【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圓偏振光，在經(jīng)過(guò)偏振片后成為震動(dòng)方向相同的兩束線偏振光發(fā)生干涉。由于反光鏡 2m 有一定的微小傾角，而反光鏡 1m 、 2m 距離分光器 PBS一樣，所以在接收屏上便可以得到清晰可見的干涉條紋。 系統(tǒng)中光學(xué)元 件簡(jiǎn)介 波片 波片也稱相位延遲器，它能使偏振光的兩個(gè)相互垂直的線偏振光之間產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)的相位延遲，從而改變光的偏振態(tài)。它們?cè)谄窦夹g(shù)中有重要作用。 波片是基于晶體雙折射性質(zhì)的偏振器件 , 是由透明晶體制成的平行平面薄片 , 其光軸與通光表面平行 , 對(duì)某一特定波長(zhǎng)的入射偏振光產(chǎn)生確定的相位變化 , 因而被廣泛應(yīng)用于光纖通訊、 光彈力學(xué)、 光學(xué)精密測(cè)量等領(lǐng)域中。波片的相位延遲量和光軸精度是影響偏振光學(xué)、 激光光學(xué)、 光通訊等系統(tǒng)質(zhì)量的重要因素之一。 波 片中的 o光和 e光沿同一方向傳播，但傳播速度不同 (折射率不同 ) ，穿出 波 片后兩種光間產(chǎn)生 dnn eo )( ? 光程差（見光程）， d為 波 片厚度， n0和 ne為 o光和 e光的折射率，兩垂直振動(dòng)間的相位 差為 ?? dnn eoj )(2 ??? 。 兩振動(dòng)一般合成為橢圓 偏振 （見 光的偏振 ）。 ?kj ?? （ k為整數(shù)）時(shí)合成為 線偏振光 ； 2)12( ???? kj ，且 ? =45176。 時(shí)合成為 圓偏振光 。凡能使 o光和 e光產(chǎn)生 ? /4附加 光程差 的波片稱為 四分之一波片 。若以 線偏振光 入射到 四分之一波片 ，且 θ=45176。 ，則穿出波片的 光為 圓偏振光 ；反之，圓偏振光通過(guò)四分之一波片后變?yōu)榫€偏振光。凡能使 o光和 e光產(chǎn)生 ? /2附加 光程差 的波片稱為二分之一波片 。 線偏振光 穿過(guò)二分之一波片后仍為線偏振光，只是一般情況下振動(dòng)方向要轉(zhuǎn)過(guò)一角度。 光程差 可任意調(diào)節(jié)的波片稱補(bǔ)償器，補(bǔ)償器常與起偏器結(jié)合使用以檢驗(yàn) 光的偏振 狀態(tài)。 波片是透明晶體制成的平行平板薄片 ，其光軸與表面平行。當(dāng)一束線偏振光垂直入射到由單晶體制成的波片時(shí)，在波片中分解成沿原方向傳播但振動(dòng)方向相互垂直的 o光和 e光，相應(yīng)的折射率為 on 、 en 。由于由于兩光在波片里的速度不同，當(dāng)通過(guò)厚度為 d的波片時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的相位差 ? 。 dnn eo ?? ?? 2 (21) 1/4 波片產(chǎn)生的相位差為 ? /2 的奇數(shù)倍，當(dāng)光矢量與波片快慢軸成 45 度時(shí)，將得到 8 圓偏振光。同理，當(dāng)圓偏振光以相同的狀態(tài)通過(guò) 1/4 波片時(shí)，也會(huì)得到線偏振光。 分光棱鏡 如圖 22 所示，一塊鍍有半透半反析光膜的直角棱鏡與另一塊尺寸的直角棱鏡粘合在一起，可以將一束光分成光強(qiáng)相等且光程相同的兩束光。這種分光棱鏡具有廣泛的應(yīng)用。 圖 22 分光棱鏡 移相裝置 能夠?qū)?波 的 相位 進(jìn)行調(diào)整的一種裝置。任何傳輸介質(zhì)對(duì)在其中傳導(dǎo)的波動(dòng)都會(huì)引入相移 。 當(dāng)振幅為 A 的面偏振光入射到石英晶體做成的波片時(shí)，若振動(dòng)方向與波片光軸夾角，在直角坐標(biāo)系內(nèi)， o 光和 e 光的振幅分別為 Ao＝ Asin? 和 Ae＝ Acos? 。從波片出射后的 o 光和 e 光的振動(dòng)可以用兩個(gè)互相垂直、同頻率、有固定相位差的簡(jiǎn)諧振動(dòng)方程表示，二者的合振動(dòng)方程為橢圓方程，合振動(dòng)矢量的端點(diǎn)軌跡一般為橢圓（如圖 23 所示），所以稱作橢圓偏振光。其中有個(gè)特殊情況，即θ＝ ? /4， o 光和 e 光振幅相等，合振動(dòng)矢量的端點(diǎn)軌跡是圓，橢圓偏振光退化為圓偏振光，用檢偏器檢驗(yàn)，波片的透射光強(qiáng)是半透半反膜 9 不變的。 圖 23 偏振光通過(guò) 1/4波片 當(dāng)入射光與 1/4波片光軸 45176。 方向通過(guò)時(shí)，便會(huì)得到圓偏振光。在經(jīng)過(guò)偏振片，當(dāng)偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，兩束光的相位差會(huì)發(fā)生變化。 偏振移相器相位差的引入 由 1/4波片與 偏振片組成的移相裝置為兩束光引入了相位差的變化，偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)角? ，因?yàn)槿肷涔馀c波片光軸成 45176。 ， 假設(shè)開始偏振片以波片 x軸平行。 ? 發(fā)生變化，會(huì)引起兩束光的相位差 ? 發(fā)生變化。 s光和 p振動(dòng)方向相互垂直，振幅為 a，設(shè) s光夾角為 45176。 ， p光夾角為 45176。 。如圖 24所示。 10 圖 24 p和 s光通過(guò) 1/4波片 s光和 p光在波片快慢軸上的投影分別是 ： s光： aa 22)45cos ( ?? ， aa 22)45sin( ?? （ 22） p光： aa 22)45c os ( ?? ? ， aa 22)45sin( ??? ? （ 23） 由于 相位差 ： dnne?? 02?? s光和 p光在波片快慢軸上的復(fù)振幅分別是 ： s光： aExs 22? ， aEys 22? ei? （ 24） p光： aExp 22?， aEyp 22?? ei? （ 25） S P β 11 疊加后合成光是圓偏振光，通過(guò)偏振片后，在偏振片透光軸上的分量是 ： s光： ?c os2239。 aExs ? ， e iys aE ?? ??? s in2239。 （ 26） p光： ?c os2239。 aExp ?， e iyp aE ?? ??? s in2239。 （ 27） 由歐拉公式 ： ??? sinco s iei ?? （ 28） 兩束光的合成表達(dá)式為 ： s光： ????? s i ns i n2 2c oss i n2 2c os2 2 aiaaEs ??? （ 29） p光： ????? s i ns i n2 2c oss i n2 2c os2 2 aiaaEp ??? （ 210） 兩束光相位 ： s光： )c o ss i n22c o s22(s i ns i n22tan?????aaas??? （ 211） p光： )c o ss i n22c o s22()s i ns i n22(tan?????aaap???? （ 212） (211)和（ 212） 化簡(jiǎn)得： 12 )c oss i n(c oss i ns i ntan ????? ??? s （ 213） )c oss i n(c os)s i ns i n(tan ????? ???? p （ 214） 由于 兩束光相位差 表示為： ps ????? ，所以可以得到如下表達(dá)式。 )tan (tan ps ????? ps ps ???? ???? ta nta n1 ta nta n 22c o s)s i nc o s1(2)s i nc o s1(2s i ns i n2222 ????????????? （ 215） 由于 1/4 波片產(chǎn)生的相位延遲是π /2的奇數(shù)倍，因此 2)12( ?? ?? m ，1sin ?? 。 0cos ?? 。 ???? 2tan2c os 2s intan ?? （ 216） 所以有偏振片轉(zhuǎn)動(dòng)引入的 相位 差α與偏振片轉(zhuǎn)角 ? 的關(guān)系： ?? 2? （ 217） 偏振移相系統(tǒng) 干涉條紋 的 計(jì)算 光程差計(jì)算 由于反光鏡 2m 有一個(gè)固定的微小傾角θ，兩束光的相位差會(huì)在不同位置上有不同，進(jìn)而可以在接受屏上形成干涉條紋。設(shè)在接收屏上水平方向?yàn)?Y軸，豎直方向?yàn)?X。 2m 反光鏡傾斜，兩個(gè)反光鏡距離分光器 PBS的距離相等。光程可以等效成如圖 25所示，光程差△。 ?tan2X?? （ 218） 13 θ的之很小，故 tanθ可以約等于θ。 ?X2?? （ 219） 圖 25 光程差計(jì)算等效圖 干涉光強(qiáng)計(jì)算 在兩個(gè)光波疊加的區(qū)域，某些點(diǎn)的振動(dòng)始終加強(qiáng)，另一些點(diǎn)的震動(dòng)始終減弱，在該區(qū)域內(nèi)在觀察時(shí)間里形成穩(wěn)定的光強(qiáng)強(qiáng)弱分布， 形成干涉圖樣，考察在接收屏上某點(diǎn)處的光強(qiáng)分布。兩光的相位差γ 。 ??? ??2 （ 220） 由于 s 光和 p 光的光強(qiáng)相等，即 Is = Ip =I0 ，該點(diǎn)干涉條紋強(qiáng)度分布為 ： 2cos4 20 ?II ?