椭圆偏振光

物理学科概念

椭圆的偏振光是指光的电场方向或光矢量末端在垂直于传播方向的平面上描绘出的轨迹。当两个相互垂直的振动同时作用于一点时，若它们的频率相同并且有固定的位相差，则该点的合成振动的轨迹一般呈椭圆形。

详细介绍

自然光在晶体内所产生的寻常光（o光）和非常光（e光），虽属频率相同和振动方向相互垂直，但是，它们之间的位相差，即使在同一点，亦因时而异，不是固定的，所以这样的o光和e光的合成不能产生椭圆偏振光。

然而,如果以一线偏振光代替自然光、光轴平行于晶面的单轴晶体的表面，并且令其振动平面与晶体光轴成一夹角θ，于是，在晶体表面上，振幅为A的线偏振光分解为振幅为Asinθ的o光和振幅为Acosθ的e光,并且此时o光和e光有相同的位相。当进入晶体内，o光和e光虽在相同的方向传播，但是传播速度不同，因而产生位相差。

式中n0和ne分别为该晶体对在真空中波长为λ0的o光和e光的主折射率,d为两者透过晶体的厚度。由穿过不同厚度的o光和e光合成的光矢量末端的轨迹，除 δ=0和π外，都是椭圆形。这样的光就是椭圆偏振光,显然δ=0和π所对应的线偏振光可视为椭圆偏振光的特例；不难想到，当θ=45°时,与δ=π/2和3π/2对应的是圆偏振光。所以,系统即为产生椭圆偏振光或圆偏振光的简单装置。

数学描述

线偏振光经过波片等相位补偿器后，可分解为相互正交、具有固定相位差的两电场分量，即

消去时间后，即可得到空间中一点椭圆偏振光的数学形式

如图1所示，这是一个与坐标轴夹角为的椭圆，其中

光学元件

为便于产生和分析各种椭圆偏振光，还需要有其他种产生椭圆偏振光的光学元件，巴俾涅补偿器和索累补偿器是其中最常见的两种。

①巴俾涅补偿器

由光轴相互垂直的两块石英楔形板组成的复合棱镜，其中楔形板的折射角α 很小。当线偏振光垂直地射入补偿器时,在上楔板内，线偏振光分解为o光和e光两部分,它们沿着同一方向传播，o、e两光的位相差δ1取决于它们在上楔板中所穿过的晶体厚度d1，但是在下楔板内，由于上、下两楔板的晶体光轴相互垂直，所以在上楔板内的o光和e光进入下楔板内就分别变成了e光和o光，它们间的位相差 δ2取决于它们在下楔板内穿过的晶体厚度d2，于是，透过巴俾涅补偿器的o光和e光的位相差为

在巴俾涅补偿器内，当偏振光在两楔的中央穿过,d1=d2，则自补偿器出射的o光和e光之间位相差为零。当偏振光在上楔板中穿过的晶体厚度d1与在下楔板中穿过的晶体厚度d2不同时，则两光间产生一定的位相差。所以随着光通过楔板的不同水平位置,就能得到不同的位相差,也就是得到不同的椭圆偏振光。显然，为了使光束截面上各点的位相差相同,这种补偿器必须使用极细的光束,这是它的缺点。为了克服这一缺点，可以采用索累补偿器。

②索累补偿器

由两个光轴平行的石英楔板和一个光轴垂直于两楔板光轴的石英平行平面板组成的复合棱镜。上楔板可由微动螺旋使其本身作平行的移动。当上楔板这样移动时，两楔板的总厚度可连续改变。当两楔板的总厚度等于下面石英平行平面板的厚度时，穿过补偿器的o光和e光之间位相差为零。由改变两楔板总厚度与石英平行平面板厚度之差即可得到较宽截面上有相同位相差的光束。

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