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标题: 获得偏振光的工程方法 [打印本页]

作者: 526810162 时间: 2016-7-12 09:42
标题: 获得偏振光的工程方法

获得偏振光的工程方法

1、反射法获得线偏振光

入射角满足iB=arctan（n2/n1）时，反射光为线偏振光，缺点效率低（？？）。

2、折射法获得线偏振光

入射角满足iB=arctan（n2/n1）时，反射光为线偏振光，经过玻片堆多次的反射和折射，出射光近似为线偏振光，效率高，但玻片堆的层数对偏振比有影响，出光是部分偏振光，消光比低。

3、干涉法获得线偏振光

多层膜直角起偏分束镜是一种典型的薄膜干涉起偏器。如图3所示,这种起偏器是在两个直角玻璃棱镜(n3=1.55)的斜面上交替镀以高折射率的ZnS(n2≈2.3)和低折射率的冰晶石(n1 ≈1.25),两部分胶合成立方体。自然光以45° 角入射到多层膜堆上,光束在薄膜内发生多次反射并干涉(在各膜层中中心波长光线均以布鲁斯特角入射,这在膜系设计中应以保证),经膜片堆起偏后,两线偏振光分量沿正交方向输出。很少见。

4、衍射法获得线偏振光

线栅起偏器中最简单的平行导线栅是由许多平行的金属丝密排组成的平面结构。按照电磁波的辐射理论,当非偏振光入射其上时,电矢量沿导线方向的光波会被线栅吸收,而电矢量垂直于线栅的光分量则能透过,因而线栅透射光的电振动矢量与栅格是垂直的,线栅偏光镜制造工艺是蒸发一束金原子或铝原子,以近掠入射角射到一个以硫化锌或硒化锌为基底的闪耀光栅上,此时金属积聚在光栅的每—个台阶的边缘形成极细的“导线”,如图4所示,它们的间隔d小于一个波长。另外还可用衍射光栅或小阶梯光栅产生偏振光。衍射光栅反射的光是偏振的,但是效应很微弱,并且与波长有密切关系;而小阶梯光栅可产生明显的线偏振光。

5、散射法获得线偏振光

如图5所示,由光源S射出的自然光通过盛水的器皿M,如果水经过仔细清洁处理,则从垂直光束的方向观察器皿,几乎看不到光束,也就是原光束不向旁方向散射。如果把少量肥皂水或牛奶滴到器皿里,就会产生强烈的散射,从各个方向看,光束都是明显可见的,在与入射光垂直的方向用检偏器 P进行观察,可以发现散射光是偏振的。电场的振动方向垂直于入射光线与观察方向（？？）所形成的平面。

利用光的强烈散射或全反射而产生的偏振可制造散射型人造偏振片,如图6所示,它是由二片ZK3平玻璃片夹住一层硝酸钠晶体而成的。产生偏振的原理:ZK3的折射率n=1.5891,而硝酸钠晶体中寻常光的折射率no=1.5854,非常光的折射率ne=1.3369;这样当自然光透过第一玻片进入晶体而被分成e光与o光后,因ne比n小得多,故e光几乎全部被晶体散射或反射,它无法从晶体中射出。可是no与n近似相等,在晶体中几乎不发生反射和散射,因此自然光射入第一玻片及硝酸钠晶体后,o光几乎全部能从第二玻片中射出。

6、二向色性获得线偏振光

如果某种物质有选择地吸收通过它的某一偏振方向的光波,这种物质可认为是光学二向色的(或称双色性物质),许多矿物和有机化合物都具有二向色性。对于o光和e光有不同吸收作用的晶体称为二向色晶体。例如,电气石能强烈吸收o光而很少吸收e光。因此自然光通过二向色晶体后,出射光是线偏振光。
此外,还可以在玻璃或塑料表面上涂上二向色薄膜制成拜尔比层起偏器;由于热解石墨在电导率和光学性质两方面均有很强的各向异性,所以也可用热解石墨来制作二向色起偏器。

7、晶体双折射获得线偏振光

(1)晶体的双折射
一束光射到某些晶体(如方解石、石英)上,在晶体内分成两束折射光,如图8所示,这种现象称为双折射。在单轴晶体中的两折射光束,有一束遵守折射定律,这束光称为寻常光,简称o光;另一束不遵守折射定律(即折射光线不一定在入射面内,而且对不同的入射角,入射角的正弦与折射角正弦之比不是恒量),这束光称为非常光,简称e光。 o光和e光都是线偏振光,o光的振动方向垂直于它对应的主平面(晶体的光轴和光线所组成的平面),e光的振动方向平行于它所对应的主平面。在大多数情况下,这两个主平面之间的夹角很小。因而o光和e光的振动方向可以认为是互相垂直的。

(2)激光偏光棱镜
激光偏光棱镜分尼科耳型和格兰型两种结构。尼科耳棱镜是将两块根据特殊要求加工的方解石棱镜用特种树胶粘合成一个斜方柱形棱镜。如图9所示,自然光射入第一棱镜,分成o光和e光。由于所选用的树胶的折射率(n=1.55)介于方解石对o光的折射率(no=11658)和e光的主折射率(ne=1.486)之间,o光射到树胶层时,发生全反射,由涂黑的侧面吸收,而e光透过树胶层并穿过第二棱镜射出。这样,用尼科耳棱镜便可获得线偏振光。

格兰棱镜是尼科耳棱镜的改进型,将一块方解石加工成直角长方体,再切成两个楔块,然后粘合起来,这样得到的出射光与入射光在一直线上。格兰型设计又有两种形式,如图10所示,光轴与切面平行的胶合型结构称为格兰-汤姆孙棱镜;光轴与切面法线共面的胶合型结构称为李普奇棱镜。有空气隙的汤姆孙型结构称格兰-傅科棱镜;有空气隙的李普奇型设计称格兰-泰勒棱镜。

(3)偏振分束棱镜
渥拉斯特棱镜和洛匈棱镜都是由光轴垂直的两块方解石直角棱镜粘合而成,如图11所示,利用这两种棱镜可获得分得很开的线偏振光,它们是很好的偏振光分束元件

8、椭圆偏振光的获得方法

P、起偏器 C、波片（使o光、e光存在相位差)
线偏振光垂直入射于双折射晶片,晶片的光轴平行于晶面,如入射偏振光的振动方向与晶片光轴之间的夹角为α,如图12所示,则偏振光射入晶片后,将分成振动互相互直的o光和e光,但振幅不同。这两束光沿同一方向传播,具有不同的速率,因此两光束透过晶片后,两者间有一定的相位差: Δφ=2π/λ0 (no-ne)d,式中d为晶片的厚度,no和ne分别为晶片对o光与e光的主折射率,λ0为入射单色光在真空中的波长。如果晶片的厚度使Δφ≠kπ,那么透过晶片的这两束光振动方向相互垂直而相位差一定,叠加后就形成椭圆偏振光(椭圆主轴与光轴夹一角度)。

当晶片的厚度d使o光和e光的相位差为Δ φ=(2k+1)π/2或d=[(2k+1)*λ0]/[(no-ne)*4](k=0,1,2,… )时,称为四分之一波片,或λ/4片。线偏振光通过λ/4片后,出射光是以光轴为主轴的椭圆偏振光,即正椭圆偏振光。

9、圆偏振光的获得
在图12中,使λ/4波片的光轴与线偏振光振动方向的夹角α=π/4,则o光与e光的振幅相同,线偏振光通过λ/4片后,出射光就为圆偏振光。

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