光学课程13下chapt558位相延迟器retarder

5-8

位相延迟器（Retarder）通过偏振器，可从非偏振光产生线偏振光，那么如何产生圆偏振光或椭圆偏振光？线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光都是完全偏振光，三者之间可否相互转换？借助于位相延迟器（或称波片）三者在双折射晶体内都可分解为两个垂直振动:

e光和o光，如果在两个垂直振动之间产生位相延迟，那么通过分解与合成可使三种偏振光彼此转换。15-8-1

波片(Wave

plate)的位相延迟图示：光轴平行于表面，o光和e光的相对位相延迟o光和e光，两者沿原方向传播，但速度不同位相差。在透射光两振动分量间引入位相差，合成为椭圆偏振光2线偏振光正入射到晶体内可分解为两个垂直振动分量；通过晶体后，两个垂直振动间产生位相差，使得合成振动成为椭圆偏振光。偏振光的结构3入射光通过波片后，o光和e光间的相对位相延迟导致两个垂直振动间产生位相差

位相差

取不同值时，出射光的偏振状态：δ4

2

no

ne

do光和e光的光程差:

nod

ned位相差:注意点：波片的位相差与波长有关56定义波片的快轴：传播速度快的光的振动方向光轴方向不论正轴还是负轴晶体，只需知道波片快轴即可知道哪个振动方向的光走得快--即哪个振动的光位相超前。例如:负轴晶体，e光比o光走得快；e光振动||光轴，所以负轴晶体的光轴是快轴快轴方向快光---速度快的光振动(例：负轴晶体--e光=快光)慢光---速度慢的光振动根据位相延迟值的不同,通常有三种波片:7全波片;半波片;四分之一波片.这三种波片对特定的波长有固定的位相延迟.5-8-2

全波片(Full-wave

plate)快光和慢光的位相差：o

e

2

n

n

d

2k

(k

=整数)波片的设计厚度:k8no

ned

图示：全波片的作用；透射光的振动状态与入射光相同9位相差：

no

ne

d2

2k

1

(k

=整数)波片的设计厚度:21

2k

1

d

no

ne5-8-3

半波片(Half-wave

plate)----

1

波片|210快光比慢光超前

位相，因此入射的偏振光，通过半波片后，绕快轴转过一个对称的角度，并且旋向反向入射光透射光半波片图示：半波片的作用115-8-4

2位相差：

2

no

ne

d

2k

1

(k

=整数)41

2k

1

no

ne波片的设计厚度:

d

1波片(Quarter-wave

plate)12|413快光和慢光的位相差是

/2图示：¼

波片的作用入射光透射光可使入射线偏振光转换为正椭圆或圆偏振光同样可使入射正椭圆或圆偏振光转换为线偏振光入射光透射光椭圆偏振光其它方位椭圆偏振光直线偏振光快轴与椭圆主轴同向椭圆偏振光45o或135o直线偏振光（相对于快轴）任何方位圆偏振光正椭圆偏振光（相对于快轴）其它方位直线偏振光圆偏振光快轴与入射光振动方向成45o或135o直线偏振光直线偏振光（与入射光相同）快轴与入射光振动方向平行或垂直直线偏振光四分之一波片方位偏振光通过1/4

波片波片后偏振态的变化入射光

出射光145-8-4

可变位相延迟板入射光15透射光Babinet补偿器波片的位相延迟值是固定的，实际应用中，常需要位相延迟值可调的位相延迟板，常用的有Babinet补偿器和Soleil补偿器。(1)Babinet补偿器(Babinet

compensator)两光轴相互垂直且都平行于端面的劈形晶体斜面相接光程差:光程差可调

d1

d2

:

可变缺点：1、由于交界面为斜面，在此界面上的不同折射，会使两个垂直振动的传播方向分开，引起光束发散；2、要求入射光束很细。

nod1

ned2

nod2

ned1

no

ne

d1

d2

16（2）Soleil补偿器(Soleil

compensator)

no

ne

d1

d2

175-9

确定光波偏振状态的实验方法按偏振度划分，光波可分为：

1．自然光（非偏振光）；部分偏振光；完全偏振光（线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光）4或将线偏转换为椭偏或圆偏。18我们已经了解到：通过偏振片可从自然光和部分偏振光产生线偏振光，并可以确定一个光波是否为线偏振光；通过1

波片可将圆或椭圆偏振光转变为线偏振光，偏振片和波片结合起来可以产生所需的偏振光41反过来也可以用来检测和分析光波的偏振状态19在偏振片前放1/4波片，波片快轴沿光强极大或极小方向。转动偏振片待测单色光波垂直入射光强的极小值为零（消光）转动偏振片有消光现象光强不变圆偏振光

自然光线偏振光有消光现象无消光现象椭圆偏振光部分偏振光在偏振片前放1/4波片，转动偏振片1/4波片P201.不放波片，旋转偏振片，确定椭圆主轴取向；透光轴例:用1/4

波片和偏振片确定一束单色椭圆偏振光的状态（椭圆取向、旋向）分析步骤：快轴2.

偏振片前插入1/4波片，波片的快轴与椭圆主轴一致3.旋转偏振片，确定线偏振光的振动方向，其方向与波片的快慢轴的相对取向决定椭圆偏振光的旋向。椭圆主轴出射光应为线偏振光；X偏振片211/4波片Y5-10

偏振光的干涉----干涉色(Interferencecolors)22偏振光干涉实验两光波发生干涉的条件：（1）频率相同；位相差恒定；振动不相互垂直。一个线偏振光入射到波片（晶片）内，产生的o光和e光满足前两个条件，但是由于相互垂直而不能干涉。合成光振动的振幅:E

Eo

EeI

E

E光强:I

Eo

Eo

Ee

Ee

Eo

Ee

Ee

Eo

Io

Ieo光和e光不能直接干涉023024xyP2透射轴y(慢轴）两个垂直振动分量的光波通过偏振片P2，则透射光的振动是两个垂直振动在透射轴方向的投影分量的迭加透射轴P1x(快轴)自然光偏振光的干涉iii.

快光和慢光在第二个偏振片P2的透射轴方向上分别投影;偏振片P2

Y(慢)X(快)i.

第一个偏振片P1

产生线偏光;偏振片P1A1Oii.

线偏光在晶体内分为e光和o光（快光和慢光）;1225A

sin

A1cos

iv.

通过检偏器P2后,快光和慢光在P

上的投影分量相互叠加;偏振片P2

X(快)偏振片P1A122快

慢E

2A快=A1cos

=

A

cos2

+

A

sin

2

I

=+

2

sin

cos

A快

A慢

cos

干涉项强度：Y(慢)A慢=A1sin

P2透射方向上的两个投影分量迭加后的合振幅：慢快i

cos

A

sin

OE

A

e

E226P2Y(慢)

X(快)

P1A1O212

2

2

221

2

A

cos

cos

sin

sin

cos

A

cos

cos

sin

sin

利用三角公式：cos

cos

cos

sin

sin

cos

1

2

sin

2

2

和sin

2

2

sin

cos

2sin

22212

21

sin

2

sincos

AI

AA快=A1cos

A慢=A1sin

sin

2

22快

慢

2

sin

cos

A快

A慢

cos

I

A

cos2

A

2200227

sin

2

sin

I

cos

I

sin

220

1I

A入射线偏光的光强：

2

no

ne

d背景项(Malus定律)干涉项

22002

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2入射线偏振光的光强I028P1

||

P2：220I

sin

2

2

sinI||

I0

22

2

sin

0I

I

sin

2P1

⊥

P2：

2200

2

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2偏振光干涉强度：(亮背景)互补(暗背景)29某些波长干涉极大另一些波长干涉极小(消光)干涉强度偏色

2200

2

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2vi.

干涉色：

2

no

ne

d