椭圆偏振光的产生及检测

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1、椭圆偏振光的产生及检测03级物理系黄柳容指导老师：江俊勤摘要椭圆偏振光是两列频率相同，振动方向互相垂直，且沿同一方向传播的线偏振光的合成。其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。要获得一般的椭圆偏振光，只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。而要对其进行检测则需要根据形成椭圆偏振光的不同来设计不同的检验方案。关键词椭圆偏振光相位差1/4波片检偏器起偏器透射光强1引言光的偏振是大学物理教学中的一个重点和难点。本文只选取了椭圆偏振光这一部分内容，详细的讲述了它的成因、各种偏振形态，并根据形成椭圆偏振光的方法不同，详细的

2、叙述了三种情况下的检验方法。从而使学生对椭圆偏振光有更深层次的了解。2椭圆偏振光的产生椭圆偏振光是两列频率相同，振动方向互相垂直，且沿同一方向传播的线偏振光的合成。其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。要获得一般的椭圆偏振光，只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。起偏器将自然光变为线偏振光，波晶片将线偏振光分解为o光和e光，由于它们在晶体内的传播速度不同，产生了一定的相位差，射出晶片后，o光和e光合成在一起便得到椭圆偏振光。把射出晶片的两个分量写成=cost=cos(t+)（1）由（1）式有：sin(t+)-s

3、int=sin(2)cos(t+)-cost=0(3)(2)、(3)式平方后相加得+-2cos=(4)这是个一般椭圆方程。它与==为界的矩形框相内切。如图图1此外，任意一个场点电矢量的端点沿椭圆运动的方向与相位差有关。如图2表示各种形态的椭圆，图上横坐标是x轴，纵坐标是y轴，图上所注表示的振动超前于的相位(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(h)(i)图2当沿着光的传播方向观察时，若一个场点的电矢量端点描出的椭圆沿顺时针方向旋转，称之为右旋椭圆偏振光。如图2中(b)、(c)、(d)、所示的情况都是右旋椭圆偏振光。相

4、反，当沿着光的传播方向观察时，若一个场点的电矢量端点描出的椭圆沿逆时针方向旋转，则称之为左旋椭圆偏振光。如图2中(f)、(g)、(h)所示的情况都是左旋椭圆偏振光。当相位差为的奇数倍时，得到的是正椭圆偏振光，如图2中的(c)、(g)所示。值得指出的是，在光的传播方向z上，各点的电矢量的相位是随Z的增加而逐点落后的，因此同一时刻沿z方向场中各点电矢量的相对取向与传播方向之间，在右旋椭圆偏振光中，正好构成右手螺旋，如图3(a)所示；在左旋椭圆偏振光中正好构成左手螺旋，如图3(b)所示。图3（a）(b)如：当一束线偏振光垂直入

5、射到1/4波片上，且电矢量的振动方向与波片的光轴成一角度时，一般地说，出射光是椭圆偏振光。它可用下式表示：=cos(t-kz)+cos(t-kz)（5）如果波片是由负晶体制成的，其光轴沿y轴，入射的线偏振光的振动在第一、三象限里，式中取时，出射光是图2中(c)所示的右旋正椭圆偏振光；若入射的线偏振光的振动方向不变，而波片的光轴沿x轴那么式中取-，出射光是图2中(g)所表示的左旋正椭圆偏振光。当入射线偏振光的电矢量振动与1/4波片的光轴成这时o光和e光的振幅相等，从1/4波片出射的光成为圆偏振。3偏振光的实验检测在实验室中

6、，利用1/4波片（未标明光轴方向）和偏振片（未表明透射光轴方向），在光具座上就可以对任一给定的椭圆偏振光进行检验。如图4。但由于形成椭圆偏振光的方法不同，因而检验方法也不尽相同，下面分三种情况作介绍。起偏器1/4波片检偏器图43．1由1/4波片产生的椭圆偏振光的实验检测产生椭圆偏振光：a：由已知检偏器方位（=0）确定起偏器方位，使通过检偏器的光强为0，此时起偏器与检偏器光轴相互垂直。b：在起偏器与检偏器之间插入一块1/4波片，旋转次1/4波片使检偏器透射光强为0，记下1/4波片方位，此时1/4波片光轴平行（或垂直）于起偏

7、器光轴，即=0（或者）。c：旋转1/4波片，使其相对转过某一角度（0、和）即1/4波片光轴与起偏器光轴夹角为（或-），此时透射光即为与相对应于主轴在1/4波片光轴方向的正椭圆偏振光。检验椭圆偏振光的方法之一：以检验用的1/4波片将产生椭圆偏振光的1/4波片换下，并重复前面产生椭圆偏振光b和c的步骤，然后再重新插入产生椭圆偏振光的1/4波片，此时两快1/4波片的光轴相互平行（或垂直），即检验用的1/4波片的光轴平行于椭圆偏振光的主轴。旋转检偏器一周，若两块1/4波片相互垂直，则将在=0和处看到两次消光；若两块1/4波片光轴

8、相互平行，则可在处看到两次消光。检验椭圆偏振光的方法之二：在1/4波片后面再插入一块检验用的1/4波片，旋转此波片，使检偏器（=0）透射光强为0则此两块1/4波片光轴相互垂直，即第二块1/4波片的光轴平行于椭圆偏振光的主轴。旋转检偏器一周，即可在=0和处看到两次消光。（注：方法二比方法一简单）3．2由任意厚的波片产生