偏振器原理及應用PPT課件

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1、 偏振器原理及應用偏振器原理和應用1. 概述概述 在應用中，廣泛應用的是雙折射型的偏振器。因此我們重點討論雙折射型的偏振器。必須說明一下：我們這里討論的偏振器并不能制造偏振光，而只是具有對入射光進行分解與選擇的兩個功能。有些激光器可以產生偏振度很高的線偏振光。 光波是橫波，具有偏振特性。同一方向傳播的光，其偏振態可以不同。在光學和光電子技術中經常需要和測量光的特性，改變偏振態，以及利用其偏振特性進行一些物理量的測量等。為此需要產生和檢驗光束偏振態的器件(偏振器)以及改變偏振態的器件(波片和補償器等)。 獲得偏振光的一般方法是：利用光的反射、折射、吸收、散射等過程的“不對稱性”，把入射的自然光分

2、解為相互垂直的兩線偏振光，然后選出其中之一即為所需的線偏振光。因此可根據獲得偏振光的原理把偏振器分為：反射型、雙折射型、吸收型和散射型等幾種類型。 2. 雙折射型偏振器雙折射型偏振器雙折射性偏振器是利用晶體的雙折射特性來產生線偏振光。2.1 工作原理工作原理(具體原理在各類棱鏡中討論具體原理在各類棱鏡中討論) 光通過單軸晶體時，有下列特點：在晶體內一束光分成兩束，通常兩束光的傳播速度不等，傳播方向不同，兩束光均為100的線偏振光，其光振動方向互相垂直。因此只要把晶體內的這二個正交模式空間分開，就可以利用它制成偏振器，分開的辦法有兩種： 1) 利用全反射角隨折射率而變的原理，把二光束分開。大部分

3、雙折射型偏振器都用這種辦法。如格蘭湯普森(Glan-Thompson)棱鏡。 2) 利用晶體中折射角與關振動方向有關的原理，把二光分開。偏振分束器都是利用這種辦法制成。如沃拉斯頓(Wallaston)棱鏡。2.2 特性特性偏振棱鏡的特性主要由下列主要參量表示1. 通光面積 偏振棱鏡所用的材料一般為稀缺貴重材料，因此偏振棱鏡一般的通光面積都不大，其直徑約為Dia520mm。2. 孔徑角 利用全反射原理制成的偏振棱鏡，對于入射光束角錐角有個限制，這個角錐角的范圍就是孔徑角，其原因如下： 當入射光束不是平行光而是某種程度的發散光或會聚光，或者平行光不是垂直入射而是有一偏角時，設上、下入射角分別為A1

4、,A2，如下圖所示。當下偏角A2大于某值時，其中O光(這里假定O光折射率大)在膠合面上的入射角將會小于臨界角，致使不能發生全反射，而部分地透過棱鏡。當上偏角A1大于某值時，由于E光(同樣，這里假定E光的折射率小)折射率增大，E光也可能在膠合面上全反射。 對于入射光束錐角的限制范圍Amin(Amin是A1和A2中較小的一個)稱為偏振棱鏡的有效孔徑角。對于給定晶體，材料已知，則孔徑角與波段、棱鏡切角、以及膠合劑的折射率有關。3. 消光比 消光比指通過偏振棱鏡后兩正交偏振光的強度比，一般偏振棱鏡的消光比為10E-410E-5。4. 抗損傷能力 由于強激光會損傷兩棱鏡之間的膠合面，因此偏振棱鏡對入射光

5、的能量密度有限制。為提高偏振棱鏡的抗損傷能力，一般把棱鏡間的中間層改為空氣隙。2.3 各種常見的棱鏡各種常見的棱鏡 制作偏振棱鏡常用的晶體材料有：A-BBO，Calcite，YVO4，Quartz，MgF2等。 光軸光軸光軸光軸方解石方解石方解石方解石加拿大樹膠加拿大樹膠 (n = 1.55)oe吸收涂層吸收涂層i1. 格蘭湯普森棱鏡 目前使用的偏振器多數為格蘭型，因為格蘭型棱鏡有下面幾個優點：光軸和棱鏡軸垂直，這時O光和E光折射率差值最大，因而可以獲得較大的視場角；在整個視場范圍內，近于均勻偏振；光通過棱鏡后無側移；像散差較小。 格蘭湯普森棱鏡有兩種：分界面為空氣隙式和膠合式，前種又稱為格蘭

6、傅科型或簡稱為格蘭型(我們的：GTP,GLP)；后種稱為格蘭湯普森型(GMP)。視場角上光線：O光(這里假定O光折射率大)在膠合分界面產生全反射的 最小入射角。如果入射角小于這個角度，則O光可以透過，造成偏振器偏振度下降。下光線：E光(這里假定E光折射率小)在膠合分界面產生了全反射的入射角度。如果入射角大于這個角度，則E光不能透過膠層，導致偏振器不能使用。2. 格蘭泰勒棱鏡 格蘭泰勒棱鏡與格蘭湯姆森棱鏡結構類似，只是膠合面使用的是空氣隙膠合，而不是使用膠。格蘭泰勒棱鏡與格蘭湯姆森棱鏡主要應用上不同點：1.格蘭泰勒棱鏡由于膠層為空氣，比格蘭湯姆森棱鏡抗激光損傷閾值高。2.由于空氣的折射率為1，沒

7、有色散。因此格蘭泰勒棱鏡可以使用的波長范圍比格蘭湯姆森棱鏡來得小。3.一般情況下，如果膠合面沒有鍍膜，則格蘭泰勒棱鏡的透過率比格蘭湯姆森棱鏡來得低。4.棱鏡的切角不同。兩種棱鏡的長度也就不同。3. 羅雄棱鏡 進入分界面后，O光的方向不變，E光在分界面發生折射，兩束光分開。4. 沃拉斯頓棱鏡 沃拉斯頓棱鏡是應用較廣的一種偏振分束器，兩振動方向互相垂直的線偏振光沿入射光的兩側偏遮。3. 偏振器的應用偏振器的應用 偏振器應用廣泛，主要利用偏振器起偏和檢偏的特性。偏振器常與多種偏振器件組合使用。 應用中，最基本的原理見下：. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉

8、的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光

9、通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化返回返回結束. . . .起偏器起偏器檢偏器檢偏器自然光自然光線偏振光線偏振光偏振光通過旋轉的檢偏器，偏振光通過旋轉的檢偏器， 光強發生變化光強發生變化兩偏振片的偏振化方向相互垂直兩偏振片的偏振化方向相互垂直 光強為零光強為零返

10、回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光自然光返回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變返回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變返回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變返回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變自然光通過旋轉的檢偏器，光強不變返回返回結束. . . .檢偏器檢偏器自然光自然光自然光通