偏振光的研究和检测备课讲稿.ppt

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1、偏振光的研究和检测(一)光的五种偏振态光的偏振态通常分为自然光、部分偏振光、线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光五种。自然光和部分偏振光二者均由大量取向各异、彼此无相位关联的线偏振光组成，只不过自然光的光矢量相对于光的传播方向具有对称性，部分偏振光不具备轴对称性，而存在某一优势方向。线偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光均可以等效为振动方向相互垂直、相互关联的两个线偏振光，这两个线偏振光具有相同的传播方向和频率，两者有确定的相位差。有当δ=0,π时，上式描述的是线偏振光；当δ=土π/2，Ax=Ay时，为圆偏振光；当δ=土π

2、/2,Ax不等于Ax时，为正椭圆偏振光；当δ不等于土π/2,Ax不等于Ax时，为各种取向的斜椭圆偏振光。(二.)通过检偏器后的透射光强人眼仅对光的强弱变化敏感，而无法直接感知光的各种偏振态，必须借助检偏器，研声透射光强的孪化来判定光的偏振态。检偏器(或起偏器)是二种只允许某一振动方向光通过的光学器件，当它用来产生线偏振光时称为起偏器，用来检验线偏振光时称为检偏器。常用的检偏器有两类：一类是利用材料对不同方向的电磁振动具有选择吸收特性的原理制成的，称为偏振片；另一类是用双折射晶体制成的特殊棱镜,如尼科耳棱镜,格

3、兰棱镜等,这类棱镜的透光率和偏振度远高于偏振片。在检偏器上能够让电矢量充分透过的方向称为透振方向，记作P，与P正交的方向上的电矢量将被强烈吸收而无法透过，称为消光方向。1，自然光通过检偏器由于自然光具有轴对称性，将光强为Io的自然光中每一个光矢量都在x,y两个方向上分解，因此有Ix=Iy=Io，这说明肉然光可以等效为等幅(Io/2)、无确定相位关系、阻取向任意的两个正交的线偏振光。如图44-1所示,Ip-θ曲线应为一条直线。2.线偏振光通过检偏器——马吕斯定律马吕斯定律指出，一束如图44-2所示光强为Io的线

4、偏振光，通过检偏器的透射光强为Ip（θ）=IoCOS^2θ式中，θ为线偏振光的振动方向与检偏器的透振方向P之间的夹角，当检偏器旋转一周时，透射光强交替出现极大和消光各两次，彼此相隔π/2。五种偏振光中，只有线偏振光入射时才会有“消光”现象。3.部分偏振光通过检偏器部分偏振光具有一优势方向即极大值IM方向和一与其正交的极小值Im方向，以这两个方向建立直角坐标系，可以将部分偏振光分解为光强为IM和Im的两个线偏振光，而且两者间的相位差是完全随机的。则任意透振方向P的透射光强Ip(θ)等于IM,Im按马吕斯定律在θ

5、方向的非相千叠加：式中θ为透振方向P与X轴之间的夹角，也可改写成以β为参数，有式中β为透振方向P与Y轴之间的夹角。由式(44-4)可知，部分偏振光也可以看成光强为2Im(x,y方向的光强均为Im)的自然光和光强为IM一Im的线偏振光之和，如图44-4所示。当检偏器旋转一周时，透射光强交替出现极大和极小各两次，彼此相隔π/2，但无“消光”现象。图44-3的曲线形式上应当是自然光和线偏振光之和，即图44-1和图44-2两条曲线的叠加。4.椭圆偏振光通过检偏器——偏振光的干涉椭圆偏振光可用两个正交、有固定相位差δ的

6、线偏振光Ex=Axcoswt,Ey=Aycos(wt+δ)加以描述。如图44-5所示，Ax、Ay是两个正交振动的振幅，分别为椭圆外切矩形的两边长之半，θ为透振方向P与x轴之间的夹角。两线偏振光在P方向上的投影同频、同方向，有确定的相位差，满足相干条件，因此，透射光强等于二者光强的相干叠加：考虑到Ix=Ax^2，Iy=Ay^2，可得(44-6)利用三角函数进一步化简上式，并且入射椭圆偏振光的总光强Io=Ix+Iy，可得(44-7)其中(44-8)当δ=土π/2，即入射光为正椭圆偏振光时，由式(44-6)可知透射

7、光强为(44-9)与式(44-3)比较，不难发现椭圆偏振光与部分偏振光相同，检偏器旋转一周，透射光强交替出现极大和极小各两次，彼此相隔。π/2，无“消光”现象。因此，其透射光强曲线也应与图44-3(b)相似。(三)椭圆偏振光的检测椭圆偏振光可以用一个起偏器和一个1/4波片产生，并利用检偏器旋转后的光强的变化来加以检测(图44-6)。1.波片当一束光人射到双折射晶体表面上，进入它们内部的折射光有两束：遵守折射定律的叫寻常光(o光)，不遵守折射定律的为非常光(e光)。在晶体中，存在0光、e光传播速度相同的方向，称

8、该方向为光轴。将晶体制成片状，且光轴与晶体表面平行，当光进入这样的晶片后，O光和e光沿同一方向传播，因二者传播速度不同，经过厚度为d的晶体后，O光和e光之间产生相位差(44-10)式中从为真空中的波长；No,Ne分别为晶体中0光和e光的折射率。这种能使振动互相垂直的两束偏振光产生一定相位差的晶片称为波片。当δ=(2k+1）π/2时，相当于0光和e光的光程差为(2k+1）λ/4，这样的晶片为1/4波片