南理工物理光学0505课件

1、南理工物理光学0505,1,一、偏振器件,(一)偏振起偏棱镜 自然光入射，其中一束线偏振光发生全反射，只出射另一束偏振光,155 晶体偏振器件,作用：产生偏振光或检测偏振光。,1. 尼科耳棱镜（W.Nicol）,材料：方解石,南理工物理光学0505,2,尼科耳棱镜（W.Nicol） 材料：方解石,加拿大树胶,O光全反射，透出的偏振光的光矢量与入射面平行e光,南理工物理光学0505,3,尼科耳棱镜（W.Nicol）,光轴,孔径角：,缺点：1.不适用于高度会聚,2. 价格十分昂贵,优点：1.对可见光的透明度高,2.能产生完善的线偏振光,或发散的光束,加拿大树胶,南理工物理光学0505,4,2. 格

2、兰汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜,光垂直于棱镜端面入射时,方解石直角棱镜,胶合剂,南理工物理光学0505,5,当入射光束不是平行光或平行光非正入射时,加拿大树胶,长宽比：,孔径角：,长宽比：,孔径角：,孔径角：,甘油,长宽比：,南理工物理光学0505,6,3. 格兰付科（Glan-foucault）棱镜,空气薄层,优点：适用于紫外波段，能承受强光照射,缺点：孔径角小，图a透射比不高,南理工物理光学0505,7,（二）偏振分束棱镜也称为双像棱镜,改变振动方向互相垂直的两束线偏振光的传播方向， 获得两束分开的线偏振光,南理工物理光学0505,8,2.洛匈棱镜,材料：石英,只允许光从左方射

3、入棱镜,南理工物理光学0505,9,【思考题】画出自然光通过由玻璃棱镜和负单轴晶体棱镜组成的立方棱镜后光传播方向与偏振方向。,南理工物理光学0505,10,二、波片（ Wave plate，位相延迟器）,o光和e光通过波片时的光程差与位相差：,制作：用单轴透明晶体做成的平行平板，光轴与表面平行。,d是波片厚度,南理工物理光学0505,11,快轴(Fast axis)和慢轴(Slow axis) ：,快轴：称晶体中传播速度快的光矢量方向为快轴。,慢轴：称晶体中传播速度慢的光矢量方向为慢轴。,【例题1】快慢轴的判断 习题15-15 石英晶片。晶片折射率为， 光轴沿x轴方向(见图),波片产生的相位延

4、迟：,光轴,慢轴,快轴,当n0ne时，波片的快轴为e 矢量方向,即x轴。,波片最常用的材料：云母，石英，聚乙烯醇薄膜,南理工物理光学0505,12,则称该波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：,若,1、/4波片（Quarter-wave plate）,性质：,1) 线偏振光入射时，出射光为椭圆偏振光 2) 与快慢轴都成45度线偏振光入射，出射光为圆偏振光 3) 可以使圆偏振光或椭圆偏振光变成线偏振光 4) 对某一特定波长的光产生某一特定的相位变化 5) 自然光入射，出射光为自然光,南理工物理光学0505,13,O光和e光产生的光程差,称该晶片为二分之一波片。,2、/2波片(Half-wave

5、 plate),性质：,1）椭圆偏振（圆偏振）光入射时，出射光仍为椭圆偏振（圆偏振）光，只是旋向相反； 2）线偏振光入射时，出射光仍为线偏振光。若入射的线偏振光与快（慢）轴夹角为，出射光的振动方向向着快（慢）轴转动了2。,南理工物理光学0505,14,线偏振光通过半波片后光矢量的转动,南理工物理光学0505,15,设线偏振光沿z轴方向传播通过 波片。波片为正单轴晶制作，其光轴为慢轴，沿y轴，快轴沿x轴。线偏振光振动方向与x轴成 角，如图：,南理工物理光学0505,16,线偏振光沿z轴方向传播通过 波片后，其两分量为：,因此，从波片出射时，线偏振光的振动方向转过 。,南理工物理光学0505,17

6、,3、全波片(Full-wave plate),称该晶片为全波片。,性质：,1）不改变入射光的偏振状态； 2）只能增大光程差。,南理工物理光学0505,18,几点注意,波片是对特定的波长而言； 自然光入射波片时，出射光仍然是自然光; 为改变偏振光的偏振态，入射光与波片快轴或慢轴成一定的夹角。,南理工物理光学0505,19,三、补偿器(Compensator) 波片只能对振动方向相互垂直的两束光产生固定的相位差，补偿器则是能对振动方向相互垂直的二线偏振光产生可控制相位差的光学器件。,最简单的一种补偿器叫巴俾涅补偿器，它的结构如图所示，由两个方解石或石英劈组成，这两个劈的光轴相互垂直。当线偏振光射

7、入补偿器后，产生传播方向相同、振动方向相互垂直的o光和e光，并且，在上劈中的o光(或e光)，进入下劈时就成了e光(或o光)。由于劈尖顶角很小(约2-3 )，在两个劈界面上，e光和o光可认为不分离。,在图中所示的三束光A、M、B中，光线M(d1d2)，从补偿器出射的振动方向相互垂直的两束光之间的相位差为零。,南理工物理光学0505,20,相应于通过两劈厚度不相等处(dld2)的光线A和(dld2)光线B，从补偿器出射的振动方向相互垂直的两束光间，有一定的相位差。因为上劈中的e光在下劈中变为o光，它通过上、下劈的总光程为 ；上劈中的o光在下劈中变为e光，它通过上、下劈的总光程为 ，所以，从补偿器出

8、来时，这两束振动方向相互垂直的线偏振光间的相位差为:,南理工物理光学0505,21,当入射光从补偿器上方不同位置射入时，相应的 值不同， 值也就不同。或者，当上劈沿图中所示箭头方向移动时，对于同一条入射光线， 值也随上劈移动而变化，故 值也随之改变。因此，调整 值，便可得到任意的 值。,巴俾涅补偿器的缺点是：必须使用极细的入射光束，因为宽光束的不同部分会产生不同的相位差。,采用索累(Soleil)补偿器可以弥补这个不足。,南理工物理光学0505,22,索累(Soleil)补偿器是由两个光轴平行的石英劈和一个石英平行平面薄板组成的。石英板的光轴与两劈的光轴垂直。上劈可由微调螺丝使之平行移动，从而

9、改变光线通过两劈的总厚度dl。对于某个确定的dl， 可以在相当宽的区域内(如图中的AB宽度内)获得相同的值 。,显然，利用上述补偿器可以在任何波长上产生所需要的波片；可以补偿及抵消一个元件的自然双折射；可以在一个光学器件中引入一个固定的延迟偏置；或经校准定标后，可用来测量待求波片的相位延迟。,南理工物理光学0505,23,解：已知：,，,对于o光：,当入射角 时全反射：,对于e光：,【例题2】一方解石直角棱镜，光轴平行于直角棱，自然光垂直入射。要使出射光只有一种线偏振光，顶角 应取在什么范围？出射光振动方向如何？ （已知， ， ）,当光在斜边上的入射角 时，o光全反射，只有e光一种线偏振光出射。由图中可知 ， 所以顶角在 之间时，o光全反射e光透射。又因为e光在主截面内振动所以透射光的振动方向在主截面内。,南理工物理光学0505,24,【例题3】 图为巴比内补偿器示意图，取坐标和光轴如图所示。原点O位于补偿器前表面中心。该补偿器由两块楔角 的石英光楔组成。求出当细光束从坐标为x的B点穿过时，垂直于图平面和平行于图平面的两振动分量之间引入的位相差 。,解：设原点处补偿器厚度为 ，则入射光在第一块光楔内的x处传播的距离为,入射光在第二块光楔内的x处传播的距离为,南理工物理光学0505,25,