偏振光的产生及其应用.doc

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1、偏振光的产生及其应用程思源班级：学号：摘要该文通过对偏振光的分析，全面地介绍了偏振光的分类、产生方法及应用。在偏振光产生的介绍中，分别介绍了线偏振光、椭圆偏振光、径向偏振光的产生方法，并利用电场矢量进行了具体分析。最后介绍了偏振光在生活和研究中的应用。关键字：偏振光，双折射，布鲁斯特棱镜1、偏振光的定义及分类1.1偏振光的定义：在一般光源中包含着各个方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等(轴对称)，这样的光叫自然光。偏振光是指光矢量的振动方向不变或具有某种规则地变化的光波。偏振光是光矢量不均匀分布造成的。我们把这种振动方向对于

2、传播方向的不对称性叫做偏振。1.2偏振光的分类：均匀偏振光：根据光波电矢量的端点在波面内描绘的轨迹的形状，来对偏振光的种类进行划分，大致可以把偏振光分为：线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光这几种，而线偏振光和圆偏振光都可以看作是椭圆偏振光的特殊情形。非均匀偏振光：非均匀偏振光的偏振态较为复杂，如径向偏振光，是电矢量振动方向在光束横截面上具有轴对称性,始终沿着径向的一种偏振光。如下图：图一：径向偏振光的电场分布其电场数学表达式为：（其中）为径向单位矢量。2、偏振光的产生2.1将自然光转化为偏振光的方法有很多种，常用的有以下几种：(1)利用

3、偏振片的二向色性将自然光转化为偏振光通常而言，这种方法是最简单的方法。所谓二向色性，就是指某些物质能吸收某一方向的光振动，而只让与这个方向垂直的光振动通过。利用偏振片获得偏振光的方法就是利用了偏振片的二向色性。(2)利用反射、折射原理产生偏振光空气玻璃图二：通过反射和折射产生偏振光的光路图利用图中的方法，可以获得反射偏振光和折射偏振光。其中反射光为部分偏振光，形成偏振光的特点是：垂直于入射面的振动大于平行于入射面的振动。折射光也为部分偏振光，特点是：平行于入射面的光大于垂直于入射面的光。对于一般的光学玻璃,反射光的强度约占入射光强度

4、的7.5%，大部分光将透过玻璃。所以运用多个平行的玻璃片组成的玻璃片堆可以得到线偏振光。(3)利用晶体双折射产生偏振光这是通过晶体特性以及双折射的原理产生偏振光的方法。以方解石晶体为例，当光束通过晶体时会发生双折射现象，产生寻常光和非寻常光。其中寻常光是符合折射定律的光线，非寻常光则不符合折射定律。通过实验证明，寻常光线和非常光线都是偏振光。2.2其他方法因为在科学研究中和日常生活中仍然有许多其他方法可以产生偏振光。在此，具体针对椭圆偏振光和径向偏振光的产生方法做出具体分析。(1)椭圆偏振光的产生[1]椭圆偏振光是两列频率相同,振动

5、方向互相垂直,且沿同一方向传播的线偏振光的合成。其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。要获得一般的椭圆偏振光,只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。起偏器将自然光变为线偏振光,波晶片将线偏振光分解寻常光和非常光,由于它们在晶体内的传播速度不同,产生了一定的位相差δ,射出晶片之后,寻常光和非常光合成在一起便得到椭圆偏振光。把射出晶片的两个分量写成：（1）由(1)式有：（2）（3）由（2）、（3）式可得：可知，这是一个椭圆方程,所以运用这种合成的方法可以得到椭圆偏振光，并且在更特殊的情况下可以得到圆偏振光。(2)径向偏振光的产

6、生[2]1、C-cutNd:YVO4晶体的双折射产生径向偏振光KazuhiroYonezawa等人设计的一种在激光腔内直接产尘径向偏振光的简单装置,如图三所示。激光腔由(凹透镜,C-晶轴,输出耦合器)。三个部分组成Nd:YVO4被置于C-晶轴内,Nd:YVO4晶片有正双折射效应,而对波长为1.065μm的o光和e光折射率分别为no=1.9573和nex=2.1652。当光线通过双折射晶体时,不论是发散还是汇聚,因折射率不同,o光和e光仍将沿不同路径传播。谐振腔由平面镜和凹透镜组成,且镜间间距近似等于凹透镜的半径,由于e光在晶体表面比

7、o光折射得更厉害,e光的稳定谐振长度限将比o光长。因此,将产生一段e光稳定而o光不稳定的谐振腔长度范围。当谐振腔的长度稍大于凹透镜的半径时,在此谐振腔中将仅有e光能稳定振荡。而e光对应于径向偏振光束,这样就得到了径向偏振光束。这种方法产生的径向偏振光束即使在较低功率输出下也相当稳定,而且由于其构造极其简单,有望被作为径向偏振激光源。　2、圆锥形布鲁斯特棱镜产生径向偏振光UichiKozawa和ShunichiSato设计了布鲁斯特光学元件,如图四所示,来实现可靠的更高稳定性的径向偏振光。布鲁斯特光学元件由凸棱镜及凹棱镜组成,它可从N

8、d:YAG激光谐振腔内直接产生径向偏振光束。为传输激光,此光学元件构成的凸棱镜和凹棱镜的顶角的设计满足布鲁斯特条件。凸棱镜的侧面涂上了多层电介质层(图4)(SiO2和Ta2O5)以提高偏振选择性。当此棱镜用于Nd:YAG激光谐振腔内,