2019年晶体光学元器件ppt课件.ppt

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1、4.4晶体光学元器件4.4.1偏振器4.4.2波片和补偿器4.4.1偏振器1.偏振棱镜2.偏振片概述在光电子技术应用中，经常需要偏振度很高的线偏振光。除了某些激光器本身即可产生线偏振光外，大部分都是通过对入射光进行分解和选择获得线偏振光的。通常将能够产生线偏振光的元件叫做偏振器。根据偏振器的工作原理不同，可以分为双折射型、反射型、吸收型和散射型偏振器。后三种偏振器因其存在消光比差，抗损伤能力低，有选择性的吸收等缺点，应用受到限制，在光电子技术中，广泛地采用双折射型偏振器。1.偏振棱镜——利用晶体的双折射特性制成的偏振器，通常是由两块晶体按一定的取

2、向组合而成。1)格兰—汤普森(Glan-Thompson)棱镜2)渥拉斯顿(Wollaston)棱镜3)偏振棱镜的特性参量1)格兰—汤普森(Glan-Thompson)棱镜格兰—汤普森棱镜是由著名的尼科尔(Nical)棱镜改进而成的。由两块方解石直角棱镜沿斜面相对胶合制成，两块晶体的光轴与通光的直角面平行，且或与AB棱平行，或与AB棱垂直。(a)立体图DCABDBACi(b)顶视图当一束自然光垂直射入棱镜时，o光和e光均无偏折地射向胶合面，在BC面上,入射角i等于棱镜底角。制作棱镜时，选择胶合剂(例如加拿大树胶)的折射率n介于no和ne之间，

3、并且尽量和ne接近。因为方解石是负单轴晶体，nearcsin(n/no)时，o光产生全反射，而e光照常通过，因此，输出光中只有一种偏振分量。通常将这种偏振分光棱镜叫作单像偏光棱镜。存在的问题：反射到AC面的o光，有可能反回到BC面，由于入射角小于临界角而混入到出射光中，从而降低出射光的偏振度。DBACi改进型格兰—汤普森棱镜ACiEDB2)渥拉斯顿(Wollaston)棱镜渥拉斯顿棱镜是加大了两种线偏振光的离散角，且同时出射两束线偏振光的双像棱镜。由光轴互相垂直的两块直角棱镜沿斜面

4、用胶合剂胶合而成，一般都是由方解石或石英等透明单轴晶体制作。DCBA对于负单轴晶体，分开的角度近似为：2arcsin[(none)tan]对于方解石棱镜，角一般为10~40。例如，当=45时，≈2040。3)偏振棱镜的特性参量①通光面积②孔径角③消光比④抗损伤能力①通光面积偏振棱镜所用的材料通常都是稀缺贵重晶体，其通光面积都不大，直径约为5～20mm。②孔径角对于利用全反射原理制成的偏振棱镜，存在着入射光束锥角限制。孔径角的限制ADCB21上面讨论格兰—汤普森棱镜的工作原理时，假设入射光垂直入射。当光斜入射时

5、，若入射角过大，则对于光束1中的o光，在BC面上的入射角可能小于临界角，致使不能发生全反射，而部分地透过棱镜；对于光束2中的e光，在BC面上的入射角可能大于临界角，使e光在胶合面上发生全反射，这将降低出射光的偏振度。因此，这种棱镜不适合发散角(或会聚角)过大的光路。或者说，这种棱镜对入射光锥角有一定的限制，并且称入射光束锥角的限制范围2m(m是和中较小的一个)为偏振棱镜的有效孔径角。有效孔径角的大小与棱镜材料、结构、使用波段和胶合剂的折射率诸因素有关。③消光比——指通过偏振器后两正交偏振光的强度比，一般偏振棱镜的消光比为10-5～10-4

6、。④抗损伤能力在激光技术中使用利用胶合剂的偏振棱镜时，由于激光束功率密度极高，会损坏胶合层，因此偏振棱镜对入射光能密度有限制。一般来说，对于连续激光偏振棱镜的抗损伤能力约为10W/cm2，对于脉冲激光抗损伤能力约为104W/cm2。为了提高偏振棱镜的抗损伤能力，可以把格兰—汤普森棱镜的胶合层改为空气层，制成格兰—傅科(Foucault)棱镜。这种棱镜的底角应满足:格兰—傅科棱镜ADCBi2.偏振片由于偏振棱镜的通光面积不大，存在孔径角限制，造价昂贵，所以在许多要求不高的场合，都采用偏振片产生线偏振光。1)散射型偏振片2)二向色性偏振片1)散射型

7、偏振片利用双折射晶体的散射起偏。两片具有特定折射率的光学玻璃(ZK2)夹着一层双折射性很强的硝酸钠(NaNO3)晶体。制作过程：把两片光学玻璃的相对面打毛，竖立在云母片上，将硝酸钠溶液倒入两毛面形成的缝隙中，压紧二毛玻璃，挤出气泡，使得很窄的缝隙为硝酸钠填满，并使溶液从云母片一边缓慢冷却，形成单晶，其光轴恰好垂直云母片，进行退火处理后，即可截成所需要的尺寸。散射型偏振片2)二向色性偏振片利用某些物质的二向色性制作成的偏振片。所谓二向色性，就是有些晶体(电气石、硫酸碘奎宁等)对传输光中两个相互垂直的振动分量具有选择吸收的性能。例如电气石对传输光中

8、垂直光轴的寻常光矢量分量吸收很强烈，吸收量与晶体厚度成正比，而对非常光矢量分量只吸收某些波长成分。但是因它略带颜色，且大小