5-8

位相延遲器（Retarder）通過偏振器，可從非偏振光產(chǎn)生線偏振光，那么如何產(chǎn)生圓偏振光或橢圓偏振光？線偏振光、圓偏振光和橢圓偏振光都是完全偏振光，三者之間可否相互轉(zhuǎn)換？借助于位相延遲器（或稱波片）三者在雙折射晶體內(nèi)都可分解為兩個(gè)垂直振動:

e光和o光，如果在兩個(gè)垂直振動之間產(chǎn)生位相延遲，那么通過分解與合成可使三種偏振光彼此轉(zhuǎn)換。15-8-1

波片(Wave

plate)的位相延遲圖示：光軸平行于表面，o光和e光的相對位相延遲o光和e光，兩者沿原方向傳播，但速度不同位相差。在透射光兩振動分量間引入位相差，合成為橢圓偏振光2線偏振光正入射到晶體內(nèi)可分解為兩個(gè)垂直振動分量；通過晶體后，兩個(gè)垂直振動間產(chǎn)生位相差，使得合成振動成為橢圓偏振光。偏振光的結(jié)構(gòu)3入射光通過波片后，o光和e光間的相對位相延遲導(dǎo)致兩個(gè)垂直振動間產(chǎn)生位相差

位相差

取不同值時(shí)，出射光的偏振狀態(tài)：δ4

2

no

ne

do光和e光的光程差:

nod

ned位相差:注意點(diǎn)：波片的位相差與波長有關(guān)56定義波片的快軸：傳播速度快的光的振動方向光軸方向不論正軸還是負(fù)軸晶體，只需知道波片快軸即可知道哪個(gè)振動方向的光走得快--即哪個(gè)振動的光位相超前。例如:負(fù)軸晶體，e光比o光走得快；e光振動||光軸，所以負(fù)軸晶體的光軸是快軸快軸方向快光---速度快的光振動(例：負(fù)軸晶體--e光=快光)慢光---速度慢的光振動根據(jù)位相延遲值的不同,通常有三種波片:7全波片;半波片;四分之一波片.這三種波片對特定的波長有固定的位相延遲.5-8-2

全波片(Full-wave

plate)快光和慢光的位相差：o

e

2

n

n

d

2k

(k

=整數(shù))波片的設(shè)計(jì)厚度:k8no

ned

圖示：全波片的作用；透射光的振動狀態(tài)與入射光相同9位相差：

no

ne

d2

2k

1

(k

=整數(shù))波片的設(shè)計(jì)厚度:21

2k

1

d

no

ne5-8-3

半波片(Half-wave

plate)----

1

波片|210快光比慢光超前

位相，因此入射的偏振光，通過半波片后，繞快軸轉(zhuǎn)過一個(gè)對稱的角度，并且旋向反向入射光透射光半波片圖示：半波片的作用115-8-4

2位相差：

2

no

ne

d

2k

1

(k

=整數(shù))41

2k

1

no

ne波片的設(shè)計(jì)厚度:

d

1波片(Quarter-wave

plate)12|413快光和慢光的位相差是

/2圖示：?

波片的作用入射光透射光可使入射線偏振光轉(zhuǎn)換為正橢圓或圓偏振光同樣可使入射正橢圓或圓偏振光轉(zhuǎn)換為線偏振光入射光透射光橢圓偏振光其它方位橢圓偏振光直線偏振光快軸與橢圓主軸同向橢圓偏振光45o或135o直線偏振光（相對于快軸）任何方位圓偏振光正橢圓偏振光（相對于快軸）其它方位直線偏振光圓偏振光快軸與入射光振動方向成45o或135o直線偏振光直線偏振光（與入射光相同）快軸與入射光振動方向平行或垂直直線偏振光四分之一波片方位偏振光通過1/4

波片波片后偏振態(tài)的變化入射光

出射光145-8-4

可變位相延遲板入射光15透射光Babinet補(bǔ)償器波片的位相延遲值是固定的，實(shí)際應(yīng)用中，常需要位相延遲值可調(diào)的位相延遲板，常用的有Babinet補(bǔ)償器和Soleil補(bǔ)償器。(1)Babinet補(bǔ)償器(Babinet

compensator)兩光軸相互垂直且都平行于端面的劈形晶體斜面相接光程差:光程差可調(diào)

d1

d2

:

可變?nèi)秉c(diǎn)：1、由于交界面為斜面，在此界面上的不同折射，會使兩個(gè)垂直振動的傳播方向分開，引起光束發(fā)散；2、要求入射光束很細(xì)。

nod1

ned2

nod2

ned1

no

ne

d1

d2

16（2）Soleil補(bǔ)償器(Soleil

compensator)

no

ne

d1

d2

175-9

確定光波偏振狀態(tài)的實(shí)驗(yàn)方法按偏振度劃分，光波可分為：

1．自然光（非偏振光）；部分偏振光；完全偏振光（線偏振光、橢圓偏振光和圓偏振光）4或?qū)⒕€偏轉(zhuǎn)換為橢偏或圓偏。18我們已經(jīng)了解到：通過偏振片可從自然光和部分偏振光產(chǎn)生線偏振光，并可以確定一個(gè)光波是否為線偏振光；通過1

波片可將圓或橢圓偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)榫€偏振光，偏振片和波片結(jié)合起來可以產(chǎn)生所需的偏振光41反過來也可以用來檢測和分析光波的偏振狀態(tài)19在偏振片前放1/4波片，波片快軸沿光強(qiáng)極大或極小方向。轉(zhuǎn)動偏振片待測單色光波垂直入射光強(qiáng)的極小值為零（消光）轉(zhuǎn)動偏振片有消光現(xiàn)象光強(qiáng)不變圓偏振光

自然光線偏振光有消光現(xiàn)象無消光現(xiàn)象橢圓偏振光部分偏振光在偏振片前放1/4波片，轉(zhuǎn)動偏振片1/4波片P201.不放波片，旋轉(zhuǎn)偏振片，確定橢圓主軸取向；透光軸例:用1/4

波片和偏振片確定一束單色橢圓偏振光的狀態(tài)（橢圓取向、旋向）分析步驟：快軸2.

偏振片前插入1/4波片，波片的快軸與橢圓主軸一致3.旋轉(zhuǎn)偏振片，確定線偏振光的振動方向，其方向與波片的快慢軸的相對取向決定橢圓偏振光的旋向。橢圓主軸出射光應(yīng)為線偏振光；X偏振片211/4波片Y5-10

偏振光的干涉----干涉色(Interferencecolors)22偏振光干涉實(shí)驗(yàn)兩光波發(fā)生干涉的條件：（1）頻率相同；位相差恒定；振動不相互垂直。一個(gè)線偏振光入射到波片（晶片）內(nèi)，產(chǎn)生的o光和e光滿足前兩個(gè)條件，但是由于相互垂直而不能干涉。合成光振動的振幅:E

Eo

EeI

E

E光強(qiáng):I

Eo

Eo

Ee

Ee

Eo

Ee

Ee

Eo

Io

Ieo光和e光不能直接干涉023024xyP2透射軸y(慢軸）兩個(gè)垂直振動分量的光波通過偏振片P2，則透射光的振動是兩個(gè)垂直振動在透射軸方向的投影分量的迭加透射軸P1x(快軸)自然光偏振光的干涉iii.

快光和慢光在第二個(gè)偏振片P2的透射軸方向上分別投影;偏振片P2

Y(慢)X(快)i.

第一個(gè)偏振片P1

產(chǎn)生線偏光;偏振片P1A1Oii.

線偏光在晶體內(nèi)分為e光和o光（快光和慢光）;1225A

sin

A1cos

iv.

通過檢偏器P2后,快光和慢光在P

上的投影分量相互疊加;偏振片P2

X(快)偏振片P1A122快

慢E

2A快=A1cos

=

A

cos2

+

A

sin

2

I

=+

2

sin

cos

A快

A慢

cos

干涉項(xiàng)強(qiáng)度：Y(慢)A慢=A1sin

P2透射方向上的兩個(gè)投影分量迭加后的合振幅：慢快i

cos

A

sin

OE

A

e

E226P2Y(慢)

X(快)

P1A1O212

2

2

221

2

A

cos

cos

sin

sin

cos

A

cos

cos

sin

sin

利用三角公式：cos

cos

cos

sin

sin

cos

1

2

sin

2

2

和sin

2

2

sin

cos

2sin

22212

21

sin

2

sincos

AI

AA快=A1cos

A慢=A1sin

sin

2

22快

慢

2

sin

cos

A快

A慢

cos

I

A

cos2

A

2200227

sin

2

sin

I

cos

I

sin

220

1I

A入射線偏光的光強(qiáng)：

2

no

ne

d背景項(xiàng)(Malus定律)干涉項(xiàng)

22002

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2入射線偏振光的光強(qiáng)I028P1

||

P2：220I

sin

2

2

sinI||

I0

22

2

sin

0I

I

sin

2P1

⊥

P2：

2200

2

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2偏振光干涉強(qiáng)度：(亮背景)互補(bǔ)(暗背景)29某些波長干涉極大另一些波長干涉極小(消光)干涉強(qiáng)度偏色

2200

2

sin

2

sinI

I

cos

I

sin

2vi.

干涉色：

2

no

ne

d