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大家好
今天我们讲晶体偏振器件
主要讨论偏振器件
及其用于产生改变偏振态的机理
讲两个问题
一是偏振棱镜
二是相位延迟器
我们先看偏振棱镜,一种是偏振起偏棱镜
一,格兰-汤姆逊棱镜
格兰-汤姆逊棱镜
是由方解石晶体
和加拿大树胶组成的
把一块立方形的方解石晶体
从中间切开
沿对角斜面切开
然后用加拿大树胶
把这两块切开的方解石晶体
再粘在一起
就构成了格兰-汤姆逊棱镜
它的要求是加拿大树胶的折射率
是要介于方解石晶体的
o光和e光的折射率之间
也就是no等于ng
ng是加拿大树胶的折射率
大于ne
因为方解石晶体
是负单轴晶体
所以no是大于ne的
利用加拿大树胶的折射率
介于no和no之间
这样一个特性进行分光
也就是说这个角度
设计得合适的时候
平行光入射到这个
从这个界面正入射进来
到达这个斜面
到达这个斜面的时候
这个角度是之前计算好的
利用这个角度
介于o光全反射临界角
和e光全反射临界角之间
就可以实现o光和e光的分离
一束光o光是大于全反射临界角的
所以它在这个界面上
发生全反射
所以o光从下面就出来了
发生了全反射了
e光小于全反射临界角
所以它就从这个透过去了
实现了o光和e光的分离
出射的光是e光
e光的振动方向是垂直于
这个图面的
因为这个光轴
也是垂直于一个图面的
所以出射的是e光
我们刚才分析的是
平行光正入射时候的情况
当入射光束不是平行光的时候
这个时候就有点麻烦了
为什么呢
因为你原来设计的o光
应该大于全反射临界角
现在它这个斜入射的时候
它在这个界面上的角度
o光入射到这个界面上的角度
比方说从下面入射来这束光
i’这束光
它的角度就小于了全反射临界角
原来等于应该全反射的
现在没有全反射透射出去了
而原来小于全反射临界角的e光
在这个界面上
从上面这个i角度入射的时候
它在这个界面上大于了
全反射临界角
本来设计它应该出去的
而这时候它没有出去
而从下面全反射下来了
所以格兰-汤姆逊棱镜的一个缺点
是只能用在这种平行光束
入射的条件下
第二种棱镜,格兰-付科棱镜
格兰-付科棱镜也是用方解石晶体
两块方解石晶体
它不用加拿大树胶来沾
它是用空气夹层
把两个晶体中间夹一个
很薄的空气夹层
让在这个空气夹层的界面上
和玻璃的界面上
一束光大于它的全反射临界角
一束光小于它的全反射临界角
大于全反射临界角的
从上面反射出去的
小于全反射临界角的
从右面透射出来了
大家看一下这个
两个格兰-付科棱镜有什么不一样
对了
它们同样是方解石晶体
但是它们的光轴的取向不一样
光轴的取向对左边这个a图
光轴是垂直于图片的
而右边这个b图
它这个光轴是平行于这个图面的
所以左边这个图透射的是
跟光轴平行的这个光
而右边这个图透射的也是e光
因为它的振动方向是跟光轴平行的
但是它俩
因为光轴转了90度
所以它俩透射的方向
也是转了90度的
这两个有什么不一样
图b比图a透射光的强度要大
相同的光束入射的时候
为什么呢
虽然它们都是e光
但是它们透射光的强度不一样
大家回忆回忆
当初菲涅耳公式是怎么讲的
菲涅耳公式
s波的反射率永远大于p波的反射率
s波的反射率永远大于p波的反射率
所以在这个b图中
b图的这个界面上
反射的是s波
而在a图的界面上
反射的是p波
所以a图透射的是s波
b图透射的是p波
而s波的反射率大于p波的反射率
所以b图的透射比
比a图的透射比要大
这就是这两个图的区别
虽然都是格兰-付科棱镜
但它们的能量利用率是不一样的
第二,我们讲偏振分光棱镜
偏振分光棱镜就可以获得
两束分开的偏振光
第一种是渥拉斯顿棱镜
渥拉斯顿棱镜是由
两块方解石晶体构成的
两块方解石晶体
虽然它们晶体的材料一样
但是它们轴的取向不一样
比方说这个图上所示的
左边这块分解石晶体
它的轴是平行于图面的
而右边这块方解石晶体
它的轴是垂直于图面的
这样一来,在第一块棱镜中
o光,e光垂直正入射的时候
它们的在第一块晶体中
不发生双折射
它们的传播方向还是一样的
但是到了第一块晶体
和第二块晶体的界面
在第一块棱镜中的o光
到了第二块棱镜中
就变成了e光
而在第一块棱镜中e光
在第二块棱镜中就变成了o光
所以o光变e光
e光变o光
它们折射角就不一样
折射角不一样的时候
在出晶体的时候
是ne跟空气的折射率差
no跟折射率的空气的差
no跟空气折射率的差
就导致了它们进一步再折射
折射出来这个角度φ
它俩之间的夹角是2φ
这个2φ可以通过
它们之间折射率no、ne
和空气的折射率1
来算出来
算出来这个2φ的大小
第二种偏振分光棱镜是洛匈棱镜
它是由两块石英晶体构成的
石英晶体是正轴晶体no小于ne
这两块正轴晶体
它的光轴方向不一样
在第一块棱镜中
光轴是垂直于界面的
在第二块棱镜中
光轴是平行于界面的
所以当平行光正入射到
第一块晶体的时候
它们与光轴的方向相同
所以不发生双折射
在第一块棱镜中的o光
到第二块棱镜中
变成了e光
它就要偏向界面的法线方向
就是这个
下面这条光线所示的
是o光变e光
o光变e光的时候
折射率发生了变化
它发生一个折射
而在第二块棱镜中
仍然是o光的
就是o光变o光
实际上是没变
折射率一样
所以它的折射角
是跟入射角是相等的
不发生变化
就直接就出来了
这个棱镜,洛匈棱镜
跟刚才那个格兰-汤姆逊棱镜的
区别是什么呢
它的区别就是两束光分开了
但是有一束光仍然是垂直于界面的
这束光在光学里头调光路的时候
垂直于界面是比较好用的
而前面格兰-汤姆逊棱镜
两束光都是斜着出来的
在调光路的时候
会造成一定的困难
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