工程光学8浅析.ppt

光波的相关概念 光波面(等相位面)：光自光源出发，在某一介质内传播，在某一瞬间光波所达到的连续表面。（光线速度面） 波前：在光波面上任意一点作一平面与光波面相切，该平面就是向该方向进行的光波的波前。 波法线(k)：波前的垂线。不能将其与光线混淆。光线的方向是光能的传播方向；波法线方向是波的位相传播方向，波动进行方向。 将检偏器置于透射光强最大的位置，把1/4波片置于偏振片前，使快轴与偏振片透光轴平行，则椭圆偏振光经1/4波片变为线偏振光。 问题：是不是任意椭圆偏振光通过1/4波片都可以变成线偏振光？ 怎么实现？ 五 偏振光的检验（偏振片与波晶片相结合） 入射光通过旋转的偏振片 （一）若光强有变化，则可能是线偏振光，部分线偏振光，椭圆偏振光或部分椭圆偏振光。 （1）如果旋转偏振片有消光位置，则为线偏振光。 （2）如果旋转偏振片无消光位置，则将检偏器置于透射光强最大的位置，把1/4波片置于偏振片前，使快轴与偏振片透光轴平行，然后旋转偏振片观察： ①看到两个消光位置，则为椭圆偏振光（椭圆偏振光经1/4波片变为线偏振光）。 ③ 无消光位置，且不在原来位置时光强最大，则为部分椭圆偏振光。（部分椭圆偏振光经1/4波片后变为部分线偏振光，线偏振光部分振动方向不在1/4波片快慢轴） ②无消光位置，且在原来位置光强最大，则为部分线偏振光。（部分线偏振光经1/4波片仍为部分线偏振光） （3）如果旋转偏振片光强有变化，但无消光位置，则为部分圆偏振光。 （二）若光强无变化，则可能是自然光，圆偏振光或部分圆偏振光。 把1/4波片置于偏振片前， （1）如果旋转偏振片光强仍无变化，则为自然光。 （2）如果旋转偏振片光强有变化，且有消光位置，则为圆偏振光。 入射光通过旋转的偏振片， Polarizer 解: M, N 为已知的起偏器和检偏器，x为待检片。 N x 问：用自然光源以及起偏器和检偏器各一件，如何鉴别下列三种透明片： 偏振片，半波片和 1/4 波片。 （1） 先鉴别出偏振片：如图（1）放置。 绕轴旋转N，若转到某一角度无光透出， 则 X 为偏振片。 （2） 在余下两片中鉴别出 1 / 2 波片 M X N 如图放置。自然光经起偏器 M后成为线偏振光。设该线偏振光的振动方向与波片 X的光轴夹角为θ，半波片使入射线偏振光变为振动方向转过2θ的出射线偏振光。 因此，当 X绕轴转到不同位置时，皆在Ｎ绕轴转动到某一位置时，无光从N透出，则 X为半波片。 设入射光为 ，经偏振器件后出射光为 则偏振器件的线性变换作用可以表示为： 其中矩阵 称为该偏振器件的琼斯矩阵。 即： ??8.3.3?偏振器件的矩阵表示 P1 x y + + 设入射光的琼斯矩阵为 表示在x,y轴上两个分量分别为 则沿线偏振器透光轴方向的分量分别为 将这两个分量的和在x,y轴上再做一次投影，得到分量 例 求透光轴与x轴成 角的线偏振器的琼斯矩阵。 因此，该偏振器的琼斯矩阵为 例3：波片的琼斯矩阵 设波片的快轴与x轴成θ角，产生的相位差为δ。如图建立坐标系。取入射偏振光为 ，则两分量在波片快慢轴上的分量和为： 快轴 即： 这两个分量再分别在x，y轴上投影，得到出射光琼斯矢量在x，y轴上的分量分别为： 即： 从波片出射时，必须考虑快、慢轴上分量的相对相位延迟，于是 分量变为 即： 代入各量得： 快轴与x轴成θ角，产生的相位差为δ的波片的琼斯矩阵 （2）折、反射定律可写成： 因为不同传播方向对应的e光波矢k不是常数，故? 或 也不是常数。 方解石晶体中的双反射现象 方解石晶体中的双折射现象 二、光在单轴晶体中传播方向的确定 (一)计算法 由波法线方向→相应光线的方向 θ为波法线与光轴夹角， θ’为光线与光轴夹角 空气 介质 惠更斯作图法解释光的折射现象 (二)作图法 空气 晶体 用惠更斯作图法确定光线在晶体中的传播方向 例题1：负晶体方解石 光轴 以入射点为 中心，以1/no 为半径作球面。 以1/no为短轴, 1/ne为长轴作椭球面 空气 晶体 例题2：方解石 光轴 以AC/no为半径作球面 以AC/no为短轴, AC/ne长轴,作椭球面 例题3：石英(正晶体) 光轴垂直于入射面 空气 晶体 ? 光轴 o o ? ? ? ? ? e e ? 以AC/no为 半径作球面 以AC/ne为 半径作球面 光轴 e e o ⊙ 光轴 空气 方解石 光轴 o o ? ? ? ? e e 晶体 例题4 空气 石英 石英 ? 光轴 o o e e ? ? ? ? 例题5 8.3?? 偏振器件 8.3.1 偏振器 用于从自然光中获得偏振光的器件称为起偏器 用于鉴别光的偏振状态的器件称为检偏器 偏振器既可用作