工程光学小论文

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1、工程充学忙文论文名称系别：专业班级：学号：姓名：完成日期：指导老师：电磁波理论，光是横波，它的振动方向和光的传播方向垂直。光矢量在垂直于波线的平面作二维振动，光矢量的振动方式，叫做光波的偏振态。光矢量在一•条直线上作简谐振动，叫线偏振光。如果光矢量的矢头的轨迹是椭圆，这种光叫椭圆偏振光。其次熟悉偏振光的物理特性及偏振光在齐向异向性介质中有很多特殊的性质，比如常见的包括：双折射，眩光效应，场致双折射效应等。通过用数学表达式和矩阵对偏振光进行了详细的理论描述。在此基础上设计了几种产生完全偏振光（线偏振光.椭圆偏振光）的方案，说明了设计原理并行方案选择。最简单的分析工具就是偏振片，通

2、过两个偏振片，一个用來起偏，一个用來检偏和一个测量偏振面旋转方向和方向的功率计。提出了测定偏振态的一些方法，重点是用琼斯矢量表示的偏振态的参数测定方法，偏振光和椭【员I偏振光的测量。最后利用偏振光实验装置，完成了偏振光的综合实验。根据方案设计实验光路，在实验中得到了波形和数据，验证了设计方法的正确性。关键词：偏振片；波片，位相位移；双折射；波晶片1.偏振光的原理及基本定义自然光：光振动的振幅在垂直于光波的传播方向上，既有时间分布的均匀性，又冇空间分布的均匀性，具有这种特性的光就叫自然光。偏振光：如果光波的光矢量的方向始终不变，只沿一个固定方向振动时，这种光称为线偏振光或完全偏振

3、光。I大I线偏振光中沿传播方向各处的光矢量都在同一振动面内，故线偏振光也称平血偏振光，简称偏振光。偏振片：它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光。分子型偏振片的冇效起偏范围几乎可达到180度，用它口J得到较宽的偏振光束，是常用的起偏元件。波晶片：又称位相延迟片，是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度"。，乙不同，所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同。当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光多延迟了△=2龙(〃0-/?])—,若满足(代-化)d=±—,A4即

4、A=±7i/2我们称之为X/4片，若满足(ne-no)d=±—,即A=土兀，我们称之为A/2片,若满足(ne-no)d=±2,即A=2兀我们称之为全波片。椭圆偏振光：如果光矢量旋转时，其大小不断改变，光矢量的矢端轨迹是个椭圆，则称作椭圆偏振光。这种光的偏振方向也是在规律的旋转着的，但是它的光矢量在旋转过程屮强度也在变化。也就是光矢量是沿着一个椭圆旋转的。椭圆偏振光在观察时间段里平均后的结果与部分偏振光相似。但是与部分偏振光不同，它的偏振方向以及光矢量的大小是按一定规律变化的。2.偏振光的测量方案我们以而阵CCD作为二为光强探测器，可测出光束的斯托克斯参数，偏振度，琼斯矢量，也可

5、测量器件的琼斯矩阵和密勒矩阵，波片的相位延迟等等。根据上面章节屮选取的设计方案，我将简要介绍一下斯托克斯参数和相位延迟的常规测定方法，较详细的介绍用琼斯矢量表示的偏振态的参数测定法。2.1相位延迟的测定方法相位延迟器和光学补偿器是偏光系统的重耍组成部分。当前过内外测定延迟的方法主要有两种：直接测量法和间接测量法。直接测量法利用介质的折射率和儿何尺寸根据理论计算出相应结果。但此方法设备繁琐，计算复杂，很少采用。间接法通过偏光系统屮器件方位角与出射光强的关系，间接推导出延迟参量：间接法主要有：相位补偿法，光谱法，偏振调制法，光学差拍法，斑纹摄影术，莫尔偏折法等。常用的相位延迟方法冇

6、消光测量法及非消光测量法。早期的测量手段要是用消光偏振测量术，此法的关键是准确判断消光点的位置。为了减小误差，提高精度，可以用电光调制器或磁光调制器进行调制。但过程繁琐，且目视误差较大。后来人们改用光度测量法，•其优点是无需判断测量位置，可以分为静态测量法和动态测量法，前者根据各处固定光学元件的光强得出相应的信息，后者则是让其屮一个或儿个参量作组周期性变换，再经过傅立叶变换或相应检测手段得出相应结论。2.2偏振态参数琼斯矢量的测泄任一偏振光，不管是线偏振光或椭圆偏振光都可以用光矢量互相垂直的沿同一•方向传播的两个线偏振光的合成来表示。例如，沿Z方向传播的右旋圆偏振光可以表示为：

7、E=x()Acos(cot-kz)+儿Acos(a)t一Rz+—)(2-1)2或复数表达形式：E=£+儿a/z吵(2-2)式(2-1)和(2-2)是右旋椭圆偏振光的三角函索表达式和复数形式。应该注意在式(2-2)中，y方向振动的线偏光对x方向振动的线偏振光的位和并为-兰而不是在式2(2-1)中的+兰。2若以复振幅表示，右旋圆偏振光又可以表示为：i(kz—)E二严+y°Af2(2-3)类似地，任一偏振光都可以表示为：E=x0人严+儿久严叭(2-4)偏振光的矩阵表示是用一个称为琼斯矢量得的列矩阵