方向传播，不产生双折射，不产生双折射，o o光、光、e e光都以光都以o o光速度沿同一方向行进。光速度沿同一方向行进。进入第二棱镜后，光轴转过进入第二棱镜后，光轴转过9090度，平行于图面振动的度，平行于图面振动的e e光在第二棱镜中变为光在第二棱镜中变为o o光，这支光在两块棱镜中速度不变，光，这支光在两块棱镜中速度不变，无偏折的射出棱镜。无偏折的射出棱镜。垂直于图面振动的垂直于图面振动的 o o光在第二棱镜中变为
9、光在第二棱镜中变为e e光，石英的光，石英的n ne enn0 0，在斜面上折射光线在斜面上折射光线偏向法线偏向法线，得到两束分开的振动方，得到两束分开的振动方向互相垂直的线偏振光。向互相垂直的线偏振光。只允许光从左方射入棱镜。只允许光从左方射入棱镜。也称也称相位延迟相位延迟器，能使偏振光的两个互器，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，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。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，其光轴波片是透明晶体制成的平行平面薄片，其光轴与表面平行。与表面平行。对某个波长对某个波长 而言，当而言，当o o、e
10、 e光在晶片中的光程差为光在晶片中的光程差为 的某的某个特定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。个特定倍数时，这样的晶片叫波晶片，简称波片。二、波片二、波片ydxAAoAe 线偏振光线偏振光光轴光轴当一束线偏振光垂直入射到由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片中分解成沿原方向传播但振动方向互相垂直的动方向互相垂直的o o光和光和e e光，光，相应的折射率相应的折射率n n0 0 、n ne e。两光在晶片中的速度不同，当通过厚度两光在晶片中的速度不同，当通过厚度d d的晶片后产生相应的晶片后产生相应的相位差为的相位差为时为
11、圆偏振光时为圆偏振光振幅关系振幅关系两束振动方向两束振动方向互相互相垂直垂直且有一定且有一定相位差的线偏振光相位差的线偏振光叠加叠加，一般得到一般得到椭圆偏振光椭圆偏振光。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。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，负单轴晶体时，e e光比光比o o光速度快，快轴在光速度快，快轴在e e光光矢量方向光光矢量方向即光轴方向，即光轴方向，o o光光矢量方向为慢轴，正晶体正好相反。光光矢量方向为慢轴，正晶体正好相反。波片产生的波片产生的
12、相位差相位差是是慢轴方向光矢量相对于快轴方向慢轴方向光矢量相对于快轴方向光矢量的相位延迟量。光矢量的相位延迟量。厚度厚度全波片全波片产生产生 整数倍的相位延迟，不改变入射光的偏振整数倍的相位延迟，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。色随内应力变化变得敏感。对波长为对波长为 的光没有影响（相位延迟的光没有影响（相位延迟2 2）。但是对别的波）。但是对别的波长的光来说是有影响的。长的光来说是有影响的。1 1、全波片全波片半半波片波片产生产生 奇数倍的相位延迟，线偏振光通过半波片后奇数倍的相位延
13、迟，线偏振光通过半波片后仍然是线偏振光。仍然是线偏振光。2 2、半波片半波片若入射线偏振光的振动方向与波片快轴（或慢轴）夹角为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，出射线偏振光的振动方向向着快轴（或慢轴）方向转过 。当当作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。作用：可使线偏振光的振动面转过一个角度。若入射点处若入射点处线偏振光分解的线偏振光分解的o o、e e光同相光同相则出射点处仍是则出射点处仍是线偏振光线偏振光:o o、e e光反相光反相 A0入入A0出出A入入A出出Ae入入=Ae出入出入光轴光轴若入射的是椭圆偏振光若入射的
14、是椭圆偏振光,经经 1/2 1/2 波片波片,出来仍是椭圆偏振出来仍是椭圆偏振光光,但是旋转的方向改变但是旋转的方向改变,而且椭圆的长轴转过而且椭圆的长轴转过 2 2 角角.圆偏振光入射时，出射光是旋向相反的圆偏振光。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若入射的是圆偏振光(已有已有/2/2),),经经1/21/2波片波片(又有又有 ),),出出来仍是圆偏振光来仍是圆偏振光,但是但是左旋左旋右旋右旋线偏振光线偏振光经经1/41/4波片可以波片可以获得椭圆或圆偏振光获得椭圆或圆偏振光椭圆或圆偏振光椭圆或圆偏振光,经经1/41/4波片可以获得线偏振光波片可以获得线偏振光因为
15、椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有了相位差因为椭圆或圆偏振光的两个垂直分量已经有了相位差/2,/2,经经1/41/4波片以后波片以后,又有又有/2/2的的相位差相位差,所以出来的就是相位差为所以出来的就是相位差为0 0或或 的的线偏振光了线偏振光了.3 3、四分之一波片、四分之一波片圆圆(o o光光,e e光分量的光分量的振幅相等振幅相等)椭圆椭圆线偏振光线偏振光(只有平行于光轴的分量只有平行于光轴的分量)线偏振光线偏振光(只有垂直于光轴的分量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。位相变化。同时，入射在波片上
16、的光必须是偏振光，自然光经波同时，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。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）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。矢量间引入一定的位相延迟。偏振光的鉴别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、光、圆偏振光、部分圆偏振光以及自然光、椭圆偏振光与椭圆偏振光与部分椭圆偏振光
17、、部分直线偏振光部分椭圆偏振光、部分直线偏振光？1 1、直线偏振光的鉴别、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，转动检偏镜，光强随之改变。如果最弱时完全看不到光，再转过再转过9090度，光强就最大，可确定为直线偏振光。度，光强就最大，可确定为直线偏振光。2 2、分辨圆偏振光、部分圆偏振光与自然光、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。部分圆偏振光。（1 1）若是圆偏振光，）
18、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。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。过四分之一波片。（3 3）若光是自然光，）若光是自然光，（2 2）若为部分圆偏振光，）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。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，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暗，但却不等于零。光特别亮，处
19、于其他方位时都较暗，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。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。即转动检偏镜时，所见的光强度始终不变。3 3、分辨椭圆偏振光与部分椭圆偏振光、部分直线偏振光、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。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为区别这三种
20、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。跟单独用检偏镜时看到最亮时的光振动方向一致。（1 1）若是椭圆偏振光，）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）。可用检偏镜直接检验出来（有两个消光位置）。（2 2）若是部分椭圆偏振光，）若是部分椭圆偏振光，（3 3）若是部分直线偏振光，）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。较暗，但却不等于零。将四分之一波片转过将四分之一波片转过4545度后，它应变成部分圆偏振光，度后，它应变成部分圆偏振光，检偏器转动时光强不变。检偏器转动时光强不变。