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3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)在线视频

3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

下一节:3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

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3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)课程教案、知识点、字幕

大家好

今天我们讲相位延迟器

所谓的相位延迟器

是改变偏振光偏振态的器件

分两大类

一类是波片,一类是补偿片

波片里头我们常用的有

全波片、半波片和四分之一波片

而补偿器里头

又分两种

一种是巴比涅补偿器

一种是索里补偿器

波片是光轴平行于晶面的

透明平行晶片

也就是说这个

首先它是透明的

光是能透过去的

它这个两个表面是平行的

而且光轴是平行于这个表面的

平行于这个界面的

然后这个光是正入射在

这个界面上

所以光轴始终是垂直于

光线传播方向的

在这个方向上

就是我们上一讲

讲到的最后一种情况

它虽然方向上不发生双折射

但是两束光的传播速度不一样

就导致了出射的时候

经过这个厚度d

波片的厚度d

出射的时候会产生相位差

所以它是可以改变入射光束的

偏振态的

波片工作机理是由晶体中

o光、e光传播速度不同

no、ne的差决定了

通过晶片后引入固定的相位差

使偏振态发生变化

波片产生的光程差与相位延迟

可以通过下面这个公式

Δ等于no减ne 乘以d

小δ,相位差就等于2π除以λ

乘以no减ne乘以d

这样公式来计算出来

它们产生的相位差

波片里头有快轴和慢轴

波片的快轴是晶体中波速快的

光矢量的振动方向对应的那个轴

而慢轴是与快轴垂直的那个方向

那个轴

就是一束传播速度快

一束传播速度慢

传播速度快的那个光矢量

对应的方向是快轴

传播速度慢的那个光矢量

对应的振动方向是慢轴

我们来看这种典型的波片

第一是全波片

全波片顾名思义

它产生的相位差δ是2π的整数倍

产生2π整数倍的相位差

2π整数倍的相位差

我们说入射光

两个互相垂直的偏振方向

它产生的相位差是2π的整数倍

不改变入射光的偏振态

不改变入射光的偏振态

这种全波片有什么用呢

在这个应力仪中

我们用这个全波片

应力仪是干什么的

就是检验玻璃残余应力的

一种仪器

它是由上下两个互相垂直的偏振器

偏振片,中间是被测样品玻璃G

我们要加一个全波片放在里头

放在里头的作用是干什么呢

相位的偏置

产生一个固定的相位偏置

为什么要产生相位偏置呢

就是玻璃残余应力

它的相位差非常小

非常小的相位差

它对应这个颜色的变化非常小

看不清楚

我们加一个2π整数倍的相位差

把这个相位先移到这个

颜色变化比较明显的这个区域

然后有一个δ的残余应力

产生的这个相位差

再加上原来全波片

产生的2π整数倍的相位差

在这个大的相位差的区域之内

它的颜色变化比较明显

这就是全波片的相位偏置作用

第二种波片是半波片

半波片它产生的是

π的奇数倍的相位差

它的光程差是二分之一波长的奇数倍

所以相位差是π的奇数倍

它的厚度可以根据这个公式

来求出来

入射的线偏振光

经过二分之一波片后

它仍然是线偏振光

偏振的方向发生了变化

原来偏振面在这个一三象限

经过这个二分之一波片后

它的振动面

就跑到了二四象限

就是出射光和入射光之间

有一个2倍α的夹角

这个α就是入射光的振动方向

跟快轴的夹角

我们叫它α

经过这个偏振片后

入射光的偏振方向

要发生2倍α的旋转

是半波片对线偏振光入射

所起的作用

圆偏振光或者椭圆偏振光

经过半波片之后

会发生什么情况呢

我们说入射的圆偏振光

或者椭圆偏振光

经过二分之一波片后

其出射光的旋向反向

就是原来左旋的

通过二分之一波片变成右旋

原来右旋的通过二分之一波片

变成左旋

半波片起这个旋向反转的作用

四分之一波片是用的最多的

一种波片

它产生的光程差

是四分之一波长的奇数倍

产生的相位差

是二分之π的奇数倍

四分之一波片的最小厚度dmin

可以通过这个公式求出来

等于λ除以4倍的no减ne

所以最小厚度是非常小的

一般我们不用这么薄的

作为波片

而是用零级波片

就是两个厚度差

相差为四分之一波长奇数倍的

两个材料贴在一起

叫做零级波片

四分之一波片

对入射光偏振态的变换作用

一般情况下

一束线偏振光

入射到四分之一波片表面之后

出射光一般情况下

是一束椭圆偏振光

因为它把这个线偏振光

分解到两个轴上

快轴和慢轴

两个轴产生二分之π的相位差

但是它两个轴的分量的大小不一样

所以它合成的是一个椭圆偏振光

只有当光,入射光矢量

相对于快轴方位为正负45度的时候

也就是说沿着快慢轴的角平分线方向

入射的时候

出射光为圆偏振光

因为它分解出来两个振幅是相等的

当这个no大于ne的时候

我们可以判断出来

e光是超前的

因为ve大于vo

所以e光超前,e光先出来

波片使用是有要求的

波片只对某一波长的λ

产生某一确定的相位

所以设计波片的时候先要知道

是针对某一个波长来设计

所以这个厚度差

就是根据这个波长来求出来的

所以它只针对

这一个特定的波长

产生固定的相位差

波片上入射的光应该是偏振光

我们说只有偏振光

经过波片之后

它的偏振态才会改变

而一束自然光入射到波片上

它出射后仍然是自然光

因为自然光各个方向振动是随机的

大小是随机的

状态也是随机的

所以它出射光仍然是自然光

入射光的光矢量

相对于快轴和慢轴

不能等于0或者二分之π

也就是说你入射光的光矢量

不能只沿着快轴或只沿着慢轴

有分量

沿着另外一个轴没有分量

这时候波片也不能改变偏振态

这个比较容易理解

因为它是沿着两个轴产生相位差

你现在只有一个轴有分量

它沿着这个轴就出去了

所以它不会有这个相位差产生

也不会改变偏振态

最后一种是补偿器

补偿器就是能任意

并且连续的改变相位差的

一种偏振器件

两种,一种是巴比涅补偿器

由这幅图可以看出来

巴比涅补偿器的工作原理

巴比涅补偿器是由两块

光轴互相垂直的石英楔组成的

第一块石英的光轴

是平行于上界面的

第二块石英晶体的光轴

是垂直于这个图面的

是垂直于这个图面

第一个是平行于这个图面的

当光束垂直入射到这个

巴比涅补偿器的时候

我们可以看到

它在第一块晶体里头

经过d1的距离

再入射到第二块晶体里头

经过d2的距离

在第一块晶体里头的o光

到了第二块晶体里头

变成了e光

在第一块晶体里的e光

到第二块晶体里变成了o光

所以它们产生的光程差

就等于no减ne的绝对值

乘以d1减d2

就是取决于d1和d2的差

和no和ne的差

这个图我们可以发现一个问题

就是在这个巴比涅补偿器

左边和右边的不同位置

产生的光程差是不同的

所以它可以任意连续改变

相位差和光程差

但是问题又来了

就是说你可以产生不同的光程差

但是对于细光束是对的

而对于一个宽光束来讲

宽光束

你覆盖的这个横向有一定宽度

它左边

光束的左边和右边

产生的光程差不一样

这个时候出射光的偏振态就乱了

所以说巴比涅补偿器

只适用于窄的光束

第二种补偿器叫索里补偿器

索里补偿器是巴比涅补偿器的

一种变形

它是用两块光楔厚度发生变化

来改变这个厚度

所以可以改变

光在这一块晶体里头走的距离

因此可以获得任意的相位差

两光楔相接触的全部区域内

就是这个两光楔重叠的全部区域内

这个宽度内相位差是稳定的

就可以用于宽光束

而且可以改变相位差

连续的改变相位差

在上面这个晶体走的距离

和下面走的距离的差

乘以no减ne

就决定了它整个的相位差

最后我们举一个例题

一束线偏振的钠黄光

钠黄光的波长告诉你了

589.3纳米

垂直通过一块厚度

为0.01618的石英波片

波片折射率为no等于1.54424

ne等于1.55335

光轴方向平行于x轴

告诉了你光轴的方向

问当入射线偏振光的振动方向

与x轴的夹角等于θ

等于30度的时候

和45度的时候

出射光的偏振态是怎么样的

就是一块正轴晶体

入射光的波长告诉你了589.3

晶体的厚度和折射率都告诉你了

让你求振动方向与x轴夹角

分别为30度和45度时

出射光的偏振态是怎么样的

我们来看首先石英是正轴晶体

它的no是小于ne的

vo是大于ve的

入射的先偏振光在波片内

产生的振动分别沿着x方向

和y方向振动

把它分解到x方向和y方向

光轴在x轴

它告诉你了

光轴在x轴

光轴在x轴的时候

沿x轴振动的光

在光轴面内

所以它是e光

沿y方向振动的光

它是垂直于光轴的

所以它是o光

vo大于ve

所以y轴是快轴,x轴是慢轴

振动方向由y轴先出来

y轴传播的快,y轴先出来

x轴传播的慢,x轴后出来

所以它是从y轴转向x轴

顺时针方向

所以它是右旋偏振光

我们先把它的旋向判断出来

然后再求o光,e光通过时的相位差

就是δ

δ就是2π除以λ乘以no减ne乘以d

我们可以算出来

δ等于负的二分之π

当θ等于30度的时候

e光和o光的振幅分别为

在30度方向的cos投影

和30度方向的sin投影

所以y方向是sin

是二分之A1

x方向是cos 30度

是二分之根号3的A1

所以它出射的应该是一个

椭圆右旋偏振光

椭圆的长轴沿x轴

当θ等于45度的时候呢

45度在两个轴上的投影

都是根号2分之一

所以出射的光是圆偏振光

而且是右旋圆偏振光

例题就讲到这里

这一讲就讲到这儿

谢谢

光学工程基础课程列表:

绪论——课程内容简介

-1.1.1 课程背景和内容简介

--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

绪论——预备知识

-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

--光学工程中的常用函数

-1.2.3 常用函数的运算与变换

--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:Optics-Light at Work

--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

上篇:应用光学——光波、光线和成像

-2.1.1 基本概念和光线传播基本定律

--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

上篇:应用光学——近轴光学

-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

--近轴球面成像放大率

-2.2.4 物像空间及光学不变量

--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

上篇:应用光学——理想光学系统

-2.3.1 理想光学系统基本概念

--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

--2.3.2 理想光学系统的基点与基面

-2.3.3 图解法求像

--2.3.3 图解法求像

-2.3.4 解析法求像

--2.3.4 解析法求像

-2.3.5 理想光学系统的放大率

--2.3.5 理想光学系统的放大率

-2.3.6 理想光学系统焦距关系

--2.3.6 理想光学系统焦距关系

-2.3.7 理想光学系统组合

--2.3.7 理想光学系统组合

-2.3.8 透镜与薄透镜

--2.3.8 透镜与薄透镜

-2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

--2.3.9 远摄型光组和反远距型光组

-第三次作业--作业

上篇:应用光学——平面反射镜与棱镜

-2.4.1 平面反射镜及双平面反射镜

--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

--2.4.2 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

--2.4.3 反射棱镜成像方向

-2.4.4 棱镜转动定理

--2.4.4 棱镜转动定理

-2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

--2.4.5 角锥棱镜和折射棱镜

-2.4.6 光学材料简介

--2.4.6 光学材料简介

-第四次作业--作业

上篇:应用光学——光学系统中的光束限制

-2.5.1 光阑简介与孔径光阑

--2.5.1 光阑简介与孔径光阑

-2.5.2 视场光阑与渐晕

--2.5.2 视场光阑与渐晕

-2.5.3 远心光路

--2.5.3 远心光路

-2.5.4 景深

--2.5.4 景深

-第五次作业--作业

补充材料:光度学与色度学基础(不占学时)

-2.6.1 光度学与色度学基础

--2.6.1 辐射度学

-2.6.2 视见函数和光度学

--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

--2.6.3 光传播过程中光学量的变化规律

-2.6.4 色度学基本概念

--2.6.4 色度学基本概念

-2.6.5 CIE标准色度学系统

--2.6.5 CIE标准色度学系统

-第六次作业--作业

上篇:应用光学——像差简介

-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

--2.7.3 子午像差和弧矢像差

-2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

--2.7.4 彗差、像散、场曲、畸变

-2.7.5 垂轴像差、波像差

--2.7.5 垂轴像差、波像差

-2.7.6 光学传递函数

--2.7.6 光学传递函数

-第七次作业(像差)--作业

上篇:应用光学——人眼

-2.8.1 人眼的光学模型

--2.8.1 人眼的光学模型

-2.8.2 人眼的缺陷与校正

--2.8.2 人眼的缺陷与校正

-2.8.3 人眼的景深

--2.8.3 人眼的景深

上篇:应用光学——光学系统的分辨率

-2.9.1 光学系统的分辨率

--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

--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)

上篇:应用光学——放大镜

-2.10.1 放大镜

--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

--2.10.2 放大镜的光束限制和视场及目镜

上篇:应用光学——望远系统

-2.11.1 望远系统

--2.11.1 望远系统

-2.11.2 望远镜的放大倍率

--2.11.2 望远镜的放大倍率

-2.11.3 望远镜的视觉放大率

--2.11.3 望远镜的视觉放大率

-2.11.4 望远镜的分辨率

--2.11.4 望远镜的分辨率

-第九次作业(望远镜)--作业

上篇:应用光学——显微系统

-2.12.1 显微镜及其放大率

--2.12.1 显微镜及其放大率

-2.12.2 显微镜的视觉放大率

--2.12.2 显微镜的视觉放大率

-2.12.3 显微镜的孔径光阑

--2.12.3 显微镜的孔径光阑

-2.12.4 显微镜的机械筒长

--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

--2.12.5 显微镜的分辨率

-2.12.6 显微镜的景深

--2.12.6 显微镜的景深

-2.12.7 显微镜的照明系统

--2.12.7 显微镜的照明系统

-第九次作业(显微镜)--作业

下篇:物理光学——光的电磁性质

-3.1.1 电磁场的波动性

--3.1.1 电磁场的波动性

-3.1.2 平面电磁波及其性质

--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

--3.1.3 球面波与柱面波,光波辐射与辐射能

下篇:物理光学——在两电介质分界面上的折射和反射

-3.2.1 电磁场的连续条件(边界条件)

--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

--3.2.2 光在两电介质分界面上的折射与反射

-3.2.3 菲涅耳公式

--3.2.3 菲涅耳公式

-3.2.4 全反射与倏逝波

--3.2.4 全反射与倏逝波

-3.2.5 金属表面的反射

--3.2.5 金属表面的反射

-3.2节课后习题--作业

下篇:物理光学——光的吸收、色散和散射

-3.3.1 光的吸收、色散和散射

--3.3.1 光的吸收、色散和散射

下篇:物理光学——光波的叠加

-3.4.1 光波的叠加

--3.4.1光波的叠加

下篇:物理光学——干涉原理及相干条件

-3.5.1 干涉原理及相干条件

--3.5.1 干涉现象与干涉条件

-3.5节课后习题--作业

下篇:物理光学——杨氏干涉实验

-3.6.1 干涉图样计算

--3.6.1 干涉图样计算

-3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

--3.6.2 分波阵面干涉装置的特点

-3.6节课后习题--作业

下篇:物理光学——干涉条纹的对比度及其影响因素

-3.7.1 时间相干性

--3.7.1 时间相干性

-3.7.2 空间相干性

--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

下篇:物理光学——平板的双光束干涉

-3.8.1 干涉条纹的定域

--3.8.1 干涉条纹的定域

-3.8.2 平行平板产生的等倾干涉

--3.8.2 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

--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

下篇:物理光学——典型的双光束干涉系统及其应用

-3.9.1 斐索干涉仪

--3.9.1 斐索干涉仪

-3.9.2 迈克尔逊干涉仪

--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

下篇:物理光学—— 平行平板的多光束干涉及其应用

-3.10.1 平行平板的多光束干涉

--3.10.1 平行平板的多光束干涉

-3.10.2 F-P 干涉仪

--3.10.2 F-P 干涉仪

-3.10.3 光学薄膜基础

--3.10.3 光学薄膜基础

-3.10.4 单层膜与多层膜

--3.10.4 单层膜与多层膜

-3.10课后习题--作业

下篇:物理光学—— 光波的标量衍射理论

-3.11.1 惠更斯—菲涅耳原理

--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

--3.11.2 菲涅耳—基尔霍夫衍射公式及衍射分类

-3.11节习题--作业

下篇:物理光学—— 典型孔径的夫朗和费衍射

-3.12.1 夫朗和费衍射公式的意义

--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

--3.12.2 矩孔衍射和单缝衍射

-3.12.3 圆孔衍射

--3.12.3 圆孔衍射

-3.12节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学成像系统的衍射和分辨本领

-3.13.1 成像系统的分辨本领

--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

下篇:物理光学—— 多缝的夫朗和费衍射

-3.14.1 双缝与多缝的夫朗和费衍射

--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

--3.14.2 光栅的分光性能

-3.14.3 几种典型光栅

--3.14.3 几种典型光栅

-3.14节习题--作业

下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射

-3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

--3.15.1 圆孔和圆屏(盘)的菲涅耳衍射

-3.15.2 菲涅耳透镜

--3.15.2 菲涅耳透镜

-下篇:物理光学—— 菲涅耳衍射(菲涅耳衍射)

下篇:物理光学—— 傅立叶光学

-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

--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

--3.16.3 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

--3.16.4 相干成像系统分析及相干传递函数

-3.16节习题--作业

下篇:物理光学—— 光学信息处理

-3.17.1 非相干成像系统分析及光学传递函数

--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

--3.17.2 阿贝成像理论、波特实验与光学信息处理

-3.17.3 全息术

--3.17.3全息术

-3.17节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体中传播

-3.18.1 偏振光概述

--3.18.1 偏振光概述

-3.18.2 光在晶体中的传播

--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

--3.18.3 单色平面波在晶体中的传播

-3.18.4 单轴晶体中光的传播

--3.18.4 单轴晶体中光的传播

-3.18节习题--作业

下篇:物理光学——光在晶体表面的折射和反射

-3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

--3.19.1 光波在晶体表面的折射和反射

下篇:物理光学—— 晶体偏振器件

-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(一)

-3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)

--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

--3.20.2 偏振光和偏振态的琼斯矩阵表示

-3.20节课后作业--作业

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

-3.21.2 偏振光的测定

--3.21.2 偏振光的测定

-3.21节课后习题--作业

下篇:物理光学——偏振光的干涉

-3.22.1 平面偏振光的干涉

--3.22.1 平面偏振光的干涉

-3.22.2 会聚偏振光的干涉

--3.22.2 会聚偏振光的干涉

-3.22节课后习题--作业

下篇:物理光学——磁光、电光和声光效应

-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(一)

-3.23.1 旋光现象和磁致旋光效应(二)

--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(一)

-3.23.2 电光效应(二)

--3.23.2 电光效应(二)

-3.23.3 声光效应

--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

-期末考试--作业

3.20.1 偏振棱镜和相位延迟器(二)笔记与讨论

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