天津大学：《工程光学》课程PPT教学课件（几何光学、物理光学）第十四章 光的偏振和晶体光学基础（14.7）偏振光的变换和测定

第七节偏振光的变换和测定 、偏振光的变换( Polarized light' s transform) 1、椭圆偏振光和圆偏振光的获得 方法:采用起偏器和λ4波片从自然光中获得 透光轴 天津大学精仪学院 0≠00 0≠90° x(快轴) 线偏光 θ≠450椭圆偏振光 自然光 0=450圆偏振光 起偏器 1/4波片 Polarizer Quarter-wave plate 天津大学作 24

1 一、偏振光的变换(Polarized light’s transform) 第七节 偏振光的变换和测定 1、椭圆偏振光和圆偏振光的获得 方法：采用起偏器和/4波片从自然光中获得 自然光 线偏光 Quarter-wave plate 1/4波片 x(快轴) y 45o 椭圆偏振光 =45o 圆偏振光 起偏器 Polarizer x y 透光轴 0 o  90o 

偏振光的产生与变换 变换后 线偏光 椭圆偏光 变前 圆偏光 先通过一个起偏器,再通 自然光 通过起偏器 先通过一个起偏器,再通过一个快(慢)轴与起偏 过一个快〔慢)轴与起偏器不成士45度或0度的14 波片 天津大学精仪学院 通过一快(慢)轴与起 线偏光 *** 通过一个快(慢)轴与起偏器不成士4度或0度的 偏器成士45度的4波片14波片 先通过一个1/4波片变为 圆偏光通过一个4波片 *水水水* 线偏光,再通过一快( 慢)轴与起偏器不成±45 度或0度的1/4波片 通过一快(慢)轴与椭|先通过一个14波片变为 椭圆偏光圆的长(短)轴一致的线偏光 ,再通过一快( 1/4波片 慢)轴与线偏光成±5度 天津大学作 的14波片 24

2 偏振光的产生与变换 变换前 变换后 自然光 线偏光 圆偏光 椭圆偏光 线偏光 圆偏光 椭圆偏光 ***** ***** ***** 先通过一个起偏器，再通 过一个快（慢）轴与起偏 器成45度的1/4波片 先通过一个起偏器，再通 过一个快（慢）轴与起偏 器不成45度或0度的1/4 波片 ？ ？ ？ ？ ？ ？ ？ 通过起偏器 通过一个快（慢）轴与起 偏器成45度的1/4波片 通过一快（慢）轴与起 偏器不成45度或0度的 1/4波片 通过一个1/4波片 先通过一个1/4波片变为 线偏光，再通过一快（ 慢）轴与起偏器不成45 度或0度的1/4波片 通过一快（慢）轴与椭 圆的长（短）轴一致的 1/4波片 先通过一个1/4波片变为 线偏光，再通过一快（ 慢）轴与线偏光成45度 的1/4波片

偏振光的检验用实验方法来鉴别光的偏振性质 复习:光的偏振性质 OK 检偏器光强变化,且有消光位置 自然光 天津大学精仪学院 圆偏振光 无光强变化 部分圆偏光 椭圆偏振光 部分线偏光 光强变化 但不消光 部分椭圆偏光 天津大学作 24

3 2、偏振光的检验 检偏器 线偏振光 自然光 圆偏振光 部分圆偏光 椭圆偏振光 部分线偏光 部分椭圆偏光 光强变化， 但不消光。 光强变化，且有消光位置 无光强变化 OK 复习：光的偏振性质 （用实验方法来鉴别光的偏振性质）

1/4波片 检偏器 无强度变化 OK 有强度变化和消光位置 有强度变化无消光位置 天津大学精仪学院 14波片 检偏器 椭圆偏振光 有强度变化和消光位置 部分线偏光 无消光位置、光强无变化 部分椭圆偏光 无消光位置、光强有变化 波片快轴与光强最大的方向重合 天津大学作 24

4 椭圆偏振光 部分线偏光 部分椭圆偏光 检偏器 1/4波片 自然光 圆偏振光 部分圆偏光 无强度变化 有强度变化和消光位置 有强度变化无消光位置 检偏器 1/4波片 OK 波片快轴与光强最大的方向重合 有强度变化和消光位置 无消光位置、光强无变化 无消光位置、光强有变化

偏振光的检验 方法:利用位相延迟器和偏振器 检/无光检偏器方入无光强变化,自然光 变化加14波有光强变化有消光 偏 片并旋转 圆偏振光 天津大学精仪学院 器 检偏器」有光强变化无消光部分圆偏振光 5入 射旋 有消光 线偏振光 光转 检偏器 有光强 检偏器前加有消光椭圆偏振光 变化,无消光片光轴与最 1/4波片使波 大光强平行 光强无变化部分线偏振光 ,并旋转检|无消光 偏器 天津大学作 光强有变化部分椭圆偏振光 24

5 偏振光的检验 方法：利用位相延迟器和偏振器 入 射 光 检 偏 器 ， 旋 转 检 偏 器 无光强 变化 有光强 变化 检偏器前 加 1/4 波 片并旋转 检偏器 无光强变化 有光强变化有消光 有光强变化无消光 自然光 圆偏振光 部分圆偏振光 检 偏 器 前 加 1/4 波 片 使 波 片 光 轴 与 最 大 光 强 平 行 ， 并 旋 转 检 偏器 有消光 无消光 椭圆偏振光 光强无变化 光强有变化 部分线偏振光 部分椭圆偏振光 有消光 无消光 线偏振光

、偏振光的测定 1、线偏振光的测定 含义:确定是否是线偏振光; 测定线偏振光的振动方向。 天津大学精仪学院 出发点:马吕斯定律 半影式检偏器:用以提高检偏器方位的定位精度 天津大学作 24

6 二、偏振光的测定 1、线偏振光的测定 含义：确定是否是线偏振光； 测定线偏振光的振动方向。 出发点：马吕斯定律 半影式检偏器：用以提高检偏器方位的定位精度

半影式检偏器工作原理 原理 结构: y波片慢轴 AJ H A2 入射光 P1入射线偏光 天津大学精仪学院 波片快轴 HI H2 A 检偏器透光轴 OH1=sin2(6-6") 12=OH=sin(+6") 24

7 半影式检偏器工作原理 sin ( ') sin ( ') 2 2 2 2 2 2 1 1     = + = − I OH I OH ＝ ＝ 波片快轴 x y O A P1 ’ P2 ’ H1 H2 原理 波片慢轴 入射线偏光 检偏器透光轴 入射光 H A2 结构： A1

2、椭圆偏振光的测定 含义:用实验方法测定表示偏振状态的参量(指 定坐标系中的方位角v、椭圆度tg和旋向;或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差δ。) 天津大学精仪学院 A2 Al O 天津大学作 8 24

8 2、椭圆偏振光的测定 含义：用实验方法测定表示偏振状态的参量（指 定坐标系中的方位角、椭圆度tg和旋向；或直角 坐标系下两偏振光振幅比和位相差。） y x x’ y’ C2 O A1 A2  

方法:采用14波片和检偏器( Analyser)的方法 步骤:1)首先用检偏器测定椭圆长轴的方位角v和 椭圆度tge 2)用1/4波片和检偏器测定椭圆偏光的旋向 1)设xoy坐标系中椭圆的琼A 天津大学精仪学院 斯矩阵为 A X E 入 cos.sin 20 检偏器透光轴与x轴夹角G 天津大学作 是θ,其琼斯矩阵为 Sin 20. sin-0 9 24

9 方法：采用1/4波片和检偏器(Analyser)的方法。 步骤：1）首先用检偏器测定椭圆长轴的方位角和 椭圆度tg 2）用1/4波片和检偏器测定椭圆偏光的旋向。 1）设x’oy’坐标系中椭圆的琼 斯矩阵为 x x’ y’ C2 O A1 A2         = 2 1 iA A E入 检偏器透光轴与x’轴夹角 是，其琼斯矩阵为：                 2 2 sin 2 , sin 2 1 sin 2 2 1 cos , G＝

cos-0.sin 20 A COS- 6+A2 sin 28 E出=GE入 sin 20. sin-0 sin 20+iA, sin-0 出射光的强度( Intensity)为: 天津大学精仪学院 I(O)=41cos20+ 232 Sin 20+sin 20+ia iA2 0 lcos+ 由此可找出光强最大的位置,从而确定长轴与预定 天秒岁频的x轴之间的夹角和椭圆度tg=AA 10 24

10           + + =                  =         2 2 1 2 2 1 2 1 2 2 sin 2 sin 2 sin 2 2 1 cos sin 2 , sin 2 1 sin 2 2 1 cos , iA A A A iA A E GE 出 入＝ 出射光的强度(Intensity)为： ( ) 2 2 2 2 2 2 1 2 2 2 1 2 2 2 1 cos sin 2 sin 2 sin 2 2 1 ( ) cos A A A iA A I A A = − + = + + +       由此可找出光强最大的位置，从而确定长轴与预定 的x轴之间的夹角和椭圆度tg =A2/A1