线偏振光的产生检验.pptx

本节授课内容1.线偏器的定义2.线偏器的质量指标消光比
消光比定义为：ρ=Tx/Ty，对于理想起偏器，有：ρ=0
光谱范围
指起偏器能适用的光波光谱范围，主要取决于工件的工作原理和材料性质。
色散
当白光通过起偏器后，透射光的传播方向甚至振动方向都可能因波长而异。
稳定度
反应元件是否容易因光照、湿度、温度不当和机械冲击而变质。

3.各种起偏器根据菲涅耳公式，s分量的反射率为：

当nt/ni=1.5(1.6)时，Rs约为0.15(0.19)，光能利用率低。
对于严格以布儒斯特角入射的单色平面波，反射式起偏器的偏振度等于1；当入射角偏离θB时，反射光束中将出现p分量，可根据最小偏振度值，计算该元件的孔径角。
反射式起偏器优点：偏振度高、适用光谱范围宽、装置简单；缺点：光能利用率低，对入射角度要求高。

折射式起偏器，玻璃堆

光束以布儒斯特角连续多次射向多个界面，最后的出射光接近于线偏振光，多块平板玻璃互相平行地叠在一起，这种起偏器称为“折射式起偏器”、“玻璃堆”。

当光波在平板上表面处以布儒斯特角入射时，在下表面的入射角也必定是布儒斯特角。（简单几何关系证明）
光束每经过一次反射，将有10%左右的s分量被“反射损耗”掉。经计算，由10块n2=1.5的玻璃平板组成的玻璃堆在空气中使用时，偏振度才达到0.635.
与反射式起偏器相比，玻璃堆的优点：光能利用率高、出射光束与入射光束平行；缺点：偏振度偏低、光谱范围受到玻璃性能限制、体积偏大。

晶体起偏器
设计原理：晶体中的两束“折射光”都是纯粹的线偏振光。设法只让其中一束光射出晶体或者使两束出射光沿不同方向传播，都可以获得偏振度很高的线偏光。
尼科耳(Nicol)棱镜

尼科耳棱镜获得线偏振光的方法是使o光受到全反射，而只让e光自出射面射出。
制作：通过AD并垂直于平面ABCD把晶体切割成两半，再用加拿大树胶把它们粘合在一起。
起偏原理：当入射光方向是HK时，o光、e光各自以不同的入射角射向棱镜与加拿大树胶的界面。no=1.658，ne=1.52，ng=1.55，o光的入射角为77o超过了全反射临界角69o，于是o光在界面上发生全反射而被黑漆所吸收；而e光不发生全反射，而部分出射。

尼科耳棱镜的孔径角：当入射光向下倾斜,如图中GK方向,异常光在AD界面入射角增大，当∠GKH>14o时,e光发生全反射；同样,当入射光向上倾斜,如图中IK方向,寻常光在AD界面入射角减小,当∠IKH>14o时,光不发生全反射；所以尼科耳棱镜的极限孔径角大约为28o.
优点：偏振度高；缺点：光能利用率低、光谱范围窄、通光面积小。

格兰(Glan)棱镜

格兰棱镜由两块方解石直角三棱柱组成，两个棱柱可以用甘油等材料胶合（“格兰-甘油棱镜”），也可以由空气隙隔离（“格兰-空气棱镜”）。

格兰棱镜起偏原理：用ng表示两棱柱间介质的折射率，当棱角α介于o光、e光全反射角之间时（格兰-甘油棱镜θco=62.7o,θce=82.6o，格兰-空气棱镜θco=37.1o,θce=42.3o）即：

o光将在分界面处发生全反射，而e光将部分透过界面。
格兰棱镜的优点：偏振度高、制作简单、稳定性好（格兰-空气棱镜不使用胶合剂避免了强光照射时胶合剂变质问题）；缺点：光能利用率低、光谱范围窄。

渥拉斯顿(Wollaston)棱镜

渥拉斯顿棱镜由两块光轴互相正交的直角三棱柱晶体光胶而成，其工作原理是利用光轴取向不同，使光波经过界面后，振动方向发生改变，从而使不同振动方向的光波在空间分离。

渥拉斯顿棱镜的偏振分束角
对于“o-e”光束，偏振角为：

对于“e-o”光束，偏振角为：

射出晶体后，两束光的偏振分束角为：

为避免光波在界面发生全反射，必须满足

罗雄(Rochon)棱镜

罗雄棱镜左半部分晶体光轴方向与入射光束平行，不发生双折射，光束射入右半部分后，振动方向平行于图平面的成分仍然为o光，不发生偏折；垂直成分经历“o-e”变化，发生偏折，从而实现偏折分束。

罗雄棱镜的偏振分束角

为避免光波在界面发生全反射，必须满足
渥拉斯顿、罗雄棱镜优点：能实现偏振分束、偏振度高、“o-o”光经过罗雄棱镜无折射色散；缺点：光谱范围窄
人造偏振片
通过对各向同性材料进行人工干预（制作微结构、薄膜拉伸等），使其转变为各向异性的“人造晶体”，人造晶体的双折射率远大于天然晶体，可作为高质量的偏振器件（偏振片、偏振分束器、波片等）用于光波的偏振控制。
优点：光谱范围宽、偏振度高、光能利用率高、体积小、性能稳定；
缺点：造价昂贵深亚波长金属光栅偏振片