激光光束偏振特性研究

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1、激光光束偏振特性研究激光光束偏振特性研究【實驗儀器】激光光源，尼科耳棱鏡，光具組，光學(xué)平晶，分光鏡，照度計，綜合測試儀等【實驗內(nèi)容】1、測量某一時刻激光器輸出激光光束的偏振度及偏振方向。2、測量激光光束的偏振方向和偏振度隨時間的變化。【數(shù)據(jù)處理要求】1、作圖法得到光束光強(qiáng)度分布，并確定偏振方向，計算偏振度。2*、解析方法得到偏振橢圓方程及其隨時間的變化公式。閱讀材料光的偏振與偏振度1.偏振現(xiàn)象光屬于電磁波。在許多光波-與物質(zhì)和互作用時，主耍是其中的電振動矢量起主耍作用。因此，在物理學(xué)中我們通常用電矢量E(r,t)或電矢量的振幅E(r)來描述光的行為。光的偏振也是用電

2、矢量來描述的。在垂直于光的傳播方向上，如杲其電矢量的振動是各向同性的，電矢量大小在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)的各個方向上是完全相同的，我們稱這束光是沒冇偏振的。如果其電矢量的振動在垂直于光的傳播方向的平面內(nèi)不是各向同性的，我們把這種隨著方向的改變，光波的電矢量大小是有差異的現(xiàn)象稱作光是有偏振的。通常，論述光的偏振有三種情況。1)完全偏振光在某一時刻，某一位置，在垂直于光傳播方向的平而內(nèi)，只在某一方向存在著電矢量，在和該方向垂直的方向上沒冇電矢量或其分量，這種光稱為完全偏振光。深入研究，完全偏振光又有線偏振光(平而偏振光)、圓偏振光、橢圓偏振光Z分。線偏振光是隨著光波的

3、傳播，其電矢量的振動方向始終不改變，在垂直于光傳播方向的任意一個平而內(nèi)，其投影是一條直線，因此，稱其為線偏振光。而從三維空間來看，具電矢量的振動始終在一個平面內(nèi)，因此，也稱其為平面偏振光。圓偏振光雖然在任一時刻，任一位置，在垂育?于光傳播方向的平面內(nèi)，只在某一方向存在著電矢量，但其電矢量在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)的投影，卻不是一條直線，而是一個圓。它的電矢量其實是隨著時間和位置的改變而改變的，而且它的改變是等幅改變。橢圓偏振光與圓偏振光類似，它的電矢量其實是隨著時間和位置的改變而改變的，只是它的改變是不等幅改變，其電矢量在垂直于光傳播方向的平而內(nèi)的投影，是一個橢圓。

4、2）部分偏振光部分偏振光的電矢量在垂直于光傳播方向的平而內(nèi)的投影，也是一個橢圓，它和橢圓偏振光的區(qū)別在于，它是在任一時刻，任一位置，在垂玄于光傳播方向的平面內(nèi)看到的電矢量外輪廓都是橢1員I。部分偏振光町以看作是一個完全線偏振光和一個完全非偏振光的振幅合成。3）完全非偏振光在任一時刻，任一位置，在垂直于光傳播方向的平面內(nèi)看到的電矢量外輪廓都是圓的光，我們把它稱作完全非偏振光。通常我們用“自然光”這個詞匯來描述它。2.偏振度不論線偏振光還是部分偏振光，都可以稱為偏振光，各種偏振光的偏振程度是不一樣的，為了描述偏振光的偏振程度，定義一個函數(shù)——偏振度，用它來描述偏振光的偏

5、振特性。偏振度PImaxIminImaxIminlmax是光的各個偏振面屮電矢量振幅最人的那個方向上的光強(qiáng)度，ImaxEM；Imin是光的各個偏振而中的電矢量振幅最小的那個方向上的光強(qiáng)度，IminE2mo一般來講，這兩個方向是正交的，它們分別是偏振橢圓的長軸和短軸。若：IMIm,即表示各個方向上的振動和同，對應(yīng)完全非偏振光，和應(yīng)P二0。若：Im0,對應(yīng)從光的截而上看，某一方向上沒有振動，這是一個完全偏振光，P=l。3.偏振的描述用數(shù)學(xué)語言來描述物理現(xiàn)象，在物理過程的變換計算中是很方便的。我們通常用瓊斯矩陣來描述偏振光。設(shè)在主軸系統(tǒng)中偏振光E的兩個正交分量的復(fù)振幗為（

6、在光學(xué)中，通常用z方向表示光傳播的方向）2~Exalei1~i2Eya2e矩陣表示法就是用一個稱為瓊斯矢量的列矩陣來表示偏振光~1Exalei1ilaEiale2ei（21）2aEya2e1~2~22IExEyal2a222通常我們研究的往往是光強(qiáng)的相對變化，所以可以用ala2去除E的每一個分量得到其歸一化的形式。考慮到偏振態(tài)的形狀、位置及旋向僅僅取決于兩個分量的振幅比tanaa2/al和和位差21,因此歸一化的瓊斯矩陣可以寫為E122aeiala2al以下舉兒個例了說明如何用瓊斯矩陣描述偏振光。1）光矢量與x軸成角、振幅為a的線偏振光、2~2~~2EEaExaco

7、sEyasinxy歸一化的瓊斯矩陣為1acoscosEsinaasin2）長軸沿x軸，長短軸Z比為2:1的右旋橢圓偏振光Imax是光的各個偏振血中電矢量振幅最人的那個方向上的光強(qiáng)度，IniaxEM；Iniin是光的各個偏振面中的電矢量振幅最小的那個方向上的光強(qiáng)度，IminE2mo一般來講，這兩個方向是正交的，它們分別是偏振橢圓的長軸和短軸。若:IMIm,即表示各個方向上的振動相同，對應(yīng)完全非偏振光，相應(yīng)P=0。若：Im0,對應(yīng)從光的截面上看，某一方向上沒有振動，這是一個完全偏振光，P二1。3.偏振的扌苗述用數(shù)學(xué)語言來描述物理現(xiàn)彖，在物理過程的變換計算中是很方便的