《物理光学》电子.ppt

1).全波片 这种波片的附加相位延迟差为: 所以 即： 显然，该式为一直线方程，即线偏振光通过全波片后，其偏振状态不变(图)。因此，将全波片放入光路中，不改变光路的偏振状态。 全波片的厚度为： 图 全波片 2).半波片 半波片的附加相位延迟差为： 由此得到： 即 该式也为一直线方程，即出射光仍为线偏振光，只是振动面的方位较入射光转过了 2?角(图)，当? =45°时，振动面转过 90°。 图 半波片 半波片的厚度为 ： 3).1/4 波片 1/4 波片的附加相位延迟差为: 由此得到： m=0, ±1, ±2, … 该式是一个标准椭圆方程，其长、短半轴长分别为Ae和Ao。这说明，线偏振光通过 1/4 波片后，出射光将变为长、短半轴等于Ae 、Ao的椭圆偏振光(如图 所示)。当?=45°时，Ae =Ao=A/ ，出射光为一圆偏振光(如图 所示)，其方程为： 1/4 波片的厚度为： 图 1/4 波片 应当说明的是，虽然晶体的双折射率(no-ne)数值是很小，但是，对应于m=1 的波片厚度非常小。例如，石英晶体的双折射率(no-ne )为 -0.009，当波长是 0.5?m时，半波片仅为 28?m厚，制作和使用都很困难。虽然可以加大m值，增加厚度，但将导致波片对波长、温度和自身方位的变化很敏感。比较可行的办法是把两片石英粘在一起，使它们的厚度差为一个波片的厚度(对应m=1 的厚度)，而光轴方向相互垂直。 在使用波片时，有两个问题必须注意：  ①.波长问题 任何波片都是对特定波长而言，例如，对于波长为 0.5 μm的半波片，对于 0.6328 ?m的光波长就不再是半波片 了；对于波长为 1.06?m的 1/4 波片，对0.53?m 来说恰好 是半波片。 ②.波片的主轴方向问题 使用波片时应当知道波片所允许的两个振动方向(即两 个主轴方向)及相应波速的快慢。这通常在制作波片时已经 指出，并已标在波片边缘的框架上了，波速快的那个主轴方 向叫快轴，与之垂直的主轴叫慢轴。 最后还需指出，波片虽然给入射光的两个分量增加了一 个相位差?，但在不考虑波片表面反射的情况下，因为振动 方向相互垂直的两光束不发生干涉，总光强I=Io+Ie与?无 关，保持不变。所以，波片只能改变入射光的偏振态，不改 变其光强。 2. 补偿器 上述波片只能对振动方向相互垂直的两束光产生固定的 相位差，补偿器则是能对振动方向相互垂直的二线偏振光产 生可控制相位差的光学器件。 最简单的一种补偿器叫巴俾涅补偿器，它的结构如图 所示，由两个方解石或石英劈组成，这两个劈的光轴相互垂直。当线偏振光射入补偿器后，产生传播方向相同 振动方向相互垂直的o光和e光，并且，在上劈中的o光(或e光)，进入下劈时就成了e光(或o光)。由于劈尖顶角很小(约 2~3°)，在两个劈界面上，e光和o光可认为不分离。 在图 所示的三束光A,M,B中，相应于通过两劈厚度相同处(d1=d2)的光线M,从补偿器出射的振动方向相互垂直的两束光之间的相位差为零；相应于通过两劈厚度不相等处(d1d2)的光线A和(d1d2)光线B，从补偿器出射的振动方向相互垂直的两束光间，有一定的相位差。 因为上劈中的e光在下劈中变为o光，它通过上、下劈的总光程为(ned1+nod2)；上劈中的o光在下劈中变为e光，它通过上、下劈的总光程为(nod1+ned2),所以，从补偿器出来时，这两束振动方向相互垂直的线偏振光间的相位差为： 图 巴俾涅补偿器 ? d1 d2 A M B 当入射光从补偿器上方不同位置射入时，相应的(d2-d1)值不同，值也就不同。或者，当上劈沿图中所示箭头方向移动时，对于同一条入射光线，(d2-d1)值也随上劈移动而变化，故?值也随之改变。因此，调整(d2-d1)值，便可得到任意的? 值。 巴俾涅补偿器的缺点是必须使用极细的入射光束，因为 宽光束的不同部分会产生不同的相位差。采用图4-48 所示 的索累(Soleil)补偿器可以弥补这个不足。这种补偿器是由 两个光轴平行的石英劈和一个石英平行平面薄板组成的。石 英板的光轴与两劈的光轴垂直。上劈可由微调螺丝使之平 行移动，从而改变光线通过两劈的总厚度d1。对于某个确定 的d1，可以在相当宽的区域内(如图4-48 中的AB宽度内)获 得相同的 ? 值。 图 4-48 索累补偿器 显然，利用上述补偿器可以在任何波长上产生所需要的 波片；可以补偿及抵消一个元件的自然双折射；可以在一个 光学器件中