偏振光的產(chǎn)生及其應(yīng)用.doc

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1、偏振光的產(chǎn)生及其應(yīng)用程思源班級(jí)：學(xué)號(hào)：摘要該文通過(guò)對(duì)偏振光的分析，全面地介紹了偏振光的分類、產(chǎn)生方法及應(yīng)用。在偏振光產(chǎn)生的介紹中，分別介紹了線偏振光、橢圓偏振光、徑向偏振光的產(chǎn)生方法，并利用電場(chǎng)矢量進(jìn)行了具體分析。最后介紹了偏振光在生活和研究中的應(yīng)用。關(guān)鍵字：偏振光，雙折射，布魯斯特棱鏡1、偏振光的定義及分類1.1偏振光的定義：在一般光源中包含著各個(gè)方向的光矢量，在所有可能的方向上的振幅都相等(軸對(duì)稱)，這樣的光叫自然光。偏振光是指光矢量的振動(dòng)方向不變或具有某種規(guī)則地變化的光波。偏振光是光矢量不均勻分布造成的。我們把這種振動(dòng)方向?qū)τ?/p>

2、傳播方向的不對(duì)稱性叫做偏振。1.2偏振光的分類：均勻偏振光：根據(jù)光波電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪的軌跡的形狀，來(lái)對(duì)偏振光的種類進(jìn)行劃分，大致可以把偏振光分為：線偏振光、圓偏振光、橢圓偏振光這幾種，而線偏振光和圓偏振光都可以看作是橢圓偏振光的特殊情形。非均勻偏振光：非均勻偏振光的偏振態(tài)較為復(fù)雜，如徑向偏振光，是電矢量振動(dòng)方向在光束橫截面上具有軸對(duì)稱性,始終沿著徑向的一種偏振光。如下圖：圖一：徑向偏振光的電場(chǎng)分布其電場(chǎng)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：（其中）為徑向單位矢量。2、偏振光的產(chǎn)生2.1將自然光轉(zhuǎn)化為偏振光的方法有很多種，常用的有以下幾種：(1)利用

3、偏振片的二向色性將自然光轉(zhuǎn)化為偏振光通常而言，這種方法是最簡(jiǎn)單的方法。所謂二向色性，就是指某些物質(zhì)能吸收某一方向的光振動(dòng)，而只讓與這個(gè)方向垂直的光振動(dòng)通過(guò)。利用偏振片獲得偏振光的方法就是利用了偏振片的二向色性。(2)利用反射、折射原理產(chǎn)生偏振光空氣玻璃圖二：通過(guò)反射和折射產(chǎn)生偏振光的光路圖利用圖中的方法，可以獲得反射偏振光和折射偏振光。其中反射光為部分偏振光，形成偏振光的特點(diǎn)是：垂直于入射面的振動(dòng)大于平行于入射面的振動(dòng)。折射光也為部分偏振光，特點(diǎn)是：平行于入射面的光大于垂直于入射面的光。對(duì)于一般的光學(xué)玻璃,反射光的強(qiáng)度約占入射光強(qiáng)度

4、的7.5%，大部分光將透過(guò)玻璃。所以運(yùn)用多個(gè)平行的玻璃片組成的玻璃片堆可以得到線偏振光。(3)利用晶體雙折射產(chǎn)生偏振光這是通過(guò)晶體特性以及雙折射的原理產(chǎn)生偏振光的方法。以方解石晶體為例，當(dāng)光束通過(guò)晶體時(shí)會(huì)發(fā)生雙折射現(xiàn)象，產(chǎn)生尋常光和非尋常光。其中尋常光是符合折射定律的光線，非尋常光則不符合折射定律。通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，尋常光線和非常光線都是偏振光。2.2其他方法因?yàn)樵诳茖W(xué)研究中和日常生活中仍然有許多其他方法可以產(chǎn)生偏振光。在此，具體針對(duì)橢圓偏振光和徑向偏振光的產(chǎn)生方法做出具體分析。(1)橢圓偏振光的產(chǎn)生[1]橢圓偏振光是兩列頻率相同,振動(dòng)

5、方向互相垂直,且沿同一方向傳播的線偏振光的合成。其電矢量的端點(diǎn)在波面內(nèi)描繪的軌跡為一橢圓。要獲得一般的橢圓偏振光,只需令自然光連續(xù)通過(guò)一個(gè)起偏器和一個(gè)波晶片。起偏器將自然光變?yōu)榫€偏振光,波晶片將線偏振光分解尋常光和非常光,由于它們?cè)诰w內(nèi)的傳播速度不同,產(chǎn)生了一定的位相差δ,射出晶片之后,尋常光和非常光合成在一起便得到橢圓偏振光。把射出晶片的兩個(gè)分量寫成：（1）由(1)式有：（2）（3）由（2）、（3）式可得：可知，這是一個(gè)橢圓方程,所以運(yùn)用這種合成的方法可以得到橢圓偏振光，并且在更特殊的情況下可以得到圓偏振光。(2)徑向偏振光的產(chǎn)

6、生[2]1、C-cutNd:YVO4晶體的雙折射產(chǎn)生徑向偏振光KazuhiroYonezawa等人設(shè)計(jì)的一種在激光腔內(nèi)直接產(chǎn)塵徑向偏振光的簡(jiǎn)單裝置,如圖三所示。激光腔由(凹透鏡,C-晶軸,輸出耦合器)。三個(gè)部分組成Nd:YVO4被置于C-晶軸內(nèi),Nd:YVO4晶片有正雙折射效應(yīng),而對(duì)波長(zhǎng)為1.065μm的o光和e光折射率分別為no=1.9573和nex=2.1652。當(dāng)光線通過(guò)雙折射晶體時(shí),不論是發(fā)散還是匯聚,因折射率不同,o光和e光仍將沿不同路徑傳播。諧振腔由平面鏡和凹透鏡組成,且鏡間間距近似等于凹透鏡的半徑,由于e光在晶體表面比

7、o光折射得更厲害,e光的穩(wěn)定諧振長(zhǎng)度限將比o光長(zhǎng)。因此,將產(chǎn)生一段e光穩(wěn)定而o光不穩(wěn)定的諧振腔長(zhǎng)度范圍。當(dāng)諧振腔的長(zhǎng)度稍大于凹透鏡的半徑時(shí),在此諧振腔中將僅有e光能穩(wěn)定振蕩。而e光對(duì)應(yīng)于徑向偏振光束,這樣就得到了徑向偏振光束。這種方法產(chǎn)生的徑向偏振光束即使在較低功率輸出下也相當(dāng)穩(wěn)定,而且由于其構(gòu)造極其簡(jiǎn)單,有望被作為徑向偏振激光源?！?、圓錐形布魯斯特棱鏡產(chǎn)生徑向偏振光UichiKozawa和ShunichiSato設(shè)計(jì)了布魯斯特光學(xué)元件,如圖四所示,來(lái)實(shí)現(xiàn)可靠的更高穩(wěn)定性的徑向偏振光。布魯斯特光學(xué)元件由凸棱鏡及凹棱鏡組成,它可從N

8、d:YAG激光諧振腔內(nèi)直接產(chǎn)生徑向偏振光束。為傳輸激光,此光學(xué)元件構(gòu)成的凸棱鏡和凹棱鏡的頂角的設(shè)計(jì)滿足布魯斯特條件。凸棱鏡的側(cè)面涂上了多層電介質(zhì)層(圖4)(SiO2和Ta2O5)以提高偏振選擇性。當(dāng)此棱鏡用于Nd:YAG激光諧振腔內(nèi),