中国科学技术大学：《光学 Optics》课程教学课件（PPT讲稿）Chapter 5 晶体偏振光学 Polarization of Light 5.2 晶体光学器件

5.2晶体光学器件 晶体偏振器 波片 相位补偿器

5.2 晶体光学器件 晶体偏振器 波片 相位补偿器

·利用晶体的双折射特性可以制成光学器件 ·1、光在晶体中分开为o光和光，它们都是平面偏振光，可 以制成偏振棱镜，以获得平面偏振光 ·2、晶体中o光和光的折射率不同，它们的波面是分开的； 可以制成相位延迟波晶片，使两列正交分量之间有一定的 相位差

• 利用晶体的双折射特性可以制成光学器件 • 1、光在晶体中分开为o光和e光，它们都是平面偏振光，可 以制成偏振棱镜，以获得平面偏振光 • 2、晶体中o光和e光的折射率不同，它们的波面是分开的； 可以制成相位延迟波晶片，使两列正交分量之间有一定的 相位差

一、晶体偏振器 利用双折射将两种偏振分开 常见的偏振器：反射、高分子膜拉伸，纳米光栅 晶体偏振器： 1.尼科耳(Nicol)棱镜 2.Glan一Thompson棱镜 3.渥拉斯顿(Vollaston)棱镜 4.洛匈(Rochon)棱镜

一、晶体偏振器 利用双折射将两种偏振分开 常见的偏振器：反射、高分子膜拉伸，纳米光栅 晶体偏振器： 1. 尼科耳（Nicol）棱镜 2. Glan—Thompson棱镜 3. 渥拉斯顿（Wollaston）棱镜 4. 洛匈（Rochon）棱镜

1、Nicol棱镜(W.Nicol,1828) ·用方解石晶体制成 1020 ·方解石是碳酸钙的三角晶系 78 780 ·每一个平行四边形表面有 一对约为102°和78°的角 ·光轴通过由3个102°钝角构成 的顶点，并与3个表面成相等 角度

• 用方解石晶体制成 • 方解石是碳酸钙的三角晶系 • 每 一 个平 行 四边 形表 面 有 一对约为102°和78°的角 • 光轴通过由3个102°钝角构成 的顶点，并与3个表面成相等 角度 0 1020 102 0 78 0 78 0 78 0 102 0 102 0 1020 102 A C 1、Nicol棱镜（ W.Nicol, 1828 ）

光轴 涂黑 n。=1.48641 光 n。=1.65836 680 e光 710 加拿大树胶(Canada Balsam)n=1.55 e光折射率是角度的函数→入射角度受限 加拿大 吸收紫外线，不适用于紫外波段 树胶 容易被大功率激光破坏

0 71 0 68 0 48 加拿大树胶（Canada Balsam）n=1.55 1.65836 1.48641 = = o e n n o光 0 e光 140 14So Se e光折射率是角度的函数 光轴 涂黑 加拿大 吸收紫外线，不适用于紫外波段 树胶 入射角度受限 容易被大功率激光破坏

2、Glan一Thompson棱镜 由两块方解石的直角三棱镜组成 两棱镜的光轴相互平行 两棱镜的斜面可以用甘油、树脂等胶合 也可直接接触（中间有空气层），透紫外（傅科棱镜） 。 o光全反射，e光直进射出 e光 e光t o光 0光

2、Glan—Thompson棱镜 • 由两块方解石的直角三棱镜组成 • 两棱镜的光轴相互平行 • 两棱镜的斜面可以用甘油、树脂等胶合 • 也可直接接触（中间有空气层），透紫外（傅科棱镜） • o光全反射，e光直进射出  i  i e光 e光 o光 o光

3、渥拉斯顿(Wollaston)棱镜 。 由两块冰洲石的直角三棱镜（粘合）而成 两棱镜的光轴相互垂直 第一镜中o光进入第二镜时，变为e光；第一镜中e光进入第二镜时， 变为o光 o光主平面 e光 0光4 0光 iilo光 光 n。>ne iii道 光主平面 第一棱镜的主截面 第二棱镜的主截面

3、渥拉斯顿（Wollaston）棱镜 o光 • 由两块冰洲石的直角三棱镜（粘合）而成 • 两棱镜的光轴相互垂直 • 第一镜中o光进入第二镜时，变为e光；第一镜中e光进入第二镜时， 变为o光 e光 o光 e光 第一棱镜的主截面 第二棱镜的主截面 e光主平面 o光主平面 o光 e光 o e n n 

两棱镜分界面处折射 入射角均为i, 折射角分别是i2和i2c n。sini=ne sini2e sin4。=2sini>sin ne n。sini=n。sini2o sini。=2sin4ne bo <h<he 两列平面偏振光出射角度不同，在空间分开

o 1 e 2e e 1 o 2o sin sin sin sin n i n i n i n i  =   = o e n n  2o 1 2e i i i   o光 e光 o光 o 2e 1 e e 2o 1 o sin sin sin sin n i i n n i i n  =      =  2o i 2e i 1 i 两棱镜分界面处折射 1 入射角均为i 2o 2e 折射角分别是i i 和 e光 1 i 1  sini 1  sini 方解石是负晶体 两列平面偏振光出射角度不同，在空间分开

4、洛匈(Rochon)棱镜 。 由两块冰洲石的直角三棱镜（粘合）而成 ·两棱镜的光轴相互垂直 ·入射光沿着第一棱镜的光轴方向 ·第一镜中无双折射，只有o光；第二镜中有双折射 n。sini=n。sini2o n。sini=n.sini2e 0光 sini sin。-2 光 三三三 ne 三三泥 ize >ho

4、洛匈（Rochon）棱镜 • 由两块冰洲石的直角三棱镜（粘合）而成 • 两棱镜的光轴相互垂直 • 入射光沿着第一棱镜的光轴方向 • 第一镜中无双折射，只有o光；第二镜中有双折射 e光 2e i 1 i o光 1 i o 1 o 2o o 1 e 2e sin sin sin sin n i n i n i n i  =   = 2o 1 o 2e 1 e sin sin i i n i i n  =   =   2e 2o i i 

偏振棱镜的主要参数 ·通光子孔径：一般Φ=5~20mm ·孔径角：入射光束的锥角范围 。 消光比：通过偏振器后两正交偏振光的强度比， 一般可达105。 ·抗损伤能力：主要是过高光强对胶合面的损伤

偏振棱镜的主要参数 • 通光孔径：一般Φ=5~20mm • 孔径角：入射光束的锥角范围 • 消光比：通过偏振器后两正交偏振光的强度比， 一般可达10-5 。 • 抗损伤能力：主要是过高光强对胶合面的损伤 