高斯光束及偏振态 .pdf

一、高斯光束：

半径，是指在高斯光的横截面考察，以最大振幅处为原点，振幅下降到原点处的1/e倍

的地方，由于高斯光关于原点对称，所以1/e的地方形成一个圆，该圆的半径，就是光斑在

此横截面的半径；如果取束腰处的横截面来考察，此时的半径，即是束腰半径。沿着光斑前

进，各处的半径的包络线是一个双曲面，该双曲面有渐近线。高斯光束的传输特性，是在远

处沿传播方向成特定角度扩散，该角度即是光束的远场发散角，也就是一对渐近线的夹角。

基模高斯光束的光束发散角：θ=2λ/πƒ

2

又因：f=πw/λ

o

所以：θ=2λ/πw

o

所以说远场发散角与波长成正比，与其束腰半径成反比，故而，束腰半径越小，光斑发

散越快；束腰半径越大，光斑发散越慢。

我们用感光片可以看到，在近距离时，准直器发出的光在一定范围内近似成平行光，

距离稍远，光斑逐渐发散，亮点变弱变大；可是从光纤出来的光，很快就发散；这是因为，

准直器的光斑直径大约有400微米，而光纤的光斑直径不到10微米。同时，对于准直器最

大工作距离的定义，往往可理解为该准直器输出光斑的共焦参数，该参数与光斑束腰半径平

2

方成正比，与波长成反比，计算式是：3.1415926*束腰半径*束腰半径/波长=f=πw/λ。

o

所以要做成长工作距离（意味着在更长的传输距离里高斯光束仍近似成平行光）的准直器，

必然要把光斑做大，透镜相应要加长加粗。

偏振光：如果在光的传播方向上各点的光矢量在确定的平面内，这种光被称为平面偏振

光，如果光矢量的端点的轨迹为一条直线，此时的平面偏振光又称为线偏振光，光的电矢量

末端在垂直于传播方向的平面上描绘的轨迹为一直线的偏振光。

光线自线偏振镜一段射入为正向,自四分之一波片一端射入为反向.正向射向圆偏振镜的

自然光,先后通过线偏振镜和四分之一波片后,即成为圆偏振光.根据线偏振镜之偏振方向与

四分之一波片光轴成45°夹角时的相对方位不同,可产生右旋圆偏振光或左旋圆偏振光。如何

椭圆偏振光判断出它是左旋还是右旋：

确定左右旋偏振光步骤：

（1）让入射光通过偏振片P,确定椭圆偏振光的长轴与短轴方向.

（2）将λ／4片(Δ＝+π/2放在偏振片P前面,让光轴与长轴或短轴重合,并建立坐标系,纵轴为

o光振动方向,横轴(水平轴)为e光振动方向,k轴为光的传播方向.

（3）旋转偏振片一周,找出消光位置,此时,与P的透振方向垂直的方向就是出射线偏振光的

振动方向,若线偏振光在一三象限,则入射光为左旋椭圆偏振光,若线偏振光在二四象限,则入

射光为右旋椭圆偏振光.

二、圆偏光：

当传播方向相同，振动方向相互垂直且相位差恒定为φ=（2m±1/2）π的两平面偏振光

叠加后可合成光矢量有规则变化的圆偏振光。圆偏振光的电矢量大小保持不变，而方向随时

间变化。相位差为φ=（2m+1/2）π时为左旋圆偏振光，相位差为φ=（2m-1/2）π时为右

旋圆偏振光。

三、椭圆偏光：

在光的传播过程中，空间每个点的电矢量均以光线为轴作旋转运动，且电矢量端点描出

一个椭圆轨迹，这种光称为椭圆偏振光。迎着光线方向看，凡电矢量顺时针旋转的称右旋椭

圆偏振光，凡逆时针旋转的称左旋椭圆偏振光。椭圆偏振光中的旋转电矢量是由两个频率相

同、振动方向互相垂直、有固定相位差的电矢量振动合成的结果

四、布儒斯特角：

自然光在电介质界面上反射和折射时，一般情况下反射光和折射光都是部分偏振光，只

有当入射角为某特定角时反射光才是线偏振光，其振动方向与入射面垂直，此特定角称为布

儒斯特角或起偏角，用θ表示。此规律称为布儒斯特定律。光以布儒斯特角入射时，反射

光与折射光互相垂直。

自然光在两种各向同性媒质分界面上反射、折射时，当自然光正入射和掠入射时，反射

光和折射光仍为自然光；当自然光斜入射时，反射光和折射光都是部分偏振光。反射光中垂

直振动多于平行振动，折射光中平行振动多于垂直振动