偏振光的变换和测定

本节学习内容一、偏振光的变换二、偏振光的测定§15-7偏振光的变换和测要求1.偏振光变换的物理式与数学式的理解；2.偏振光变换方式与规律；3.起偏振器与检偏器的作用；3.对出射偏振态的判断；课堂讨论，2012.12.21问题1:琼斯矢量与琼斯矩阵各表示什么？各用什么数学形式表示？要求：熟练掌握其各自的数学形式和计算过程！！特别是常用的几种情况问题2：以上所说常用的几种情况，具体是指什么？光的偏振态偏振器的特性线偏振态、圆偏振态、椭圆偏振态线偏振器1/2,1/4波片…圆偏振器…2.偏振光：矢量的方向和大小有规则变化的光。线偏振光：光矢量方向不变，其大小随位相变化。--圆偏振光：光矢量大小不变，其方向绕传播方向均匀转，且矢量末端轨迹为圆椭圆偏振光：光矢量大小和方向都在有规律地变化，且矢量末端轨迹为椭圆。任一偏振光都可用两个振动方向相互垂直、相位有关联的线偏振光来表示1.自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。特点：各个振动方向上的振动几率和大小相同。表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、位相关系不确定的光矢量表示。回顾与提高1.自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。特点：各个振动方向上的振动几率和大小相同。表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、位相关系不确定的光矢量表示。自然光通过光轴夹角为45度的线偏振器后112111BA自然光通过不同的波片后??11BA自然光通过光轴夹角为线偏振器后？？回顾与提高任何偏振光表达式00~~~yExEEyx＝回顾与提高：偏振光的表示0)exp(~~xikzaEEx＝线偏振光表达式0)exp(~~yikzaEEy＝00)]21(exp[)exp(~ykziaxikzaE＝圆偏振光表达式,02)](exp[)exp(~0201且，＝ykziaxikzaE01XE阵轴的线偏振光的变换矩沿10YE阵轴的线偏振光的变换矩沿ii121121与圆椭圆偏振光表达式1.全波片mm2,对应的1）不改变入射光的偏振状态；2）只能增大光程差。波片，位相延迟器，2./2波片)12(,)21(mm对应的1）圆（椭圆）偏振光入射时，出射光仍为圆（椭圆）偏振光，旋向相反；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。4/1,2/1,1）线偏光入射时若入射线偏光光矢量方向与快（慢）轴方向一致时，出射仍为线偏光若入射线偏光光矢量方向与快（慢）轴都成45度时，出射光为圆偏光若入射线偏光光矢量方向与快（慢）轴都成其它角度时，出射椭圆偏光2）圆偏振光通过/4波片后，变为线偏振光。3）椭圆偏振光入射时若长轴或短轴方向与波片的快、慢轴方向一致时，出射光为线偏光；若为其它方向时，出射光仍为椭圆偏光。/4波片22m3./4波片问题：为什么线偏振器用透光轴，而波片用快（慢）轴表示与入射光偏振矢量的角度关系？请同学演算结果！一、偏振光的变换(Polarizedlight’stransform)1、椭圆偏振光和圆偏振光的获得方法：采用起偏器和/4波片从自然光中获得自然光线偏光Quarter-waveplate1/4波片x(快轴)y椭圆偏振光45o圆偏振光=45o起偏器Polarizerxy透光轴0o90o§15-7偏振光的变换和测检偏器¼波片偏振光的产生与变换变换前变换后自然光线偏光圆偏光椭圆偏光线偏光圆偏光椭圆偏光***************先通过一个起偏器，再通过一个快（慢）轴与起偏器成45度的1/4波片先通过一个起偏器，再通过一个快（慢）轴与起偏器不成45度或0度的1/4波片？？？？？？？通过起偏器通过一个快（慢）轴与入射光成45度的1/4波片通过一快（慢）轴与入射光不成45度或0度的1/4波片通过一个1/4波片先通过一个1/4波片变为线偏光，再通过一快（慢）轴与起偏器不成45度或0度的1/4波片通过一快（慢）轴与椭圆的长（短）轴一致的1/4波片先通过一个1/4波片变为线偏光，再通过一快（慢）轴与线偏光成45度的1/4波片一、偏振光的变换参考习题册P.153，表10-62、偏振光的检验检偏器线偏振光自然光圆偏振光部分圆偏光椭圆偏振光部分线偏光部分椭圆偏光光强变化，但不消光。光强变化，且有消光位置无光强变化OK复习：光的偏振性质（用实验方法来鉴别光的偏振性质）椭圆偏振光部分线偏光部分椭圆偏光检偏器1/4波片自然光圆偏振光部分圆偏光无强度变化有强度变化和消光位置有强度变化无消光位置检偏器1/4波片OK波片快轴与光强最大（最小）的方向重合有强度变化和消光位置无消光位置、光强无变化无消光位置、光强有变化2、偏振光的检验偏振光的产生与变换变换前变换后自然光线偏光圆偏光椭圆偏光线偏光圆偏光椭圆偏光***************先通过一个起偏器，再通过一个快（慢）轴与起偏器成45度的1/4波片先通过一个起偏器，再通过一个快（慢）轴与起偏器不成45度或0度的1/4波片？？？？？？？通过起偏器通过一个快（慢）轴与入射光成45度的1/4波片通过一快（慢）轴与入射光不成45度或0度的1/4波片通过一个1/4波片先通过一个1/4波片变为线偏光，再通过一快（慢）轴与起偏器不成45度或0度的1/4波片通过一快（慢）轴与椭圆的长（短）轴一致的1/4波片先通过一个1/4波片变为线偏光，再通过一快（慢）轴与线偏光成45度的1/4波片一、偏振光的变换偏振光的检验方法：利用位相延迟器和偏振器入射光检偏器，旋转检偏器无光强变化有光强变化检偏器前加1/4波片并旋转检偏器无光强变化有光强变化有消光有光强变化无消光自然光圆偏振光部分圆偏振光检偏器前加1/4波片使波片光轴与最大光强平行，并旋转检偏器有消光无消光椭圆偏振光光强无变化光强有变化部分线偏振光部分椭圆偏振光有消光无消光线偏振光2、偏振光的检验二、偏振光的测定20cosII起偏器1透光轴检偏器2透光轴0II1.线偏振光的测定目的：确定是否是线偏振光；测定线偏振光的振动矢量方向；原理：马吕斯定律方法：找到消光位置，则垂直方向即为线偏振光振动矢量方向。线偏振光振动矢量的方向有无？存在的问题？半影式检偏器工作原理)'(sin2211OHI＝波片快轴xyOAP1’P2’H1H2原理波片慢轴入射线偏光检偏器透光轴入射光HA结构：P二、偏振光的测定起偏器半波片检偏器分析P.501)'(sin2222OHI＝波片快轴xyOAP1’P2’H1H2原理波片慢轴入射线偏光检偏器透光轴波片快轴xyOAP1’=0P2’=0H1H2原理波片慢轴入射线偏光检偏器透光轴半影式检偏器工作原理二、偏振光的测定当入射光(待检光偏振方向)与半波片的快轴方向一致。2sinI00的位置，确定，两个半市场的亮度相等，当‘‘2、椭圆偏振光的测定含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角坐标系下两偏振光振幅比和位相差。）yxx’y’C2OA1A2二、偏振光的测定椭圆偏振光测定：确定光强有变化，无消光位置，长轴之比，长轴与坐标夹角。分二步完成方法：采用1/4波片和检偏器(Analyser)的方法。步骤：1）首先用检偏器测定椭圆长轴的方位角和椭圆度tg2）用1/4波片和检偏器测定椭圆偏光的旋向。1）设x’oy’坐标系中椭圆的琼斯矩阵为xx’y’C2OA1A221iAAE入即，线检偏器透光轴与x’轴夹角是，其琼斯矩阵为：二、偏振光的测定检偏器的透光轴平行于X轴椭圆的长轴x’与x轴的夹角是22sin2sin212sin21cosG2212212122sin2sin22sin21cossin2sin212sin21cosiAAAAiAAGEE＝入出出射光的强度(Intensity)为：222222122212221cossin2sin22sin21cos)(AAAiAAAAI由此可找出光强最大的位置，从而确定长轴与预定的x轴之间的夹角和椭圆度tg=A2/A1。二、偏振光的测定2）将1/4波片快轴与已找到的椭圆长轴方向一致xx’y’C2OA1A2若入射椭圆偏光为左旋时：出入则2出射光在二、四象限，对应OC1。若入射椭圆偏光为右旋时：02出入则出射光在一、三象限(Quadrant)。这样即可判断椭圆偏光的旋向。二、偏振光的测定C1思考题与作业1.若想使一束线偏振光的振动方向旋转，可以采用什么方法？简单说明理由。2.设计一个区分椭圆偏振光和部分椭圆偏振光的实验方法，并加以简单说明。