偏振器原理及应用PPT课件

1、 偏振器原理及应用偏振器原理和应用1. 概述概述 在应用中，广泛应用的是双折射型的偏振器。因此我们重点讨论双折射型的偏振器。必须说明一下：我们这里讨论的偏振器并不能制造偏振光，而只是具有对入射光进行分解与选择的两个功能。有些激光器可以产生偏振度很高的线偏振光。 光波是横波，具有偏振特性。同一方向传播的光，其偏振态可以不同。在光学和光电子技术中经常需要和测量光的特性，改变偏振态，以及利用其偏振特性进行一些物理量的测量等。为此需要产生和检验光束偏振态的器件(偏振器)以及改变偏振态的器件(波片和补偿器等)。 获得偏振光的一般方法是：利用光的反射、折射、吸收、散射等过程的“不对称性”，把入射的自然光分

2、解为相互垂直的两线偏振光，然后选出其中之一即为所需的线偏振光。因此可根据获得偏振光的原理把偏振器分为：反射型、双折射型、吸收型和散射型等几种类型。 2. 双折射型偏振器双折射型偏振器双折射性偏振器是利用晶体的双折射特性来产生线偏振光。2.1 工作原理工作原理(具体原理在各类棱镜中讨论具体原理在各类棱镜中讨论) 光通过单轴晶体时，有下列特点：在晶体内一束光分成两束，通常两束光的传播速度不等，传播方向不同，两束光均为100的线偏振光，其光振动方向互相垂直。因此只要把晶体内的这二个正交模式空间分开，就可以利用它制成偏振器，分开的办法有两种： 1) 利用全反射角随折射率而变的原理，把二光束分开。大部分

3、双折射型偏振器都用这种办法。如格兰汤普森(Glan-Thompson)棱镜。 2) 利用晶体中折射角与关振动方向有关的原理，把二光分开。偏振分束器都是利用这种办法制成。如沃拉斯顿(Wallaston)棱镜。2.2 特性特性偏振棱镜的特性主要由下列主要参量表示1. 通光面积 偏振棱镜所用的材料一般为稀缺贵重材料，因此偏振棱镜一般的通光面积都不大，其直径约为Dia520mm。2. 孔径角 利用全反射原理制成的偏振棱镜，对于入射光束角锥角有个限制，这个角锥角的范围就是孔径角，其原因如下： 当入射光束不是平行光而是某种程度的发散光或会聚光，或者平行光不是垂直入射而是有一偏角时，设上、下入射角分别为A1

4、,A2，如下图所示。当下偏角A2大于某值时，其中O光(这里假定O光折射率大)在胶合面上的入射角将会小于临界角，致使不能发生全反射，而部分地透过棱镜。当上偏角A1大于某值时，由于E光(同样，这里假定E光的折射率小)折射率增大，E光也可能在胶合面上全反射。 对于入射光束锥角的限制范围Amin(Amin是A1和A2中较小的一个)称为偏振棱镜的有效孔径角。对于给定晶体，材料已知，则孔径角与波段、棱镜切角、以及胶合剂的折射率有关。3. 消光比 消光比指通过偏振棱镜后两正交偏振光的强度比，一般偏振棱镜的消光比为10E-410E-5。4. 抗损伤能力 由于强激光会损伤两棱镜之间的胶合面，因此偏振棱镜对入射光

5、的能量密度有限制。为提高偏振棱镜的抗损伤能力，一般把棱镜间的中间层改为空气隙。2.3 各种常见的棱镜各种常见的棱镜 制作偏振棱镜常用的晶体材料有：A-BBO，Calcite，YVO4，Quartz，MgF2等。 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 (n = 1.55)oe吸收涂层吸收涂层i1. 格兰汤普森棱镜 目前使用的偏振器多数为格兰型，因为格兰型棱镜有下面几个优点：光轴和棱镜轴垂直，这时O光和E光折射率差值最大，因而可以获得较大的视场角；在整个视场范围内，近于均匀偏振；光通过棱镜后无侧移；像散差较小。 格兰汤普森棱镜有两种：分界面为空气隙式和胶合式，前种又称为格兰

6、傅科型或简称为格兰型(我们的：GTP,GLP)；后种称为格兰汤普森型(GMP)。视场角上光线：O光(这里假定O光折射率大)在胶合分界面产生全反射的 最小入射角。如果入射角小于这个角度，则O光可以透过，造成偏振器偏振度下降。下光线：E光(这里假定E光折射率小)在胶合分界面产生了全反射的入射角度。如果入射角大于这个角度，则E光不能透过胶层，导致偏振器不能使用。2. 格兰泰勒棱镜 格兰泰勒棱镜与格兰汤姆森棱镜结构类似，只是胶合面使用的是空气隙胶合，而不是使用胶。格兰泰勒棱镜与格兰汤姆森棱镜主要应用上不同点：1.格兰泰勒棱镜由于胶层为空气，比格兰汤姆森棱镜抗激光损伤阈值高。2.由于空气的折射率为1，没

7、有色散。因此格兰泰勒棱镜可以使用的波长范围比格兰汤姆森棱镜来得小。3.一般情况下，如果胶合面没有镀膜，则格兰泰勒棱镜的透过率比格兰汤姆森棱镜来得低。4.棱镜的切角不同。两种棱镜的长度也就不同。3. 罗雄棱镜 进入分界面后，O光的方向不变，E光在分界面发生折射，两束光分开。4. 沃拉斯顿棱镜 沃拉斯顿棱镜是应用较广的一种偏振分束器，两振动方向互相垂直的线偏振光沿入射光的两侧偏遮。3. 偏振器的应用偏振器的应用 偏振器应用广泛，主要利用偏振器起偏和检偏的特性。偏振器常与多种偏振器件组合使用。 应用中，最基本的原理见下：. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转

8、的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光

9、通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化返回返回结束. . . .起偏器起偏器检偏器检偏器自然光自然光线偏振光线偏振光偏振光通过旋转的检偏器，偏振光通过旋转的检偏器， 光强发生变化光强发生变化两偏振片的偏振化方向相互垂直两偏振片的偏振化方向相互垂直 光强为零光强为零返

10、回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光自然光返回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变返回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变返回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变返回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通过旋转的检偏器，光强不变自然光通过旋转的检偏器，光强不变返回返回结束. . . .检偏器检偏器自然光自然光自然光通