线偏振光的产生、检验PPT课件

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c. 渥拉斯顿(Wollaston)棱镜
➢ 渥拉斯顿棱镜由两块光轴互相正交的直角三棱柱晶体光 胶而成，其工作原理是利用光轴取向不同，使光波经过 界面后，振动方向发生改变，从而使不同振动方向的光 波在空间分离。
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➢ 渥拉斯顿棱镜的偏振分束角 对于“o-e”光束，偏振角为：
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② 消光比
消光比定义为：ρ=Tx/Ty ，对于理想起偏器，有：ρ =0 ③ 光谱范围
指起偏器能适用的光波光谱范围，主要取决于工件的工
作原理和材料性质。
④ 色散
当白光通过起偏器后，透射光的传播方向甚至振动方向
都可能因波长而异。
⑤ 稳定度
反应元件是否容易因光照、湿度、温度不当和机械冲击
本节授课内容
线偏器的定义、质量指标
质量指标包括：偏振度、偏振透过率、消光比、光谱范围 、色散和稳定度等。
各种起偏器
常见起偏器包括：基于布儒斯特角入射的反射和折射式起
偏器、基于天然双折射的晶体起偏器和基于人工双折射的
人造偏振片等。
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1.线偏器的定义
只让具有一定振动方向的光波通过的光学元件称为“线偏 器”。这个振动方向称为该元件的主方向或透射方向。
θco=62.7o, θce=82.6o ，格兰-空气棱镜θco=37.1o, θce=42.3o ） 即：
s in 1n gn o s in 1n gn e
o光将在分界面处发生全反射，而e光将部分透过界面。
➢ 格兰棱镜的优点：偏振度高、制作简单、稳定性好（格 兰-空气棱镜不使用胶合剂避免了强光照射时胶合剂变质 问题）；缺点：光能利用率低、光谱范围窄。
R s s i n 2 i t c o s 2 2 B B t 9 0 o
当 nt/ni=1.5 (1.6)时，Rs 约为0.15 (0.19)，光能利用率低。 ➢ 对于严格以布儒斯特角入射的单色平面波，反射式起偏
器的偏振度等于1；当入射角偏离 θB时，反射光束中将出 现p分量，可根据最小偏振度值，计算该元件的孔径角。
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➢ 尼科耳棱镜的孔径角：当入射光向下倾斜,如图中GK方向, 异常光在AD界面入射角增大，当∠GKH>14o时, e光发生 全反射；同样, 当入射光向上倾斜,如图中IK方向,寻常光在 AD界面入射角减小,当 ∠IKH>14o时, 光不发生全反射； 所以尼科耳棱镜的极限孔径角大约为 28o.
➢ 反射式起偏器优点：偏振度高、适用光谱范围宽、装置 简单；缺点：光能利用率低，对入射角度要求高。
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② 折射式起偏器，玻璃堆
➢ 光束以布儒斯特角连续多次射向多个界面，最后的出射 光接近于线偏振光，多块平板玻璃互相平行地叠在一起 ，这种起偏器称为“折射式起偏器”、“玻璃堆”。
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对于“e-o”光束，偏振角为：
3nonetan
射出晶体后，两束光的偏振分束角为：
2 3 2 n o n eta n
为避免光波在界面发生全反射，必须满足 c
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d. 罗雄(Rochon)棱镜
➢ 罗雄棱镜左半部分晶体光轴方向与入射光束平行，不发 生双折射，光束射入右半部分后，振动方向平行于图平 面的成分仍然为o光，不发生偏折；垂直成分经历“o-e” 变化，发生偏折，从而实现偏折分束。
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➢ 当光波在平板上表面处以布儒斯特角入射时，在下表面 的入射角也必定是布儒斯特角。（简单几何关系证明）
➢ 光束每经过一次反射，将有10%左右的s分量被“反射损 耗”掉。经计算，由10块n2=1.5的玻璃平板组成的玻璃堆 在空气中使用时，偏振度才达到0.635.
➢ 与反射式起偏器相比，玻璃堆的优点：光能利用率高、 出射光束与入射光束平行；缺点：偏振度偏低、光谱范 围受到玻璃性能限制、体积偏大。
➢ 优点：偏振度高；缺点：光能利用率低、光谱范围窄、 通光面积小。
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b. 格兰(Glan)棱镜
➢ 格兰棱镜由两块方解石直角三棱柱组成，两个棱柱可以 用甘油等材料胶合（“格兰-甘油棱镜”），也可以由空 气隙隔离（“格兰-空气棱镜”）。
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➢ 格兰棱镜起偏原理：用ng 表示两棱柱间介质的折射率， 当棱角α介于o光、e光全反射角之间时（格兰-甘油棱镜
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③ 晶体起偏器 设计原理：晶体中的两束“折射光”都是纯粹的线偏振 光。设法只让其中一束光射出晶体或者使两束出射光沿 不同方向传播，都可以获得偏振度很高的线偏光。
a. 尼科耳(Nicol)棱镜
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➢ 尼科耳棱镜获得线偏振光的方法是使o光受到全反射，而 只让e光自出射面射出。
➢ 制作：通过AD并垂直于平面ABCD把晶体切割成两半， 再用加拿大树胶把它们粘合在一起。
➢ 起偏原理：当入射光方向是HK时，o光、e光各自以不同 的入射角射向棱镜与加拿大树胶的界面。 no=1.658， ne=1.52，ng=1.55，o光的入射角为77o超过了全反射临界 角69o ，于是o光在界面上发生全反射而被黑漆所吸收； 而e光不发生全反射，而部分出射。
而变质。
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3.各种起偏器
① 反射式起偏器
➢ 按照菲涅耳反射公式：
rs
sin sin
i i
t t
rp
tan tan
i i
t t
当入射光以布儒斯特角Btan1nt ni射向界面时，反射光
束中只含有s分量，透射光中同时含有s和p分量。
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➢ 根据菲涅耳公式，s分量的反射率为：
把自然光变为振动方向平行于主方向线偏光的线偏器称为 “起偏器”。
用于偏振光检验的线偏器称为“检偏器”。 起偏器和检偏器是线偏器分别用于产生、检验偏振光时的 名称，二者在具体器件上没有区别。
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2.线偏器的质量指标
① 偏振度 自然光经过实际的起偏器后通常变为部分偏振光，部分 偏振光的偏振度称为起偏器的“偏振度”。如果定义沿 主方向（y轴）振动成分的透过率为Ty ，垂直于主方向的 振动成分透过率为Tx ，则起偏器的偏振度为： P=(Ty-Tx)/(Ty+Tx) 对于理想起偏器，有： Tx =0，P=1