偏振分光棱鏡

1、偏振分光棱鏡偏振分光棱鏡能把入射的非偏振光分成兩束垂直的線偏光。光完全通過，而S S偏光以4545度角被反射，出射方向與P P光成9090度角。此偏邊上鍍有偏振分光介質膜偏振分光棱鏡（PBSPBS是一種將一束入射光分成傳播方向互相垂直的兩束光的 光學元件。但與一般的光學分束元件不同，由它分出的兩束光之間有特殊的 關系，即=它們都是線偏振光，且偏振方向互相垂直。如下圖所示。提冋:Q1Q1：束自然光入射到PBSPBS, ,請問透射光和反射光的偏振方向分別是什 么？其中P P偏振分光棱鏡由一對高精度直角棱鏡膠合而成,其中一個棱鏡的斜偏振分光棱鏡Q2:Q2:如果一束正交線偏振（P,P, S S）光入射

2、，請問透射光和反射光的狀 態(tài)?這里面涉及了幾個物理光學概念，容易使人混淆（至少我是混淆了好幾年），今天好好梳理一下：（1 1）偏振，（2 2）雙折射，（3 3）晶體（1 1）偏振PolarPolar izationization偏振是光的一種固有屬性，偏振態(tài)是光的一個獨立參數。如果要完整 的描述一個/束光的性質，除了頻率/波長，振幅/強度,傳播方向之外，還需要對它的偏振態(tài)進行描述。所謂【偏振光】,是指這光的電矢量（E E）的振動方向具有一定的規(guī)律。偏振狀態(tài)可分為：線偏振,橢圓偏振（特殊情況下是圓偏振）。例如，對于線偏振光,它的電矢量只沿著一個方向做往復振動。而【非偏振光】，如自然光，它們的電矢

3、量的振動是雜亂無章的，既不朝著某些相同的方向，振動時又不具有固定的時間對應關系（沒有念里，為了描述振動方向的相互 關系，對于最基本的線偏振光（通過它可以組合成橢偏光，當然反之也可以）,我們通常用P P光和S S光來區(qū)分。其中，P P光表示振動方向與入射面平行的線偏振光，S S光表示振動方向與入射面垂直的線偏振光。以上是偏振的基本概念（2 2）雙折射brbr iefriefr ingenceingence【雙折射】是一種光學 現象。這種現象是=當一束光入射到某些材料里時（通常是透明“的晶 體）,一束入射光將會變成兩束！神奇吧。這種可產生雙折射的晶體稱為【雙折射晶體】。那么，問題在于=是 什么機制

4、導致一束光可以分為兩束？ 而且，這分出的兩束光之間有沒 有什么特殊關系？【先回答第一個問題】。實際上，這種現象是光波與晶體之間相互作用的結果，由于光的傳播可依照電磁波的傳播規(guī)律來描述，因此，雙折射產生機制 可以用麥克斯韋方程組（MaxweMaxweI I I I equationequation ）結合晶體 的介電常數來解 釋。從最簡單的情況來分析：平面波入射到各項異性的晶體中（這些概念 將在下一個小結說明）,可以描述成菲涅爾公式/方程的形式，這個公式的 形式類似于一個橢球的數學方程（當然，物 理意義不同），通常稱為【折射 率橢球】或【波法線橢球】等。如果我們對這個方程進行數學求解，可以同 時

5、得到兩個解（這對于二次方 程來說是很正常的事情）。這兩個解在物理 上就對應了光的兩個傳播 方向（還有特殊情況下有無數個解，這對應物理上 的圓錐折射，此處不表）,這意味著=一束光與晶體相互作用之后，確實將 產生沿不同方向傳播的兩束光！ ！ ！【再回答第二個問題】。這兩束光之間是有特定關系的=它們都是線偏振 光，且偏振方向互相垂直。它們的傳播方向與如下條件有關：入 射光的方 向，晶體的光軸方向等。為了更清楚地描述，通常將這兩束光分別稱為。光( (ordinaryordinary I I ightight ) )和e e光(extraordinaryextraordinary I I ightigh

6、t ),),其中o o光服從 一般的折射規(guī)律，它的波面是一個圓形，即沿各個方向的傳播速度均相同;而e e光不服從折射規(guī)律，它的波面是一個橢圓（對單 軸晶體而言（雙折射晶 體的一種，下節(jié)說明）,即沿不同方向具有不同的傳播速度。它們的傳播 方向可以根據傳播波面的情形具體確定?，F在關心的問題是：0 0光和e e光 的振動方向分別如何？根據菲涅爾波法線方程可知，對于單軸晶體，0 0光的 振動方向恒垂直于主平面（光 的波法線（傳播方向）與光軸組成的平面），e e光的振動方向恒在主平面內。應，各項異性晶體會產生雙折射效應。在各項異性晶體中，有某些特殊的 方向，當光沿這些方向傳播時，同樣不會產生雙折射效應。如果一個晶體只 有一個這樣的方向，稱為【單軸晶體】；如果有兩個這樣的方向，稱為【雙 軸晶體】。利用晶體的這些性質，即可制造出偏振分光棱鏡。但PBSPBS的構成 也有多種方法，包括反射型、雙折射型等。通常情況下，可回答開始提出的 兩個問題:Q1Q1：束自然光入射到PBSPBS, ,請問透射光和反射光的偏振方向分別是什么？A A仁透射光的偏振方向為水平方向（P P方向）,反射光的偏振方向為 豎直方向（S S方向）。Q2:Q2:如果一束正交線偏振（P,P, S S）光入射，請問透射光和反射光的狀 態(tài)?A2A2: :答案同上。(3)(3)晶體crystalc