当前课程知识点：光学工程基础 > 下篇：物理光学——偏振光的变换和测定 > 3.21.1 偏振光的变换 > 3.21.1 偏振光的变换
大家好
这一讲我们讲偏振光的变换
主要讨论两个问题
一个是偏振光的获得
第二个是偏振光的检验
自然光
或者偏振光
通过偏振器件
或者相位延迟器
得到另一种偏振光
这就是我们说的偏振态的变换
也就是偏振光的变换
先讲偏振光的获得
第一是线偏振光的获得
线偏振光的获得方法有多种
一种是由反射光产生偏振光
我们用菲涅耳公式讨论的时候
得到当入射光
以布鲁斯特角入射到
这个界面的时候
所谓的布鲁斯特角
就是一个特殊的角度
在这个角度入射的时候
它的反射光中只有S波
透射光中有S波和P波
但是是P波占主要成分的
而这个S波就反射光
是一种全偏振的
只有一个振动方向的光
所以反射光为线偏振光
振动方向垂直这个入射面
布鲁斯特角θb的求法
它就等于界面两边的
折射率的比值n2比n1的反正切
就是这个入射角度θb
第二种产生线偏振光的方法
是通过材料的二相色性
产生线偏振光
所谓的材料二相色性
是指一些各向异性的晶体
对不同振动方向的偏振光
吸收不同
比方说电气石晶体
它的光轴是垂直这个图面的
它这个图面的光
平行于光轴的光吸收的少
而对垂直于这个的光轴的光
吸收的多
所以出射的是跟光轴平行的
这个方向的光振动出射了
所以它可以把自然光
变成线偏振光
右边这个图是H偏振光片
点溶液浸泡塑料
形成点链
组成的这样一个偏振片
当光两个方向振动
入射到这个H偏振片的时候
跟点链方向垂直的方向
垂直的方向
它是不对点链做功的
它可以直接透过来
而跟点链平行的这个方向
它要对点链做功
所以它透过的方向
是垂直于这个点链的方向透过
还有一种产生线偏振光的方法
是利用晶体的双折射特性
产生线偏振光
光速入射到双折射晶体之后
由于o光 e光折射率的不同
它的折射角度就不一样
所以o光 e光就分开了
o光 e光的振动方向不同
所以从晶体出射的是两束
振动方向不同的线偏振光
这是一种精度比较高的分光方法
它的消光比分出来的
这个纯度
就是振动方向的这个光的纯度
是比较高的
消光比比较高
接下来我们看椭圆偏振光的获得
我们可以利用全反射
来产生椭圆偏振光
我们知道当光从光疏介质
入射到光密介质的时候
在这个界面上
如果θ大于θc的时候
大于全反射临界角的时候
它会发生全反射
发生全反射的时候
全反射的光束
两个振动方向
它有一定的相位差
虽然它入射的时候是同步的
但是它反射的时候
有一定的相位差
所以一般情况下
反射的光是椭圆偏振光
同时可以利用金属表面的反射
产生椭圆偏振光
一束线偏振光入射到金属表面
它跟刚才不一样的情况是
不管它的角度是多大
入射角是多大
它反射的光S波和P波的相位差
总是不一样的
所以它们有一个相位差
所以产生的光金属表面反射的光
一般是椭圆偏振光
最常用的
产生椭圆偏振光的方法
是用起偏器和四分之一波片
自然光经过起偏器
就是线偏振器之后
变成线偏振光
线偏振光经过四分之一波片
如果它线偏振光的偏振方向
跟四分之一波片的轴的夹角
不是45度
或者0或者π/2的时候
出射光就是椭圆偏振光
一般情况下出射光是椭圆偏振光
如果你四分之一波片
跟起偏器摆在几个特殊的角度
接下来我们看偏振光的检验
偏振光的种类
大致可以归纳为那么几种
线偏振光 自然光
圆偏振光 椭圆偏振光
部分线偏振光
部分椭圆偏振光
还有一种是自然光圆偏振光
混合在一起的光
所以这么七种偏振态
那么把这七中偏振态分开来
区分出来
区分出七种不同的偏振态
这就是偏振光的检验
偏振光的检验首先利用偏振器
检偏器实际上就是一个线偏振片
把被检的光 七组光分成三组
按什么分呢
如果是经过线偏振器之后
线偏振器旋转的过程中
出射光的光强变化有消光
我们就说它入射的光是纯的
线偏振光
因为通过线偏振器
跟它的偏振方向垂直的时候
有消光在其他位置
光强是变化的
根据马吕斯定理
可以判断出来
这是第一组
第二组是线偏振器
在旋转的时候
出射光的光强不发生变化
这一组里头应该包括三种光
一种是纯的自然光
一种是纯的圆偏振光
还有一种是自然光
和圆偏振光混合在一起的
两种偏振态混合在一起的光束
这个时候经过
这三种光束经过线偏振器
线偏振器转动的时候
出射光的光强都是不变化的
这是第二组
第三组是经过偏振片的时候
偏振片转动
后面的光强虽然有变化
但是没有消光的位置出现
它里头应该包括三种光的偏振态
一种是椭圆偏振光
一种是部分线偏振光
一种是部分椭圆偏振光
部分线偏振光就是自然光
加线偏振光
部分椭圆偏振光
就是椭圆光加自然光
所以第三组是光强变化
但是没有消光
这样把七种光分成了三组
第一组里头把线偏振光
已经区别开来了
所以剩了两组
接下来我们再区别这两组光
先区别第二组
就是我们说的圆偏振光
和自然光这一组
在先偏振器之前
我们加入四分之一波片
把原来的三个光
圆偏振光 自然光
和自然光加圆偏振光
入射进来
先入射到四分之一波片上
再来经过线偏振片
线偏振片转动的时候
我们可以看到不同的光强变化
自然光通过四分之一波片的时候
仍然是自然光
自然光通过线偏振器的时候
变成了线偏振光
但是它的光强是不变化的
它的光强用探测计测的时候
它的光强是不变化的
而圆偏振光
通过四分之一波片的时候
它会变成线偏振光
线偏振光再经过旋转的
检偏器的时候
线偏振光强度会发生变化
并且有消光的位置
所以强度变化有消光的
对应的前面就是圆偏振光
而第三种自然光
加圆偏振光怎么检验呢
就是自然光加圆偏振光
经过四分之一波片的时候
圆偏振光变成了线偏振光
所以就变成了线偏振光
和自然光的组合的状态
再经过检偏器的时候
光强是变化的
但是没有消光的位置
所以光强变化
没有消光的位置
这组光就对应的前面的
是自然光和圆偏振光
所以把这一组里头的三种光
区分出来了
最后我们来区分第三组光
第三组光是由部分线偏振光
部分椭圆偏振光
和椭圆偏振光组成的
它在刚才用
单一的检偏器检验的时候
共同的特点就是强度有变化
但是没有消光的位置
强度有最大值有最小值
但是没有零的位置
在这种情况下
我们在它们前面
放一个四分之一波片
当这三种光
入射到四分之一波片上的时候
它出来光的偏振态
会是不一样的
我们来区分这三种偏振光
刚才用检偏器
检测到了强度最大的位置
我们在前面
加入四分之一波片的时候
使快轴的方向
与刚才检验出来的
光强最大值的方向保持一致
就是这个图画的
就是一致的这种状态
四分之一波片的快慢轴
跟你这个椭圆的长短轴
分别平行的时候
刚才强度最大的位置
就是椭圆的长轴的位置
所以椭圆的长轴
跟四分之一波片的快轴
重合的时候
四分之一波片把椭圆偏振光
变成了线偏振光
这时候我们在后面转
检偏器的时候
就会发现有消光的位置
所以有消光的位置
对应的前面的光入射光
应该是椭圆偏振光
它的要点是要让椭圆的长短轴
与四分之一波片的快慢轴
保持平行
把四分之一波片的快轴
从刚才光强最大的位置
转45度 转45度之后
我们会发现再转后面检偏器的时候
光强没有变化
这时候对应的前面的入射光
就应该是部分线偏振光
部分线偏振光
就是线偏振光和自然光
线偏振光和自然光合成
线偏振光经过跟线偏振光的方向
成45度的一个四分之一波片之后
它变成了一个圆偏振光
所以经过四分之一波片之后的光
是圆偏振光和自然光组合
所以它们经过检偏器的时候
没有强弱变化了
所以对应的就是
前面的部分线偏振光
最后剩下的一种
就是部分椭圆偏振光
这样我们把七种不同的偏振态
就全部检验出来了
这一讲就讲到这儿
谢谢
-1.1.1 课程背景和内容简介
-1.1.2 光学工程的特点
--光学工程的特点
-1.1.3 本课程的学习方法
--本课程的学习方法
--外部链接
-1.2.1 微积分基础知识
--微积分基础知识
-1.2.2 光学工程中的常用函数
-1.2.3 常用函数的运算与变换
-扩展阅读
--SPIE课程：Light in Action-Lasers,Cameras&Other Cool Stuff
--SPIE课程：A Day Without Photonics-A Modern Horror Story
--SPIE课程：Advice to Students from Leaders in the Optics&Photonics Community
--版权说明
-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律
-2.1.2 成像基本概念
--成像基本概念
-2.1.3 费马原理
--费马原理
-2.1.4 等光程成像
--等光程成像
-2.1.5 常用曲面形状
--常用曲面形状
-第一次作业--作业
-2.2.1 近轴光学基本概念
--近轴光学基本概念
-2.2.2 近轴球面成像
--近轴球面成像
-2.2.3 近轴球面成像放大率
-2.2.4 物像空间及光学不变量
-2.2.5 矩阵光学简介
--矩阵光学简介
-2.2.6 矩阵光学应用
--矩阵光学应用
-第二次作业--作业
-2.3.1 理想光学系统基本概念
-2.3.2 理想光学系统的基点与基面
-2.3.3 图解法求像
-2.3.4 解析法求像
-2.3.5 理想光学系统的放大率
-2.3.6 理想光学系统焦距关系
-2.3.7 理想光学系统组合
-2.3.8 透镜与薄透镜
-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组
-第三次作业--作业
-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜
-2.4.2 反射棱镜及其展开和平行平板成像
-2.4.3 反射棱镜成像方向
-2.4.4 棱镜转动定理
-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜
-2.4.6 光学材料简介
-第四次作业--作业
-2.5.1 光阑简介与孔径光阑
-2.5.2 视场光阑与渐晕
-2.5.3 远心光路
-2.5.4 景深
--2.5.4 景深
-第五次作业--作业
-2.6.1 光度学与色度学基础
-2.6.2 视见函数和光度学
-2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律
-2.6.4 色度学基本概念
-2.6.5 CIE标准色度学系统
-第六次作业--作业
-2.7.1 球差
--2.7.1 球差
-2.7.2 色差
--2.7.2 色差
-2.7.3 子午像差和弧矢像差
-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变
-2.7.5 垂轴像差、波像差
-2.7.6 光学传递函数
-第七次作业（像差）--作业
-2.8.1 人眼的光学模型
-2.8.2 人眼的缺陷与校正
-2.8.3 人眼的景深
-2.9.1 光学系统的分辨率
-上篇：应用光学——光学系统的分辨率（光学系统分辨率）
-2.9.2 人眼的分辨率
-上篇：应用光学——光学系统的分辨率--第八次作业(人眼)
-2.10.1 放大镜
-上篇：应用光学——放大镜--第八次作业(放大镜)
-2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜
-2.11.1 望远系统
-2.11.2 望远镜的放大倍率
-2.11.3 望远镜的视觉放大率
-2.11.4 望远镜的分辨率
-第九次作业（望远镜）--作业
-2.12.1 显微镜及其放大率
-2.12.2 显微镜的视觉放大率
-2.12.3 显微镜的孔径光阑
-2.12.4 显微镜的机械筒长
-2.12.5 显微镜的分辨率及有效放大率
-2.12.6 显微镜的景深
-2.12.7 显微镜的照明系统
-第九次作业（显微镜）--作业
-3.1.1 电磁场的波动性
-3.1.2 平面电磁波及其性质
-3.1.3 球面波与柱面波，光波辐射与辐射能
-3.2.1 电磁场的连续条件（边界条件）
-3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射
-3.2.3 菲涅耳公式
-3.2.4 全反射与倏逝波
-3.2.5 金属表面的反射
-3.2节课后习题--作业
-3.3.1 光的吸收、色散和散射
-3.4.1 光波的叠加
-3.5.1 干涉原理及相干条件
-3.5节课后习题--作业
-3.6.1 干涉图样计算
-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点
-3.6节课后习题--作业
-3.7.1 时间相干性
-3.7.2 空间相干性
-下篇：物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素
-3.8.1 干涉条纹的定域
-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉
-3.8.3 楔形平板产生的等厚干涉
-下篇：物理光学——平板的双光束干涉--3.8节课后习题
-3.9.1 斐索干涉仪
-3.9.2 迈克尔逊干涉仪
-下篇：物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用
-3.10.1 平行平板的多光束干涉
-3.10.2 F-P 干涉仪
-3.10.3 光学薄膜基础
-3.10.4 单层膜与多层膜
-3.10课后习题--作业
-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理
-3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类
-3.11节习题--作业
-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义
-3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射
-3.12.3 圆孔衍射
-3.12节习题--作业
-3.13.1 成像系统的分辨本领
-下篇：物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领
-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射
-3.14.2 光栅的分光性能
-3.14.3 几种典型光栅
-3.14节习题--作业
-3.15.1 圆孔和圆屏（盘）的菲涅耳衍射
-3.15.2 菲涅耳透镜
-下篇：物理光学—— 菲涅耳衍射（菲涅耳衍射）
-3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
--3.16.1 平面波的复振幅分布和空间频率、复杂复振幅及其分解
-3.16.2 光波衍射的傅里叶分析方法
-3.16.3 透镜的傅立叶变换性质
-3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数
-3.16节习题--作业
-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数
-3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理
-3.17.3 全息术
-3.17节习题--作业
-3.18.1 偏振光概述
-3.18.2 光在晶体中的传播
-3.18.3 单色平面波在晶体中的传播
-3.18.4 单轴晶体中光的传播
-3.18节习题--作业
-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(一)
-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)
-3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示
-3.20节课后作业--作业
-3.21.1 偏振光的变换
-3.21.2 偏振光的测定
-3.21节课后习题--作业
-3.22.1 平面偏振光的干涉
-3.22.2 会聚偏振光的干涉
-3.22节课后习题--作业
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应（一）
-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应（二）
-3.23.2 电光效应（一）
-3.23.2 电光效应（二）
-3.23.3 声光效应
-下篇：物理光学——磁光、电光和声光效应--3.23节课后习题
-期末考试--作业
