激光光束偏振特性研究

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1、激光光束偏振特性研究激光光束偏振特性研究【实验仪器】激光光源，尼科耳棱镜，光具组，光学平晶，分光镜，照度计，综合测试仪等【实验内容】1、测量某一时刻激光器输出激光光束的偏振度及偏振方向。2、测量激光光束的偏振方向和偏振度随时间的变化。【数据处理要求】1、作图法得到光束光强度分布，并确定偏振方向，计算偏振度。2*、解析方法得到偏振椭圆方程及其随时间的变化公式。阅读材料光的偏振与偏振度1.偏振现象光属于电磁波。在许多光波-与物质和互作用时，主耍是其中的电振动矢量起主耍作用。因此，在物理学中我们通常用电矢量E(r,t)或电矢量的振幅E(r)来描述光的行为。光的偏振也是用电

2、矢量来描述的。在垂直于光的传播方向上，如杲其电矢量的振动是各向同性的，电矢量大小在垂直于光传播方向的平面内的各个方向上是完全相同的，我们称这束光是没冇偏振的。如果其电矢量的振动在垂直于光的传播方向的平面内不是各向同性的，我们把这种随着方向的改变，光波的电矢量大小是有差异的现象称作光是有偏振的。通常，论述光的偏振有三种情况。1)完全偏振光在某一时刻，某一位置，在垂直于光传播方向的平而内，只在某一方向存在着电矢量，在和该方向垂直的方向上没冇电矢量或其分量，这种光称为完全偏振光。深入研究，完全偏振光又有线偏振光(平而偏振光)、圆偏振光、椭圆偏振光Z分。线偏振光是随着光波的

3、传播，其电矢量的振动方向始终不改变，在垂直于光传播方向的任意一个平而内，其投影是一条直线，因此，称其为线偏振光。而从三维空间來看，具电矢量的振动始终在一个平面内，因此，也称其为平面偏振光。圆偏振光虽然在任一时刻，任一位置，在垂育•于光传播方向的平面内，只在某一方向存在着电矢量，但其电矢量在垂直于光传播方向的平面内的投影，却不是一条直线，而是一个圆。它的电矢量其实是随着时间和位置的改变而改变的，而且它的改变是等幅改变。椭圆偏振光与圆偏振光类似，它的电矢量其实是随着时间和位置的改变而改变的，只是它的改变是不等幅改变，其电矢量在垂直于光传播方向的平而内的投影，是一个椭圆。

4、2）部分偏振光部分偏振光的电矢量在垂直于光传播方向的平而内的投影，也是一个椭圆，它和椭圆偏振光的区别在于，它是在任一时刻，任一位置，在垂玄于光传播方向的平面内看到的电矢量外轮廓都是椭1员I。部分偏振光町以看作是一个完全线偏振光和一个完全非偏振光的振幅合成。3）完全非偏振光在任一时刻，任一位置，在垂直于光传播方向的平面内看到的电矢量外轮廓都是圆的光，我们把它称作完全非偏振光。通常我们用“自然光”这个词汇來描述它。2.偏振度不论线偏振光还是部分偏振光，都可以称为偏振光，各种偏振光的偏振程度是不一样的，为了描述偏振光的偏振程度，定义一个函数——偏振度，用它来描述偏振光的偏

5、振特性。偏振度PImaxIminImaxIminlmax是光的各个偏振面屮电矢量振幅最人的那个方向上的光强度，ImaxEM；Imin是光的各个偏振而中的电矢量振幅最小的那个方向上的光强度，IminE2mo一般來讲，这两个方向是正交的，它们分别是偏振椭圆的长轴和短轴。若：IMIm,即表示各个方向上的振动和同，对应完全非偏振光，和应P二0。若：Im0,对应从光的截而上看，某一方向上没有振动，这是一个完全偏振光，P=l。3.偏振的描述用数学语言来描述物理现象，在物理过程的变换计算中是很方便的。我们通常用琼斯矩阵來描述偏振光。设在主轴系统中偏振光E的两个正交分量的复振帼为（

6、在光学中，通常用z方向表示光传播的方向）2~Exalei1~i2Eya2e矩阵表示法就是用一个称为琼斯矢量的列矩阵来表示偏振光~1Exalei1ilaEiale2ei（21）2aEya2e1~2~22IExEyal2a222通常我们研究的往往是光强的相对变化，所以可以用ala2去除E的每一个分量得到其归一化的形式。考虑到偏振态的形状、位置及旋向仅仅取决于两个分量的振幅比tanaa2/al和和位差21,因此归一化的琼斯矩阵可以写为E122aeiala2al以下举儿个例了说明如何用琼斯矩阵描述偏振光。1）光矢量与x轴成角、振幅为a的线偏振光、2~2~~2EEaExaco

7、sEyasinxy归一化的琼斯矩阵为1acoscosEsinaasin2）长轴沿x轴，长短轴Z比为2:1的右旋椭圆偏振光Imax是光的各个偏振血中电矢量振幅最人的那个方向上的光强度，IniaxEM；Iniin是光的各个偏振面中的电矢量振幅最小的那个方向上的光强度，IminE2mo一般来讲，这两个方向是正交的，它们分别是偏振椭圆的长轴和短轴。若:IMIm,即表示各个方向上的振动相同，对应完全非偏振光，相应P=0。若：Im0,对应从光的截面上看，某一方向上没有振动，这是一个完全偏振光，P二1。3.偏振的扌苗述用数学语言來描述物理现彖，在物理过程的变换计算中是很方便的