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《延迟器与光偏振态关系的图解分析法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第28卷第4期曲阜师范大学学报Vol.28No.42002年10月JournalofQufuNormalUniversityOct.2002*延迟器与光偏振态关系的图解分析法¹º宋连科,迟艳玲(第一作者:男,41岁,教授;¹曲阜师范大学激光研究所,273165,山东省曲阜市;º烟台教育学院物理系,264000,山东省烟台市)摘要:用图解方式对光通过单一延迟器或复合延迟器后的合成偏光状态情况进行了分析,直观地说明了入射光方位、延迟相位、延迟器方位角、合成光方位角和椭圆率以及合成光旋转方向之间的相互关系.关键词:延迟器;
2、延迟相位;偏振态;方位角;图解中图分类号:O436.3文献标识码:A文章编号:1001_5337(2002)04_0069_04近年来,偏振光不仅在物理学领域,而且在化学和工程技术领域中作为主要测量手段起到了重要作[1~2]用,以结构应力分析为中心的光弹性学和材料无损探伤技术一直应用于实际工作中;利用偏振光作为研究物质的入射光,通过收集分析反射光所携带的大量信息,可以研究物质的表面状态;同样,作为物化法研究物质结构和性质的一种实用手段,通过对透射光的分析,我们可以推断物质内部分子的排列和趋向;借用此方法,也完全可以对
3、生物组织进行分析研究,它是组织光学中潜在价值极高的研究方法;偏光技术现已作为CD唱盘等高密度载体信息的读出及检索手段,已进入了实用化阶段;偏光技术在光纤通信技术中也已得到广泛应用.所有这些应用无不涉及到偏振光状态变换及检测问题,而这些变换需要各种形式的相位延迟器[3~4]的作用,正确分析它们间的相互作应关系,是实际应用的基础.光相位延迟器对光偏振态的作应,可以采用数学方式或图解方式对其加以分析.图解方式尽管复杂,但很直观,便于理解,对于了解掌握光学系统各部分偏光状态情况是一个很大的帮助,有利于指导光学系统调试工作.下
4、面,我们采用图解方式对线偏光通过单一延迟器和复合延迟器后的偏振状态情况进行讨论.1线偏光通过单一延迟器后,光偏振态的变化情况图1图2*收稿日期:2001-12-0770曲阜师范大学学报(自然科学版)2002年单一延迟器是由双折射晶体材料或具有双折射特性的高分子材料制成,有一定的延迟相位,快、慢轴方位成90度.直线偏振光可以认为是由相位角相等的两正交偏振分量合成的光.取两正交分量分别与直角坐标系X、Y轴对应,其值是各自的旋转矢量(直线箭头)在X、Y轴上的投影,如图1所示.把两旋转矢量的各同步瞬间(1,2,3,,,7;实
5、心点对应Y轴的旋转矢量瞬间点,空心点对应X轴的旋转矢量瞬间点)在X、Y轴上的正投影合成,便得出了偏振光P.就是说,X、Y轴上的旋转矢量的投影点随时间进行同相振动,直线偏振光就是由这两个振动矢量的合成的.当偏振光P通过方位角为零的延迟器时(延迟器的快轴方位与X轴一致),如图2所示.设偏振光方位与延迟器快轴成H角,此时两旋转矢量的值(即两旋转分量在X、Y轴上的最大投影)分别为ax=acosH和ay=asinH,a为入射线偏光振幅.延迟器的作用相当于在两旋转矢量间产生了附加相差$,我们把位相超前的旋转矢量叫做快矢量F,位相
6、滞后的旋转矢量称之为慢矢量S,S矢量的起点应放在与旋转矢量旋转方向相反的$后位置上.经如此变换后,两旋转矢量在各自对应坐标轴上的投影合成一椭圆偏振光.照此方法,用计算机不难做出下列延迟相位情况下的矢量合成结果.1.1当延迟相位$=0b,30b,45b,60b,90b,120b,150b,180b时,合成椭圆偏振光的情况见图3.1.2当ax=ay,即线偏光方位与延迟器方位成45b角时合成椭圆偏振光如图4所示.图4-1和图4-2分别是延迟相位为30b和60b的矢量合成情况.1.3当延迟相位$=90b,ay/ax取不同值时
7、,合成椭圆偏振光如图5所示.图5中画出了3种ay/ax[1的情况;当ay/ax>1的情况下,合成椭圆偏振光的长轴方向应与上述情况相反.从图3中我们可以清楚地观察到,当旋转矢量值之比一定时,延迟相位$的变化一般会使得合成光成为椭圆偏振光,椭圆光的长轴方位与延迟相位的大小有关.当ay/ax[1情况下,随着$的变化,椭圆光的长轴方位角在+45b~-45b之间改变,特殊情况$=90b时,椭圆光的长轴方位角为零(如图5所示),与延迟器快轴方向一致.当ay/ax>1情况下,随着$的变化,椭圆光长轴方位角在+45b与+135b之间
8、改变,特殊情况$=90b时,椭圆光的长轴方位角为90b,与延迟器慢轴方向一致.当ay/ax=1情况下(如图4所示),$的变化,对椭圆光的长轴方位角无影响,长轴方位角仅取+45b或-45b两个角度,特殊情况$=90b时,椭圆偏光变成圆偏光.合成椭圆偏振光的旋转方向也可以在图解过程中得到确定,延迟相位$在0b~180b范围取值,合成光是左旋椭圆偏振
