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光纤激光器的偏振态变化光纤激光器是一种利用光纤作为放大介质的激光器，其波长范围广、功率大、激光质量好、激光器表现优良等特点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。
而光纤激光器的偏振态变化是光纤激光器中一个重要的研究课题。
偏振态对于光纤激光器的性能和应用有着重要的影响，因此对光纤激光器的偏振态变化进行深入的研究具有重要的意义。
一、光纤激光器的偏振态光纤激光器是一种将光纤作为激光放大介质的激光器，一般来说，光纤激光器的输出光可以是不同偏振态的。
简单来说，光的偏振是指光在空间中传播时电磁场向某一特定方向振动的性质。
偏振态是描述这个振动方向的物理量，用于描述光的偏振状态。
而光纤激光器的偏振态通常可以分为两种：线偏振和随机偏振。
其中，线偏振是指光的振动方向固定，随机偏振是指光的振动方向不固定。
在光纤激光器中，产生线偏振的原因主要是光纤的几何形状和材料的各向异性。
在光纤激光器中，如果光线偏振方向沿着长轴方向，则称为光的快轴方向；如果光的线偏振方向沿着慢轴方向，则称光的慢轴方向。
在光纤激光器中，快轴和慢轴对应的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
二、光纤激光器偏振态变化的影响因素光纤激光器的偏振态受到许多因素的影响，主要包括光纤的几何形状和材料的各向异性，以及外界环境因素等。
光纤激光器的几何形状和材料的各向异性是最主要的影响因素。
在光纤激光器中，光线偏振方向沿着长轴方向的光纤称为快轴光纤，光线偏振方向沿着短轴方向的光纤称为慢轴光纤。
而快轴光纤和慢轴光纤的折射率一般是不同的，这样导致光的快轴和慢轴传播速度也不同。
因此，光纤激光器中的偏振态主要是由于光在光纤中的快轴和慢轴传播速度不同引起的。
此外，外界环境因素也会对光纤激光器的偏振态产生影响。
例如，光纤激光器的温度、压力、应力等因素都会对光纤的几何形状和材料的各向异性产生影响，从而影响光的偏振态。
三、光纤激光器偏振态变化的研究方法目前，研究光纤激光器偏振态变化的方法主要包括理论模拟和实验验证两种。
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态变化主要涉及到两个方面：激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
1. 激光器本身的偏振特性：光纤激光器一般有两种主要的偏振状态，即线偏振和随机偏振。
线偏振激光器输出的光是具有确定的偏振方向的，通常为纵向或横向偏振。
而随机偏振激光器输出的光则是具有随机的偏振方向，没有明确的偏振特性。
2. 外界环境的影响：光纤激光器的偏振态也会受到外界环境的影响而发生变化。
例如，在通过光纤传输过程中，光纤的形变、拉伸、弯曲等因素会导致光纤中的偏振态发生变化。
外界的温度、压力、振动等因素也可能对光纤激光器的偏振态产生影响。
为了保持光纤激光器的偏振态稳定，可以采取以下措施：
- 使用偏振控制器或偏振稳定器来实现对光纤激光器输出光的偏振控制和稳定。
- 对光纤进行适当的保护和固定，减少其在环境中受到的外界影响。
- 优化光纤激光器的工作环境，例如控制温度、降低振动等。
光纤激光器的偏振态变化是一个复杂的问题，涉及到激光器本身的偏振特性和外界环境的影响。
合理的设计和控制可以减小偏振态变化，保持光纤激光器的稳定输出。
激光芯片偏振度激光芯片偏振度是指激光束中光波的偏振状况，即光波的电场在一个平面上的振动方向。
激光芯片偏振度的大小对于激光器的稳定性和性能具有重要影响。
本文将从定义、原理、应用等方面对激光芯片偏振度进行探讨。
一、定义激光芯片的偏振度是指激光束中光波的偏振特性，即光波偏振方向相对于激光传播方向的角度或者椭圆率。
偏振度可以用一个实数或者一个复数来表示，对应线偏振或者椭圆偏振情况。
通常情况下，激光芯片偏振度越小，相对应的激光器就越稳定。
二、原理激光芯片偏振度的大小与激光器内部材料的偏振特性和激光器的设计有关。
在激光器内部，存在着对称的激光振荡模式，即TE模式和TM模式。
TE模式对应于电场振动方向垂直于激光传播方向的偏振状况，而TM模式对应于电场振动方向平行于激光传播方向的偏振状况。
当TE模式和TM模式同时存在时，就会产生混合态的偏振激光。
为了控制激光芯片的偏振度，激光器的设计通常会采用各种技术手段来减小TE模式和TM模式同时存在的可能性，以实现单一偏振态的输出。
常见的技术手段包括使用偏振片、增加材料的吸收特性等。
三、应用激光芯片偏振度的控制对于激光器在科学研究、工业生产以及医学应用等领域具有重要意义。
在科学研究领域，激光器的偏振度对实验结果的重现性和精确度有着直接影响。
例如，在光学干涉测量中，如果激光器的偏振度不稳定，可能导致干涉图案的变化，影响测量结果的准确性。
在工业生产中，激光加工是一项常见的技术。
激光加工中，激光束的偏振度对于加工质量和产品精度有着重要影响。
稳定的偏振度可以提高激光加工的稳定性和一致性，从而提高产品质量。
在医学应用方面，激光器的偏振度对于激光治疗和激光诊断领域也有着重要意义。
例如，在激光眼科手术中，激光器的偏振度可以影响手术效果和术后恢复情况。
通过控制激光芯片的偏振度，可以提高手术的安全性和效果。
四、总结激光芯片偏振度是指激光束中光波的偏振特性。
通过控制激光芯片的材料和设计，可以实现稳定的偏振输出。
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q 调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac 效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications 发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne 激光放电管上加磁场。
光纤激光器的偏振态变化
光纤激光器的偏振态可以随着外界环境和工作条件的变化而发生改变。
以下是一些可能导致光纤激光器偏振态变化的情况：
1. 温度变化：光纤激光器的工作温度对其偏振态有重要影响。
温度变化会使光纤中的材料产生热应力，进而影响光的传播路径，导致偏振态变化。
2. 机械应力：光纤激光器经过长时间使用或受到外界机械应力作用时，光纤中的应力也会发生变化，进而影响光的传播方向和偏振态。
3. 激光器组件磨损：光纤激光器的组件如输出端窗口、光纤连接件等可能会因磨损而导致光的偏振态变化。
4. 外界固有偏振：当外部光传入光纤激光器时，如果其偏振与激光器原有偏振不同，可能会导致光纤激光器的偏振态发生变化。
5. 光纤激光器内部非线性效应：一些非线性光学效应如自由载波混频和拉曼散射等可能会导致光纤激光器的偏振态变化。
为了稳定光纤激光器的偏振态，可以采取一些措施，如控制工作温度，减小机械应力，定期检查和更换组件，以及使用必要的偏振控制器等。
第6节光的偏振激光课标解读课标要求素养要求1.观察光的偏振现象,知道其产生的原因,知道其在生产生活中的应用。
2.知道光是横波。
3.通过实验，了解激光的特性。
能举例说明激光技术在生产生活中的应用。
1.物理观念:通过实验,认识偏振现象,知道只有横波才有偏振现象;了解激光的特点。
2.科学态度与责任:了解偏振光和自然光的区别,能列举实例阐述激光的三个特性。
自主学习·必备知识教材研习教材原句要点一偏振现象不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为“偏振现象”①。
要点二激光1960年，美国物理学家梅曼率先在实验室中制造出了频率相同、相位差恒定、振动方向一致②的光波，这就是激光。
自主思考①（1）自然光和偏振光的主要区别是什么？（2）自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？答案：提示（1）在垂直于传播方向的平面内，自然光沿一切方向振动，偏振光沿某一特定方向振动。
（2）自然光经水面反射和折射的光都是偏振光。
②（1）利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的特点？（2）什么是激光的“纯净”性？这一性质有何作用？答案：提示（1）应用了激光平行度好的特点。
（2）“纯净”性是指频率、相位、偏振以及传播方向等性质完全相同。
利用这个特点，双缝干涉实验和衍射实验用激光比用自然光更容易完成。
可以用来传递信息。
名师点睛1.光的偏振现象说明光波属于横波。
2.太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同。
这种光是自然光。
3.光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动。
这种光叫作偏振光。
4.激光可以进行光纤通信是利用了激光纯净的特性。
互动探究·关键能力探究点一光的偏振情境探究1.夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全。
根据你所学的物理知识，能不能提出一种解决方法？答案：提示将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，这样自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中。
激光芯片偏振度激光芯片的偏振度是指激光输出的光线偏振的程度。
在激光光束中，光的振动方向不是随机的，而是具有一定的方向性。
这个方向性就称为光的偏振。
激光的偏振度越高，表明光的偏振程度越强，光束中的光线振动方向越趋于单一，对于某些特定的应用来说，高偏振度的激光是非常重要的。
激光芯片的偏振度主要可以通过两种方式来实现：一种是外界对激光光束进行固有偏振的方法，另一种是通过内部极化状态的调控来实现。
在外界固有偏振的方法中，我们可以采用一种特殊的材料或光学器件来实现。
这些材料或器件具有特定的光的传播性质，可以使光束在通过时只有特定方向的光振动通过，而其他方向的光则被滤除或吸收。
在这种情况下，激光的偏振度主要取决于所用材料或器件的性质。
通常使用的固有偏振器件包括偏振片、偏振分束器、偏振转换器等。
而在内部极化状态调控方法中，激光芯片内部集成有一些特殊结构来实现光的偏振控制。
这些结构可以通过改变材料的晶格结构、施加电场或磁场等方式来调控材料本身对光的偏振态的响应，从而实现激光的偏振控制。
这种方式的优势是不需要外部光学器件，可以更加紧凑和集成化，适用于微型激光器和集成光学芯片等应用。
然而，内部极化状态调控的方法通常需要较高的技术要求和复杂的制备过程。
无论是外界固有偏振还是内部极化状态调控，激光芯片的偏振度取决于多个因素。
首先，材料的光学特性对偏振度有很大影响。
不同材料的折射率和吸收率随光振动方向的变化程度不同，从而影响偏振度。
其次，激光芯片内部结构和电磁场分布对光的偏振态有直接影响。
例如，在腔内增益区域和出射面之间的结构会对光的偏振产生影响。
另外，在光的传播过程中受到的外界干扰，如温度变化、应力影响等也会导致偏振度的变化。
因此，激光芯片的设计和制备过程需要综合考虑这些因素，以实现所需的偏振度。
激光芯片的偏振度在不同的应用中有不同的要求。
例如，在激光惯性约束聚变和激光制导等需要高精度定向能力的应用中，要求激光具有高偏振度，以确保光束的稳定性和单一方向性。
实验一 激光器偏振，纵模，纵模分裂和模竞争实验 激光器偏振，纵模，纵模分裂和模竞争实验教学氦氖激光器系统是清华大学精密测试技术及仪器国家重点实验室和北京拓达激光器械有限责任公司联合制造的，该系统适用于高校的物理和激光实验。
通过直观地观察这些物理现象，加深学生对物理光学中的偏振，双折射以及激光原理中的频率（纵模），出光带宽，激光烧孔，模竞争效应的理解。
把枯燥的物理问题变的形象有趣。
同时，让学生了解物理光学原理是如何与激光技术结合产生新现象的。
一、 相关物理光学和激光器概念1、激光器输出光的偏振“偏振”是大多数类型的激光器输出光束的特性。
腔内有量子阱、布儒斯特窗、双折射元件等偏振机制或元件时，激光器必是线偏振输出。
即使无此类元件，由于激光束由受激辐射产生，光束中的光子都应是同偏振的，于是大多数类型激光器输出的每一个纵模（频率）也都是线偏振的。
而且相邻的两个纵模要么是正交偏振的，要么是平行偏振的。
2、晶体石英的双折射，o 光和e 光物理光学指出，晶体石英双折射使两种光成分：寻常光（ordinary light,简称o 光）和非常光（extraordinary light,简称e 光）。
寻常光和非常光具有不同的折射率，及有光程差δ。
在不考虑旋光性时，有：()2120222cos sin −⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=′′′−′′=n n n hn n eθθδ ， (1)n′=n o 式（1）中，h 是晶片厚度， n′和n″分别是o 光和e 光的折射率，和分别是晶体石英的两个主折射率（对于0.6328μm，=1.54263，=1.55169）。
o n e n o n e n θ是石英晶体的晶轴和光线之间的夹角。
这样，o 光和e 光光程差δ的大小由晶体在光路中的厚度h 和晶轴与光线之间的夹角θ所决定，我们可以通过改变h 和θ的大小来改变、控制光程差δ的大小。
我们知道，当光线方向不与晶轴垂直时，石英晶体存在旋光性（Optical activity）。
激光偏振散射法原理嘿，朋友们！今天咱来聊聊激光偏振散射法原理。
这玩意儿啊，就像是一个神奇的魔法盒子，里面藏着好多奥秘呢！你想想看，激光那可是厉害得很呐，就像一道亮光直直地冲出去。
而偏振呢，就像是给这道亮光穿上了一件特别的衣服，让它有了自己独特的“性格”。
当激光遇到散射体的时候，就好像是遇到了一群调皮的小精灵，它们会把激光这道亮光给弄得到处乱跑。
这时候，激光偏振散射法就派上用场啦！它就像是一个聪明的侦探，能从这些乱跑的亮光中发现很多线索。
比如说，它能知道这些散射体是什么样子的，有多大，分布情况又是如何。
咱可以打个比方啊，这就好比你在一个黑暗的房间里，突然有一束光照进来，然后你看到一些小灰尘在光里飘来飘去。
你通过观察这些小灰尘飘动的情况，就能大概猜到这个房间的一些情况。
激光偏振散射法不就是这样嘛！它能从那些散射的激光里解读出好多信息呢！你说神奇不神奇？这可真是太有意思啦！而且啊，这个原理在好多地方都能用得上呢。
比如说在科学研究里，科学家们用它来研究各种微小的东西，像是细胞啦、分子啦，就好像是拿着一个超级放大镜在观察世界。
在工业上呢，它也能帮忙检测产品的质量。
就好像是一个严格的质检员，不放过任何一个小瑕疵。
这可给我们的生活带来了很大的保障呢！还有啊，在医学上，它也能发挥大作用。
可以帮助医生更清楚地了解我们身体里的情况，就像是给医生开了一双“透视眼”一样。
哎呀呀，激光偏振散射法原理真的是太重要啦！它就像是一个默默无闻的英雄，在背后为我们的生活和科学进步贡献着力量。
我们可不能小瞧它呀！所以说啊，大家一定要好好了解一下这个神奇的原理。
说不定哪天，你就会发现它在你的生活中发挥了意想不到的作用呢！怎么样，是不是觉得很有趣？是不是对激光偏振散射法原理有了更深的认识啦？哈哈！。
垂直腔面发射激光器的偏振控制及两垂直腔面发射激光器（VCSEL）是一种非常重要的光学器件，在通信、计算机和生物医学等领域都有广泛的应用。
VCSEL的一个重要的特点是其发射光的偏振性，因此对VCSEL的偏振控制具有重要意义。
本文将对VCSEL的偏振控制及相关研究进行介绍，同时介绍两篇关于VCSEL偏振控制方面的研究论文。
一、VCSEL的偏振性介绍VCSEL的偏振性源于其特殊的腔结构。
VCSEL的腔结构是由两个反射镜组成的，在这两个反射镜之间充满了半导体材料。
当腔内的电流被激发并在半导体材料中游走时，会激发出产生相干发射光的激子。
这些激子会在反射镜之间来回反射，并引起VCSEL的光学增益。
由于这两个反射镜的垂直性，VCSEL的发射光具有很高的垂直偏振性。
此外，VCSEL的腔结构还使得发射光的横向偏振不稳定，通常是不确定的甚至退化为自然态。
二、VCSEL偏振控制的方法VCSEL的偏振控制是一个很有挑战性的问题，因为它需要在VCSEL的腔结构中引入新的元件或调制结构。
基于这个需求，研究者们开发了多种VCSEL偏振控制的方法。
1. 频率选择表面反馈调制法频率选择表面反馈调制法（FSR-DFB）是一种有效的VCSEL偏振控制方法。
这种方法将附加的反馈结构嵌入到VCSEL的腔结构中。
再通过对反馈结构和VCSEL的结构进行优化，可以实现对VCSEL发射光偏振的控制。
2. 格点优化调制法格点优化调制法（GOG）是一种通过调制VCSEL的外部光栅来实现偏振控制的方法。
外部光栅被设计成旋转角度不同的带有大致相等的荧光井。
通过这种方法可以得到高度稳健的VCSEL偏振控制。
3. 电流调制法电流调制法是一种通过调制VCSEL注入电流的大小和相位来实现偏振控制的方法。
通过不同的电流波形和幅值，可以实现不同的偏振控制效果。
但是，这种方法可能导致VCSEL的温度变化和噪声增强等不利影响。
三、两篇VCSEL偏振控制方面的论文介绍1. “半导体激光器中的自发电流磁场对光学生长法偏振控制的影响”该研究指出，半导体激光器中的自发电流磁场既可以减弱光学生长法的偏振控制效率, 也可以调节光学生长法偏振的方向。
高功率线偏振激光器的偏振态测试方法
高功率线偏振激光器的偏振态测试通常采用专门的光学测量设备，包括偏振分析仪和分光计。
测试方法简述如下：
首先，使用偏振片和波片组合，通过监测光强随偏振片旋转的变化曲线，判断激光是否保持良好的线偏振特性。
当光强出现最小值时，表明偏振方向与偏振片的透振方向垂直，从而确定激光的偏振方向。
进一步，利用1/4波片可以将线偏振光转换为圆偏振光或椭圆偏振光，再通过精密的偏振探测器或光谱仪测量经过变换后的偏振态参数，如椭圆率、偏振度等，以验证激光器输出的偏振纯度和稳定性。
此外，对于高功率激光，还需考虑散热和非线性效应的影响，可能需要用到耐高能的偏振元件和适当的衰减措施，以确保测试过程的安全性和准确性。
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne激光放电管上加磁场。
第6节光的偏振激光[学习目标]1．知道偏振现象，知道偏振是横波特有的性质．(难点)2．知道偏振光和自然光，知道哪些光属于偏振光．3．知道偏振现象的应用．4．了解激光的特性和应用．知识点1光的偏振1．偏振(1)偏振现象：不同的横波，即使传播方向相同，振动方向也可能是不同的，这个现象称为偏振现象．(2)偏振方向：横波的振动方向称为偏振方向．2．光的偏振(1)自然光：太阳以及日光灯、发光二极管等普通光源发出的光，包含着在垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，而且沿着各个方向振动的光波的强度都相同．这种光是自然光．(2)偏振光：光在垂直于传播方向的平面上，只沿着某个特定的方向振动．这种光叫作偏振光．3．偏振现象的应用由于水或玻璃表面的反射光的干扰，常使景象不清楚，如果在照相机镜头前装一片偏振滤光片，让它的透振方向与反射光的偏振方向垂直，就可以减弱反射光而使景象清晰．[判一判]1．(1)自然光是偏振光．()(2)立体电影利用了光的偏振原理．()(3)光的偏振表明光是一种横波．()提示：(1)×(2)√(3)√[想一想]1．通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛、月亮、反光的黑板，当以入射光线为轴转动偏振片时，看到的现象有何不同？提示：通过一块偏振片去观察电灯、蜡烛时，透射光的强弱不随偏振片的旋转而变化．因为灯光、烛光都是自然光，沿各个方向振动的光的强度相同，因此当偏振片旋转时，透射出来的光波的振动方向虽然改变了(肉眼对此不能感觉)，但光的强弱没有改变．月亮和黑板反射的光已经是偏振光，它们通过偏振片透射过来的光线的强弱会随偏振片的旋转发生周期性的变化．知识点2激光的特点及其应用1．激光是原子受激辐射产生的光，传播方向、频率、偏振、相位等性质完全相同．2．激光的特点及应用2．(1)激光可以进行光纤通信是利用了相干性好的特点．()(2)激光可用做“光刀”来切开皮肤是利用激光的相干性好．()提示：(1)√(2)×[想一想]2．利用激光测量地球到月球的距离，应用了激光哪方面的特点？提示：应用了激光平行度好的特点．1．(自然光和偏振光)关于自然光和偏振光，以下说法正确的是()A．自然光包含着垂直于传播方向上沿一切方向振动的光，但是沿各个方向振动的光波的强度可以不相同B．偏振光是在垂直于传播方向上，只沿着某一特定方向振动的光C．自然光透过一个偏振片后就成为偏振光，偏振光经过一个偏振片后又还原为自然光D．晚上月亮光是自然光解析：选 B.光源发出的光，沿着各个方向振动的光的强度都相同的光，称为自然光，沿某个特定方向振动的光称为偏振光，A错误，B正确；偏振光不能通过偏振片还原为自然光，C错误；月亮光是偏振光，D错误．2．(光的偏振)(多选)如图所示，A、B为两偏振片，一束自然光沿OO′方向射向A，此时在光屏C上，透射光的强度最大，则下列说法中正确的是()A．此时A、B的偏振方向垂直B．只有将B绕OO′轴顺时针旋转90°，屏上透射光的强度才最弱，几乎为零C．将A或B绕OO′轴旋转90°，屏上透射光的强度最弱，几乎为零D．将A沿顺时针旋转180°，屏上透射光的强度最大解析：选CD.光是横波，振动方向和传播方向垂直，要使屏上透射光强度最大，A、B的偏振方向一定要平行，故A错误；只要A、B中任意一个旋转90°，A、B的偏振方向垂直，屏上投射光的强度均达到最弱，几乎为零，故B错误，C正确；将A沿顺时针旋转180°时，两偏振片的偏振方向依然平行，透射光的强度最大，故D正确．3．(光的偏振的应用)(多选)“假奶粉事件”曾经闹得沸沸扬扬，奶粉的碳水化合物(糖)的含量是一个重要指标，可以用“旋光法”来测量糖溶液的浓度，从而鉴定糖量．偏振光通过糖水溶液后，偏振方向会相对于传播方向向左或向右旋转一个角度α，这一角度α称为“旋光度”，α的值只与糖溶液的浓度有关，将α的测量值与标度值相比较，就能确定被测样品的含糖量了，如图所示，S是自然光源，A、B是偏振片，转动B，使到达O处的光最强，最后将被测样品P置于A、B之间，则下列说法中正确的是()A．到达O处光的强度会明显减弱B．到达O处光的强度不会明显减弱C．将偏振片B转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片B转过的角度等于αD．将偏振片A转动一个角度，使得O处光强度最大，偏振片A转过的角度等于α解析：选ACD.A、B之间不放糖溶液时，自然光通过偏振片A后，变成偏振光，通过B后到O.当在A、B间放糖溶液时，由于溶液的旋光作用，使通过A的偏振光振动方向转动了一定角度，到达O处的光强会明显减弱；但当B转过一个角度，恰好使透振方向与经过糖溶液后的偏振光振动方向一致时，O处光强又为最强，故B的旋转角度即为糖溶液的旋光度；因为A、B的偏振方向一致，故转动偏振片A也可以．4．(激光)(多选)将激光束的宽度聚焦到纳米级(10－9m)范围内，可修复人体已损坏的器官，可对DNA分子进行超微型基因修复，把至今尚令人无奈的癌症、遗传疾病彻底根除，以上功能是利用了激光的()A．单色性好B．平行度好C．粒子性D．高能量解析：选BD.激光的平行度好，故可聚焦到很小的范围；激光的亮度高、能量大，故可修复器官．探究一自然光和偏振光的比较【问题导引】1．自然光和偏振光的主要区别是什么？2．自然光经水面反射的光一定是偏振光吗？提示：1.在垂直于传播方向的平面内，自然光沿所有方向振动，偏振光沿某一特定方向振动．2．经水面反射和折射的光都是偏振光．1．振动方向比较自然光在垂直于光的传播方向的平面内，沿所有方向振动；偏振光在垂直于光的传播方向的平面内，沿某一特定的方向振动．2．经过偏振片时的现象比较(1)如图甲所示，自然光通过偏振片后变成偏振光，后面的屏是明亮的，转动偏振片时，偏振光的振动方向随之变化，但屏上亮度不变．(2)如图乙、丙所示，偏振光经过偏振片时，若光的振动方向与偏振片的透振方向平行，屏是亮的；若光的振动方向与偏振片的透振方向垂直，屏是暗的；若既不平行也不垂直，屏的亮度介于两者之间，随着振动方向与透振方向的夹角变大，亮度逐渐变暗．【例1】(多选)在垂直于太阳光的传播方向上前后放置两个偏振片P和Q，在Q的后边放上光屏(图中未画出)，如图所示，则下列说法正确的是()A．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度不变B．Q不动，旋转偏振片P，屏上光的亮度时强时弱C．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度不变D．P不动，旋转偏振片Q，屏上光的亮度时强时弱[解析]P是偏振片，它的作用是把太阳光(自然光)转变为偏振光，该偏振光的振动方向与P的透振方向一致，所以当Q与P的透振方向平行时，通过Q 的光强最大；当Q与P的透振方向垂直时通过Q的光强最小，即无论旋转P或Q，屏上的光强都是时强时弱．[答案]BD[针对训练1]关于自然光和偏振光，下列观点正确的是()A．自然光能产生干涉和衍射现象，而偏振光却不能B．只有自然光透过偏振片才能获得偏振光C．自然光只能是白色光，而偏振光不能是白色光D．自然光和偏振光都能使感光底片感光解析：选 D.振动沿各个方向均匀分布的光是自然光，而振动沿着特定方向的光是偏振光，但自然光和偏振光都能发生干涉、衍射，A错误．光的偏振现象并不罕见，除了从光源直接发出的光以外，我们通常看到的绝大部分光都是偏振光，B错误．光的颜色由光的频率决定，与光的振动方向无关，C错误．自然光和偏振光都具有能量，都能使感光底片感光，D正确．[针对训练2]在拍摄日落时水面下的景物时，应在照相机镜头前装一个偏振片，其目的是()A．减弱反射光，从而使景物的像清晰B．增强反射光，从而使景物的像清晰C．增强透射光，从而使景物的像清晰D．减弱透射光，从而使景物的像清晰解析：选 A.由于反射光的干扰，景物的像常常比较模糊，装偏振片的目的是减弱反射光，且透振方向与反射光的振动方向垂直，不能增强透射光．探究二激光及应用【问题导引】激光作为一种人造光源在科研、通讯、工业生产、军事科技等领域都有着广泛应用，如激光干涉仪、激光切割机、激光炮等．激光的应用如此广泛，激光到底具有哪些特性？提示：激光具有单色性好、相干性好、亮度高、平行度好等特性．1．激光的产生激光是人工产生的相干光．2．激光具有的特点(1)相干性好：所谓相干性好，是指容易产生干涉现象．普通光源发出的光(即使是所谓的单色光)频率是不一样的，而激光器发出的激光的频率几乎是单一的，并且满足其他的相干条件．所以，现在我们做双缝干涉实验时，无须在双缝前放一个单缝，而是用激光直接照射双缝，就能得到既明亮又清晰的干涉条纹．利用相干光易于调制的特点传输信息，所能传递的信息密度极高，一条细细的激光束通过光缆可以同时传送一百亿路电话和一千万套电视，全国人民同时通话还用不完它的通讯容量．(2)平行度好：与普通光相比，传播相同距离的激光束的扩散程度小，光线仍能保持很大的强度，保持它的高能量，利用这一点可以精确测距．现在利用激光测量地月距离精确度已达到1 m.(3)亮度高：它可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量．如果把强大的激光束会聚起来，可使物体被照部分在千分之一秒的时间内产生几千万度的高温．(4)单色性好：激光的频率范围极窄，颜色几乎是完全一致的．【例2】关于激光的应用问题，下列说法中正确的是()A．光纤通信是应用激光平行度非常好的特点对信号进行调制，使其在光导纤维中传递信息的B．计算机内的“磁头”读出光盘上记录的信息是应用激光有相干性的特点C．医学中用激光作“光刀”来切除肿瘤是应用了激光亮度高的特点D．“激光测距雷达”利用激光测量很远目标的距离是应用了激光亮度高的特点[解析]由激光的特点及应用可知光纤通信主要利用了激光的相干性，A错误；计算机内的“磁头”读出光盘上的信息主要应用了激光的平行度好，B错误；医疗中的激光“光刀”利用了激光的亮度高的特点，C正确；激光测距利用的是激光方向性好的特点，D错误．[答案] C[针对训练3](多选)关于激光与自然光，下列说法正确的是()A．激光的频率单一，而自然光含有各种频率的光，所以激光的相干性好B．自然光是由物质的原子发射出来的，而激光是人工产生的，所以激光不是由物质的原子发射出来的C．激光和自然光都具有相同的本质，它们都是由原子的跃迁产生的D．相干性好是激光与普通光的根本区别解析：选ACD.激光的频率单一，相干性很好，自然光中含有各种频率的光，故A、D正确；激光和自然光都是由原子的跃迁产生的，故B错误，C正确．(建议用时：30分钟)[基础巩固练]1．如图所示，让太阳光通过M上的小孔S后照射到M右方的一偏振片P 上，P的右侧再放一光屏Q，现使P绕着平行于光传播方向的轴匀速转动一周，则关于光屏Q上的亮度变化情况，下列说法中正确的是()A．只有当偏振片转到某一适当位置时光屏被照亮，其他位置时光屏上无亮光B．光屏上亮、暗交替变化C．光屏上亮度不变D．光屏上只有一条亮线随偏振片转动而转动解析：选 C.因为太阳光为自然光，自然光沿各个方向振动的光的强度都相同，故光屏Q上的亮度不变，故C正确．2．(多选)激光技术是在1958年发明的．激光被誉为神奇的光．关于激光的应用，下列说法中正确的是()A．激光用来控制核聚变，是因为它的平行度好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度B．由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息C．用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光在大气中传播不受大气的影响D．能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光通过地球大气不会发生折射解析：选AB.激光用来控制核聚变，是因为它的平行度好，光源的能量就集中在很小一点上，可以在空间某个小区域内产生极高的温度，故A正确；由于激光是相干光，所以它能像无线电波那样被调制，用来传递信息，故B正确；用激光拦截导弹，摧毁卫星，是因为激光平行度好、能量高；能利用激光测量地面到月球表面的距离，是因为激光平行度好，但都会不同程度地受大气影响，故C、D错误．3．(多选)激光火箭的体积小，却可以装载更大、更重的卫星或飞船．激光由地面激光站或空间激光动力卫星提供，通过一套装置，像手电筒一样，让激光束射入火箭发动机的燃烧室，使推进剂受热而急剧膨胀，于是形成一股高温高压的燃气流，以极高的速度喷出，产生巨大的推力，把卫星或飞船送入太空．激光火箭利用了激光的()A．单色性好B．平行度好C．高能量D．相干性好解析：选BC.激光的平行度好且亮度高，可以在很小的空间和很短的时间内集中很大的能量，这样可以给火箭提供高能量，B、C正确．4．(多选)如图所示，电灯S(可视为质点)发出的光先后经过偏振片A和B，人眼在P处迎着入射光方向看不到光亮，则()A．图中a光为偏振光B．图中b光为偏振光C．以SP为轴将B转过180°后，在P处将看到光亮D．以SP为轴将B转过90°后，在P处将看到光亮解析：选BD.自然光在垂直于传播方向的平面内，沿各个方向的振动是均匀分布的，通过偏振片后，透射光是只沿着某一特定方向振动的光．从电灯直接发出的光为自然光，故A错误；它通过偏振片A后，即变为偏振光，故B正确；设通过A的光沿竖直方向振动，而偏振片B只能通过沿水平方向振动的偏振光，则P点无光亮，以SP为轴将B转过180°后，P处仍无光亮，故C错误；以SP 为轴将B转过90°后，则该偏振片将变为能通过竖直方向上振动的光的偏振片，则偏振光能通过B，即在P处有光亮，故D正确．[综合提升练]5．夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照得睁不开眼，严重影响行车安全．若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向正好与灯光的振动方向垂直，但还要能看清自己车灯发出的光所照亮的物体．假设所有的汽车前窗玻璃和前灯玻璃均按同一要求设置，如下措施中可行的是()A．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是水平的B．前窗玻璃的透振方向是竖直的，车灯玻璃的透振方向是竖直的C．前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°D．前窗玻璃和车灯玻璃的透振方向都是斜向右上45°解析：选 D.此题要求自己车灯发出的光经对面车窗反射后仍能进入自己眼中，而对面车灯发出的光不能进入自己的眼中．若前窗的透振方向竖直、车灯玻璃的透振方向水平，从车灯发出的光照射到物体上反射回的光线将不能透过窗玻璃，司机面前将是一片漆黑，A错误；若前窗玻璃与车灯玻璃透振方向均竖直，则对面车灯的光仍能照射得司机睁不开眼，B错误；若前窗玻璃的透振方向是斜向右上45°，车灯玻璃的透振方向是斜向左上45°，则车灯发出的光经物体反射后无法透射进本车窗内，却可以透射进对面车内，C错误，D正确．6．光的偏振现象说明光是横波，下列现象中不能反映光的偏振特性的是()A．一束自然光相继通过两个偏振片，以光束为轴旋转其中一个偏振片，透射光的强度发生变化B．一束自然光入射到两种介质的分界面上，当反射光线与折射光线之间的夹角恰好是90°时，反射光是偏振光C．日落时分，拍摄水面下的景物，在照相机镜头前装上偏振滤光片可以使景象更清晰D．通过手指间的缝隙观察日光灯，可以看到彩色条纹解析：选D.通过手指间的缝隙观察日光灯，看到彩色条纹是光的衍射现象．其余各项均是光的偏振现象，故D符合题意．7．(多选)如图所示，一玻璃柱体的横截面为半圆形，让太阳光或白炽灯光通过狭缝S形成细光束从空气射向柱体的O点(半圆的圆心)，产生反射光束1和透射光束2.现保持入射光不变，将半圆柱绕通过O点垂直于纸面的轴线转动，使反射光束1和透射光束2恰好垂直．在入射光线的方向上加偏振片P，偏振片与入射光线垂直，其透振方向在纸面内，这时看到的现象是()A．反射光束1消失B．透射光束2消失C．反射光束1和透射光束2都消失D．偏振片P以入射光线为轴旋转90°角，透射光束2消失解析：选AD.自然光射到界面上，当反射光与折射光垂直时，反射光和折射光的偏振方向相互垂直，且反射光的偏振方向与纸面垂直，折射光的透振方向与纸面平行，因此当在入射光线方向垂直放上透振方向在纸面内的偏振片P时，因垂直于纸面无光，反射光束1消失，A正确，B、C错误；偏振片转动90°，平行于纸面内的光消失，则透射光束2消失，D正确．8．如图所示，这是一种利用光纤温度传感器测量温度的装置，一束偏振光射入光纤，由于温度的变化，光纤的长度、芯径、折射率发生变化，从而使偏振光的振动方向发生变化，光接收器接收的光强度就会变化．设起偏振器和检偏振器透振方向相同，关于这种温度计的工作原理，正确的说法是()A．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大B．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越大C．到达检偏振器的光的振动方向变化越小，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小D．到达检偏振器的光的振动方向变化越大，光接收器所接收的光强度就会越小，表示温度变化越小解析：选B.根据题意知，温度变化越大，光通过光纤时振动方向变化越大，起偏振器和检偏振器的透振方向是相同的，光从光纤中通过时振动方向变化越大，透过检偏振器的光强度就会越小，所以光接收器接收的光强度也就会越小，故B正确．9．原子发生受激辐射时，发出的光的频率、发射方向等都跟入射光子完全一样，形成激光．激光测距仪——激光雷达(发出极短时间的激光脉冲)用来测量距离可以达到很高的精度，同时它还能测定被测目标的方位、运动速度和轨道，甚至能描述目标的形状，进行识别和自动跟踪．(1)说明激光的主要特点．(2)1969年7月，美国“阿波罗”宇宙飞船在登月科考活动中，在月球上安放了一台激光反射器，这台反射器成功地解决了用激光测量月地间距离的问题．请分析这台激光反射器用什么光学仪器好．(3)在光的干涉实验中，为什么使用激光产生的干涉现象最清晰？(4)激光束可切割物质、焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光的什么性质？解析：(1)激光的主要特点是：亮度高，单色性好，相干性好，平行度好．(2)要想利用激光测量月地间距离，需要让从地球射向月球的激光沿原路反射回来，全反射棱镜可以做到这一点．(3)激光具有单色性好的特点，易得到稳定的相干光源．(4)激光束可切割物质，焊接金属以及在硬质难溶物体上打孔，是利用了激光高能量且平行度好的特性．答案：(1)亮度高，单色性好，相干性好，平行度好(2)全反射棱镜(3)激光单色性好，相干性好(4)激光高能量且平行度好。
光偏振现象目的：1、学习产生和鉴别各种偏振光并对其进行观察和分析2、了解和掌握偏振片、1/4波片、1/2波片的作用和应用仪器：偏振光实验仪原理：一、偏振光的种类按光矢量的不同振动状态可以把光分为五种偏振态：（1）自然光（对称光）---在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，且各个方向的振幅相等。
（2）部分偏振光----在垂直于光的传播方向的平面内，光矢量的方向是任意的，有的方向光矢量的振幅较大，有的方向光矢量振幅较小。
（3）线偏振光------光矢量沿着一个固定方向振动，且振幅不变。
（4）圆偏振光------光矢量的大小和方向随时间作周期性变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内轨迹是圆（5）椭圆偏振光----光矢量的大小和方向随时间作周期性变化，且光矢量的末端在垂直于光传播方向的平面内轨迹是椭圆二、偏振光的产生（1）偏振片产生线偏振光偏振片是利用某些有机化合物晶体的“二向色性”制成的，当自然光通过这种偏振片后，光矢量垂直于偏振片透振方向的分量几乎完全被吸收，光矢量平行于透振方向的分量几乎完全通过，因此透射光基本上为线偏振光。
（偏振片只能透过某一个振动方向的光，把偏振片能够透过的振动方向称为其透振方向。
）根据这一原理还可以用偏振片来检验是否是线偏振光。
用来产生线偏振光的的偏振片叫做起偏器，用来检验线偏振光的偏振片叫做检偏器。
（2）反射和折射产生偏振根据布儒斯特定律，当自然光以n i b arctan =的入射角从空气或真空入射至折射率为n的介质表面上时，其反射光为完全的线偏振光，振动面垂直于入射面；而透射光为部分偏振光。
b i 称为布儒斯特角。
如果自然光以b i入射到一叠平行玻璃片堆上，则经过多次反射和折射，最后从玻璃片堆透射出来的光也接近于线偏振光，振动面平行于入射面。
（3）线偏振光通过各种波片后偏振态的改变如果入射线偏振光的振动方向与波片的光轴夹角为0或π/2，则任何波片对它都不起作用，即从波片出射的光仍为原来的线偏振光。
激光的偏振“偏振”是各种激光器的普遍性质，这是由激光形成的原理决定的。
激光束是由激光器内发光介质粒子的受激辐射形成的。
受激辐射有鲜明的特点：外来光子照射激光上能级粒子时，粒子辐射出一个光子并跃迁到下能级，受激辐射所产生的光子与外来光子具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
当激光器内受激辐射形成光子流时，一个模式光子流中的全部光子都具有相同的相位、相同的传播方向和相同的偏振状态。
这意味着一个激光纵模（频率）一定是偏振的。
同时，激光相邻纵模的偏振态或为平行或为垂直。
布儒斯特窗或Q调制电光晶体的使用是利用激光偏振的很好例证。
激光器“正交偏振”是指激光器两个相邻的频率具有互相垂直的偏振状态。
一对左右旋圆偏振的光也应看做正交偏振光。
一般说到“激光两正交偏振频率”时，其频差不是任意的，而是完全由激光腔长决定的。
本书研究的则是如何使激光器产生任意频差的两个正交偏振频率，以及这类激光器的结构、特性和应用。
第1章简洁而全面地介绍了激光器的一般原理。
第2章介绍历史上与正交偏振激光相关的成就，主要是塞曼双频激光器和环形激光器，而环形激光器又包括三镜激光陀螺、环形激光流量计和四频（四镜）环形激光器。
这些激光器并不都输出本书所专指的“正交偏振激光”，但它们和本书的“正交偏振激光”有一个共同的物理概念，即“激光频率分裂”现象——由一种物理效应把激光器的一个频率“分裂”成两个。
历史上这些激光器使用塞曼效应、旋光效应、磁光法拉第效应、Sagnac效应形成激光频率分裂。
从第3章起到第6章，介绍由双折射效应在驻波激光器（管）中进行激光频率分裂，形成正交偏振振荡和输出。
激光频率分裂所使用的双折射效应包括自然双折射效应、应力双折射效应、电光双折射效应等。
从1988年在Optics Communications发表第一篇文章开始，至今已发展成一个原理、器件、现象和应用系统完整的学术体系。
塞曼双频激光器的原理是在He Ne激光放电管上加磁场。
激光器加纵向磁场（磁场与光束平行），可以得到两正交圆偏振光（一个左旋，一个右旋）。
如果加横向磁场（即磁场与光束垂直），则得到两正交线偏振光。
值得指出的是：塞曼双频激光器左旋光和右旋光的频差不能大于3MHz，这就限制了它的应用范围。
频差不能大于3MHz的原因是：只有当磁场增大时频差才能增加；但磁场大到一定时，左旋光和右旋光的中心频率的间隔太大，以至于两光的增益线完全分离，两中心频率不能同时对一个腔模进行模牵引，也就无法将一个频率“牵引”成两个频率。
横向塞曼激光器输出频差比纵向塞曼激光器更小，一般在1MHz 以下。
然而在计量等领域，特别是双频激光干涉仪需要几兆赫兹、几十兆赫兹、甚至上千兆赫兹的频差。
激光器的输出频差小限制了双频激光干涉仪的测量速度。
由多普勒原理可知，频差Δν=3MHz时，测量速度的极限为900mm/s。
因而，双频激光干涉仪的理论测量速度最大只能达到900mm/s。
实际上，国内只能达到300mm/s，国外只能达到700mm/s。
为了获得大的频差，研究者和干涉仪、测振仪的制造商常将激光器的出射光分成两束，在其中一束光的光路中加入声光调制器或布拉格元件改变其频率，然后再进行合光，从而产生几十兆赫兹的频差。
也有直接使用两个纵模的。
还有用两个频率不同的稳频激光器对拍的。
这些方案都使系统变得复杂，装调增加了难度，稳定性受到影响。
为了解决这一问题，我们开始研究新的双频激光器，以期突破塞曼双频激光器的3MHz频差的限制。
开始时不可能想得到，这竟是一条不归之路。
越研究内容越广，越探索学术越深，内容越展越宽，今后还有很多事要做。
回头想想倒也明白，毕竟偏振是激光器的共性问题，而过去对它的研究太少了。
开始，在普通的驻波He Ne激光器腔内放入一片石英晶体，因为石英晶体具有双折射效应，寻常光（ordinary light，简称o光）和非寻常光（extraordinary light，简称e光）在腔内有不同的光程，这样就会使一个激光纵模分裂成两个，产生几十、几百甚至上千兆赫兹的频差输出。
之后，又对腔内加入KD*P电光晶体造成的频率分裂现象、应力双折射引起的频率分裂现象进行了专门研究，都得到正交偏振激光输出。
还将激光频率分裂技术用于Nd:YAG 激光器，获得了几吉赫兹的频差输出。
由于使用的石英晶体(包括波片)、KD*P、施加了应力的光学玻璃片等，都是利用了双折射效应。
我们称这样的双频激光器为双折射双频激光器。
这类激光器的理论基础和原理见第3章，器件结构见第4章。
研究的激光器类型包括He Ne激光器（0.6328μm和1.15μm）、LD泵浦的Nd:YAG微片激光器、半导体激光器。
在研究中发现，与塞曼双频激光器有频差上限相反，驻波He Ne双折射双频激光器的输出频差有一个下限，其频差不能小于40MHz。
这是由于模竞争引起的。
频差大约小于40MHz 时，在两个正交偏振模之间存在强烈的模竞争（耦合），从而导致其中一个模式熄灭而得不到频差。
从学术上看，在塞曼双频激光器的3MHz频差上限和双折射双频激光器的40MHz频差下限之间有一个空白，等待去填充。
从应用上讲，双折射双频激光器40MHz的频差对一些应用很合适（如激光测振仪），但对另一些应用来说又有点大。
因为这使得它的后序处理电路比较复杂。
一般认为，频差在4MHz～20MHz之间比较合适。
这样的频差既可满足双频激光干涉仪快速测量的要求，又能使后序处理电路简单易行。
但无论是塞曼双频激光器还是双折射双频激光器，都不能提供这样的频差。
经过多年的困扰，又研究成一种新原理的HeNe双频激光器——双折射 塞曼双频激光器，输出频差能在1兆赫到几百兆赫之间连续可调，覆盖了4MHz～20MHz范围内的任一频差值。
除了我们外，瑞士的S.Pajarola、法国的M.Brunel和M.Vallet等人也对半外腔结构双偏振半导体激光器进行了研究。
新的器件有新的激光物理现象，有与其他激光器不同的输出特性。
研究这些现象和输出特性，获得对正交偏振激光器全面而有深度的了解是科学的任务。
研究包括：两个正交频率的强模竞争现象、功率调谐现象、频差调谐现象、旋光性影响、光回馈现象、单频振荡正交偏振激光器腔调谐中的偏振跳变和光徊滞（法国Floch的研究）、双折射外腔回馈中的偏振跳变、非准直外腔强回馈激光强度高阶倍频与偏振跳变等。
这些现象的发生涉及He Ne激光器、半导体激光器、LD泵浦微片Nd:YAG激光器。
第5章将介绍“正交偏振激光”的这些特有的现象。
第6章将介绍应用“正交偏振激光”特有现象进行的10项应用研究。
包括：基于正交偏振光竞争的位移测量（又称为激光器纳米测尺）、基于正交偏振光回馈效应的位移测量、波片相位延迟量测量、力和质量测量（德国Holzapfel）、角度测量、重力测量、弱磁场测量等。
读者将会在阅读中感受到这些原理的精彩和应用潜力。
实际上其中一些已经在应用之中，有一些则是考虑产业化的时候了。
本书是按原理→器件→现象→应用的顺序写成的。
四块内容中，每块都包含大量的内容。
比如现象部分（第4章）就包含如下内容：强模竞争现象，中等模竞争与强模竞争之间的转换（即竞争中两个频率之一从振荡到熄灭或从熄灭到振荡的过程）；确定强模竞争的频差范围为0MHz~40MHz左右；双折射双频激光器腔调谐中出现的四种偏振态组合（o光振荡、e光不振荡，o光、e光同时振荡，o光不振荡、e光振荡，o光、e光都不振荡）；双折射双频激光器频差调谐现象；双折射 塞曼双频激光器的功率调谐、频差调谐特性；正交偏振激光回馈自混合干涉中两个频率的相互抑制，强度的转移；双折射外腔回馈引入的条纹倍频现象；石英晶体旋光性造成的频率分裂畸变等。
这样一种写作方法较符合常规思维方式。
但它是有缺陷的。
很难有机会按照科学对某一器件（如双折射 塞曼双频激光器等）的发明过程展开介绍，使读者对这一发明进程有更具体的了解。
在此，将以几个重要的发现、发明过程作为线索作以下说明。
当进行以获得双折射双频激光为目的研究时，通过频率分裂技术，使一支激光器输出了两正交线偏振光。
而实验得到的频差对石英晶体调谐角关系曲线的形状出乎预料：它不是一条单调上升的，而是具有一定“周期”特性的曲线。
特别是前两个周期，竟然没有达到1个纵模间隔就出现了回缩。
按晶体折射率椭球计算，在调谐角90°的范围内，o光和e光的折射率差是单调增加的，即只按石英晶体双折射不能解释这种畸变现象。
经过半年的反复实验，证明所得的实验曲线经得住考验之后才送往Optical Communications发表。
实验中还发现，激光的频差可以大到几百兆赫兹，但不能小于40MHz。
这又提出两个问题：第一个是为什么频差不能小于40MHz，第二个问题是怎样才能使频差小于40MHz。
研究得到的关于第一个问题的解答是：因为激光器存在强模竞争，当频差小于40MHz时，两个正交频率之一因为竞争失败而熄灭，频差自然也就消失。
40MHz 的这一强模竞争的区间远比以往人们在研究环形激光中得到的强模竞争的区间大得多。
环形激光强模竞争的区间仅是兆赫量级。
关于第二个问题，为了克服模的强竞争，获得小于40MHz的小频差，提出源于一种思想的两种方案。
该思想就是设法让o光和e光各拥有属于自己的那一部分增益原子，不再相互竞争。
两种方案的一个是空间分离o光和e光，让它们各走自己的光路，各自在自己的光路上和属于自己的那部分增益原子相互作用获得增益。
这就是本书4.6节中介绍的双双折射元件双频激光器。
在双双折射元件双频激光器中，激光腔内同时放入方解石片和石英晶体片，它们的双折射效应相差18.68倍。
方解石将腔内激光束分成偏振相互垂直，路径不重合但平行传播的两光束。
由于它们在空间分开，传播光路不重合，所以竞争消失。
同时，以兆赫兹度量的精度旋转石英晶体片精密调节o光和e光的频差。
第二种方案是把增益原子分离为两群，简单的可认为其一半属于o光，另一半属于e光，这就是4.5节中介绍的双折射 塞曼双频激光器。
在双折射 塞曼双频激光器中，既在腔内放置双折射元件产生频率分裂，获得o光和e光,又对激光器加横向磁场，把增益原子分为两群，一群放大o光，一群放大e光。
o光和e光都只从属于自己的原子群获得增益，相互之间的竞争大大减弱，都能稳定振荡。
双频激光器内的模竞争并非只有害，没有利。
正交偏振竞争位移传感激光器十分成功地利用了模竞争这一本不讨人喜欢的现象，巧妙地将模竞争之弊转化为利。
正交偏振竞争位移传感激光器也曾被称为偏振组合位移传感激光器，后来又叫纳米激光器测尺。
这里的“纳米”采用了逐步被更多人认可的定义（0.1nm~100nm属纳米的范围）。
下面介绍纳米激光器测尺的提出和研究过程。
1993年，本书作者想到一个问题：既然双折射双频激光器的频差可以从40MHz变成1个纵模间隔，就可以通过改变两个频率的差来给定两个频率进入激光器出光带宽的延迟量。
