偏振光干涉波片

工程光学郭峰青岛理工大学机械工程学院EngineeringOpticsEngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016晶体偏振器件一、偏振棱镜（一）偏振起偏棱镜使自然光入射晶体时，其中的一束线偏振光在偏振棱镜内发生全反射，而只出射一束线偏振光。Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring20161、格兰-汤姆逊棱镜当光垂直于棱镜端面入射时，o光和e光均不发生偏折，在斜面上的入射角等于棱镜斜面与直角面的夹角。制作时使胶合剂的折射率大于并接近e光的折射率，但小于o光折射率，并选取棱镜斜面与直角面的夹角大于o光在胶合面上的临界角，这样o光在胶合面上将发生全反射，并被棱镜直角面上的涂层吸收，而e光由于折射率几乎不变而无偏折地从棱镜出射。············光轴光轴方解石方解石加拿大树胶oe吸收涂层iChapter11偏振与晶体光学基础波片是光轴平行表面的晶体薄片。ydxAAoAe线偏振光光轴λAAoAe光轴PcossinAAAAeo振幅关系波片（波晶片）——相位延迟元件当入射面是晶体的主截面时,o光和e光的主平面重合，此时o光与e光的振动方向相互垂直Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016晶体偏振器件-波片（Waveplate,位相延迟器）作用：o光和e光通过波片时的光程差(Opticalpathdifference)与位相差(Phasedifference)：dnndnneoeo2其中，d是波片厚度。使两个振动方向相互垂直的光产生位相(phase)延迟。（在已知的两个正交偏振方向上，为入射的偏振光引入特定的附加相位差。）Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016快轴(Fastaxis)：称晶体中传播速度快的光矢量(Lightvector)方向为快轴。慢轴(Slowaxis)：称晶体中传播速度慢的光矢量(Lightvector)方向为慢轴。快轴和慢轴Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring201622)41(mmdnneo,对应的则称该波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：)(4mineonnd若当n0ne时，e光超前，波片的快轴为e矢量方向。1、/4波片(Quarter-waveplate)性质：线偏振光入射时，出射光为椭圆偏振光；与快慢轴都成45度线偏振光入射，出射光为圆偏振光。Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016O光和e光产生的光程差)12()21(mmdnneo对应的,称该晶片为二分之一波片。2、/2波片(Half-waveplate)性质：1）椭圆偏振光入射时，出射光仍为椭圆偏振光，只是旋向相反；(改变sin符号)2）线偏振光入射时，出射光仍为线偏振光。若入射的线偏振光与快（慢）轴夹角为，出射光的振动方向向着快（慢）轴转动了2。Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016线偏振光通过半波片后光矢量的转动线偏振光通过半波片后光矢量的转动入射时Entrance快（慢）轴出射时(Exit)Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring20163、全波片(Full-waveplate)mmdnneo2对应的,称该晶片为全波片。性质：1）不改变入射光的偏振状态；2）只能增大光程差。Chapter11偏振与晶体光学基础EngineeringOpticsDr.F.GuoQUTechSpring2016P323例题12-3Chapter11偏振与晶体光学基础圆偏振光自然光椭圆偏振光部分偏振光光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置四分之一波片PIM~0旋转P旋转区分不同偏振状态的光I0I020II0I0IM~0IM~ImChapter11偏振与晶体光学基础四分之一波片圆偏振光自然光自然光线偏振光偏振片（转动）线偏振光I不变线偏振光I变,有消光以入射光方向为轴！四分之一波片椭圆偏振光部分偏振光线偏振光偏振片（转动）线偏振光I变,有消光部分偏振光光轴平行最大光强或最小光强方向放置，光轴平行椭圆偏振光的长轴或短轴放置！线偏振光I变,无消光2)12(k正椭圆偏振Chapter11偏振与晶体光学基础偏振光干涉PACAP•波片:光轴平行于入射表面的晶体薄片•两个正交的偏振片记做•三个元件表面平行自然光正入射典型干涉装置Chapter11偏振与晶体光学基础线偏振光通过波片后的偏振状态d3)o光e光的光程差dnn)(eo结论:1)o光e光传播方向相同同一点源发出的o光e光不分开2)o光e光振动方向垂直o光轴（O光主截面），e光轴（e光主截面），可以用光轴来说明oe光振动方向线偏振光与入射面有一夹角o.A.oeChapter11偏振与晶体光学基础相干区干涉强度)A(x)P(yO.A.1Ae1Ao1Ae2Ao2A相干区•相干光的振幅sine1e2AAsincos1Ao2A211AI1IPACChapter11偏振与晶体光学基础•相干光光程差dnn)(eo22eodnn)A(x)P(yO.A.1Ae1Ao1Ae2Ao2A两光经检偏器A后振动步调相反所以装置带来的附加光程差是总光程差•由波片厚度引进的是Chapter11偏振与晶体光学基础•合成结果cos2o2e22o22e2AAAAA)A(x)P(yO.A.1Ae1Ao1Ae2Ao2Aππ2eodnn相位差sincos1o2e2AAAChapter11偏振与晶体光学基础讨论相干条件的实现:•波晶片保证从一次发光中分出两支给出光程差(no-ne)d•检偏器保证两光振动方向相同•起偏器保证两光有确定相差)A(x)P(yO.A.1Ae1Ao1Ae2Ao2A振幅投影图PAC相干区Chapter11偏振与晶体光学基础ππ2eodnn2)相位差与装置的关系APAPdnneoπ2Chapter11偏振与晶体光学基础干涉现象ππ2eodnn在装置确定后相位差与晶体与波长与波片厚度有关•波长确定石英劈尖等厚条纹PA石英等厚条纹Chapter11偏振与晶体光学基础第四节偏振光的干涉石英劈尖的偏振光干涉（等厚条纹）Chapter11偏振与晶体光学基础会聚偏振光干涉1.会聚偏振光干涉装置1P2P1L2L3LKEP1和P2为起偏器和检偏器K是晶片L1、L2和L3是聚光镜观察屏放在E面Chapter11偏振与晶体光学基础2.两束出射光之间的相位差cos)(2dnneo、分别是与折射角的波法线相对应的和光的折射率。onenoe是、光相应的折射角的平均值。oecosd表示该折射光线在晶体内走过的几何路程Chapter11偏振与晶体光学基础3.起偏器和检偏器正交下偏振光的干涉光强cos)(sin2sin220dnnIIeo干涉强度与入射角方向有关，入射角相同的光线在晶体中经过的距离相同，光程差相等，形成同一干涉色的圆条纹，且光程差随倾角非线性增大，呈现出内疏外密的同心干涉圆环（等色线）；干涉强度同时还与入射面相对于正交偏振器透光轴的方位有关。由于同一圆周上，由光线和光轴构成的主平面的方位是逐点改变的Chapter11偏振与晶体光学基础第四节偏振光的干涉会聚偏振光干涉图样当时可得到最鲜明的干涉条纹45当或90°时，光强等于零0Chapter11偏振与晶体光学基础偏振光的应用1、应力双折射(光弹效应)应力→各向异性SFknnoe在一定应力范围内：P1P2··dFSF干涉有机玻璃C→v各向不同→n各向不同Chapter11偏振与晶体光学基础各处不同SFππ2ππ2oeSFdknnd模型的光弹图象钓钩的光弹图象各处不同出现干涉条纹干涉条纹变变SF变