偏振器件
常见偏振器件的jones矩阵
常见偏振器件的jones矩阵常见偏振器件的Jones矩阵1. 引言偏振光是指在特定方向上振动的光波。
为了描述偏振光的性质和行为，人们使用了一种被称为Jones矩阵的工具。
Jones矩阵是一种描述偏振光传播过程中的线性光学器件的数学方法。
在本文中，我们将探讨几种常见的偏振器件，并分析它们的Jones矩阵。
2. 偏振器的基本概念偏振器是一种用于过滤、操作和分析偏振光的器件。
它们根据其内部结构和特性可以分为很多不同的类型。
在讨论Jones矩阵之前，让我们先了解一些常见的偏振器件和它们的特点。
2.1 偏振片偏振片是最基本的偏振器件之一。
它们由具有特殊光学性质的材料制成，可以将非偏振光转化为具有特定偏振方向的偏振光。
偏振片的Jones矩阵非常简单，它只有一个元素，即眯式参数（transmittance）。
2.2 波片波片也是一种常见的偏振器件，它们可以将一个偏振状态的光波转化为另一个偏振状态。
波片的Jones矩阵取决于其光学轴的方向和波片的类型。
最常见的波片类型是快轴在特定角度上旋转的正交波片和半波片。
2.3 偏振旋转器偏振旋转器是可以通过改变其内部光学路径或材料，改变输入偏振态的偏振角度的器件。
偏振旋转器的Jones矩阵是一个旋转角度相关的矩阵，并且可以由绕轴旋转操纵。
3. 常见偏振器件的Jones矩阵3.1 线性偏振器件线性偏振器件是最简单的偏振器件之一，它们只能产生特定方向上的线偏振光。
对于一个线性偏振器件，它的Jones矩阵可以表示为：```J = [cos^2θ sinθcosθ][sinθcosθ sin^2θ ]```其中，θ表示偏振方向与输入光方向之间的夹角。
3.2 偏振分束器偏振分束器是一种可以将输入光分成两个正交偏振态的器件。
它们的Jones矩阵可以表示为：```J = [ T R][ R T]```其中，T表示透过的光的振幅传输率，R表示反射灯（Reflectance）。
3.3 光电调制器光电调制器是利用外部控制电场的变化来改变光的偏振状态的器件。
光无源器件介绍范文
光无源器件介绍范文光无源器件是指无需外界能源输入即可以产生、控制、处理或传输光信号的器件。
它们在光通信、光传感、光储存、激光装置等领域具有重要应用价值。
本文将详细介绍几种常见的光无源器件，包括光纤、光栅、偏振器件、光耦合器件和光探测器等。
首先，光纤是一种常见的光无源传输介质。
它具有优异的光学特性，可以实现长距离、高速、低损耗的光信号传输。
光纤通信系统中的核心部件就是光纤。
光纤根据其结构可以分为多模光纤和单模光纤。
多模光纤通常用于短距离通信，而单模光纤适用于长距离通信。
光纤的制作工艺和材料技术的不断进步使得光纤通信系统性能不断提升。
其次，光栅是另一种常见的光无源器件。
光栅是在光介质中周期性变化的折射率结构，可以对入射光进行衍射和反射。
光栅可以用于光谱分析、光信号处理和光波波长选择等应用。
根据光栅的结构可以分为吸收光栅和反射光栅。
吸收光栅通过调整折射率分布来实现频率选择，反射光栅则通过反射光波形成波束宽度调制。
光栅可以实现光信号的分光、滤波和耦合等功能。
再次，偏振器件是用于控制和调整光波偏振状态的器件。
偏振器件根据其工作原理可以分为吸收式偏振器、分束偏振器和光学偏振调制器。
吸收式偏振器通过吸收非期望偏振分量来实现偏振分离。
分束偏振器通过折射率分布的改变实现光波的分离。
光学偏振调制器则通过改变材料的光学特性或施加电场来调制光的偏振状态。
其次，光耦合器件用于实现不同光波的耦合和分离。
光耦合器按照其结构和工作原理可分为分离型光耦合器和集成型光耦合器。
分离型光耦合器通过光波的反射和折射实现光波的耦合。
集成型光耦合器则通过光导波结构的耦合来实现不同波长光波的耦合和分离。
光耦合器为光通信和光传感等系统提供了重要的互连和耦合功能。
最后，光探测器是一种用于接收光信号并转换为电信号的器件。
根据工作原理，光探测器可分为光电二极管、光电导探测器和光电子倍增器等。
光电二极管是最常见的光探测器，它利用内建电场将吸收的光电子转化为电流。
什么是光的偏振器和偏振片
什么是光的偏振器和偏振片？光的偏振是指光波的振动方向在空间中只沿着特定方向振动的现象。
偏振器和偏振片是用于产生、分析和控制偏振光的光学器件。
下面我将详细介绍偏振器和偏振片的原理和应用。
1. 偏振器的原理：偏振器是一种能够选择性地通过或阻挡特定方向振动的光的器件。
它基于光的偏振性质，通过一系列光学元件的组合或特殊材料的制备来实现。
常见的偏振器包括：偏振片、偏振板、偏振棱镜等。
它们的原理基于光波的振动方向与器件的特定结构或材料之间的相互作用。
2. 偏振片的原理：偏振片是一种特殊的光学元件，能够选择性地通过或阻挡特定方向偏振光。
它通常由具有特定吸收或传输性质的材料制成，如偏振片可以利用某些材料对特定方向振动的光吸收或使其传输。
偏振片的工作原理是基于马吕斯定律，即当入射光的振动方向与偏振片的特定方向垂直时，光会被完全吸收或阻挡；而当振动方向与偏振片的特定方向平行时，光会被部分或完全透过。
3. 偏振器和偏振片的应用：-偏振片广泛应用于光学仪器和光学实验中，如偏振显微镜、偏振光谱仪等。
它们可以用于观察和分析具有偏振性质的样品或材料。
-偏振器在光通信中也有重要应用，如偏振分束器、偏振控制器等。
它们可以用于光纤通信中的信号调制和解调，提高光信号的传输效率和质量。
-偏振器还广泛应用于光电显示技术，如液晶显示器（LCD）。
通过控制偏振方向和偏振状态，可以实现显示器的亮度调节和图像显示效果的改善。
总之，偏振器和偏振片是光学领域中重要的器件，用于产生、分析和控制偏振光。
深入了解偏振器和偏振片的原理和应用可以为光学技术的研究和应用提供基础和指导。
什么是偏振光
什么是偏振光
偏振光是在特定方向上振动的光波。
光是一种电磁波，它的振动方向可以在空间中任意方向上。
然而，当光波通过一些特定的介质或经过特定的处理后，光波的振动方向可以被限制在特定的方向上，这种现象就称为偏振。
偏振光通常是由于以下原因之一产生的：
1. 自然偏振：某些光源本身就会产生偏振光，例如一些特定的晶体或者某些物质的发光现象，导致光波在一个特定方向上振动。
2. 经过偏振器件：偏振器件是一种光学器件，可以选择性地通过或阻挡特定方向上的光波。
常见的偏振器件包括偏振片、偏振棱镜等。
当光波通过偏振器件时，只有与偏振器件的偏振方向平行的光波才能通过，垂直于偏振方向的光波则被阻挡。
3. 反射、折射和散射：光波在反射、折射或散射时，可能会发生偏振现象。
例如，当光波与表面呈特定角度入射时，在反射过程中会发生部分偏振，这种现象被称为布儒斯特角偏振。
偏振光在许多应用中都很重要，例如在液晶显示器、3D电影、偏振镜等技术中都有广泛的应用。
1/ 1。
偏振片的原理及应用
偏振片的原理及应用偏振片是一种广泛应用于光学领域的器件，其原理基于光的偏振性质。
本文将介绍偏振片的原理以及其在各个领域中的应用。
一、偏振片的原理偏振片的原理基于光的偏振现象。
光是由一系列电磁波构成的，电磁波在传播过程中会振动方向不同的场，而这种振动的方向就是光的偏振方向。
通常，光可以是自然光或线偏振光。
自然光是由各个方向的电场振动组成的，而线偏振光只有一个特定方向的电场振动。
偏振片是一种能够选择性地通过或阻挡特定方向光的器件。
它由有机或无机材料制成，内部结构呈现特殊的纳米级趋势，能够选择性地阻止一种或多种特定方向的偏振光通过。
常见的偏振片包括线偏振片和圆偏振片两种类型。
二、偏振片的应用1. 光学设备偏振片在光学领域中有着广泛的应用。
它可以用于相机镜头、太阳镜、眼镜、显微镜和望远镜等光学设备中。
通过使用偏振片，可以滤除或减少镜头中的光的反射、折射和散射，提高成像的清晰度和质量。
2. 液晶显示器偏振片在液晶显示器中起着关键作用。
在液晶显示器中，液晶分子的方向可以通过控制电场来改变。
而这些液晶分子在经过偏振片后，只会通过具有与其方向垂直的偏振光。
通过控制液晶分子的排列和偏振片的方向，液晶显示器可以显示出不同的图像。
3. 摄影和摄像偏振片在摄影和摄像中也有一定的应用。
通过使用偏振片，摄影师和摄像师可以筛选光线，减少反射和光线干扰，提高图片和视频的质量。
此外，还可以通过旋转偏振片，调整光线的透过量和偏振方向，获得不同的拍摄效果。
4. 光学测量在光学测量中，偏振片也是常用的设备之一。
例如，偏振片可以用于物质的光学特性测量，如折射率、透过率等。
它还可以用于测量物质中的应力分布，通过观察通过偏振片的光的变化来确定应力的大小和分布情况。
5. 光通信偏振片在光通信中也扮演着重要角色。
通过使用偏振片，可以实现光信号的编码和解码，提高通信系统的传输速率和安全性。
此外，还可以通过偏振片控制光信号的传输方向和偏振状态，实现光路选择和信号的调控。
(物理光学)第十五章 光的偏振和晶体光学基础-3
n e d 1 直且顶角均为30度的直角方解石 棱镜胶合成渥拉斯顿棱镜，当一束自然光垂直入射 时，求从棱镜出射的o光和e光的夹角。
f
n o 1 . 65836 , n e 1 . 48641
f
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
快（慢）轴
入射时 Entrance
出射时 (Exit)
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
3、全波片(Full-wave plate)
n o n e d m , 对应的 2 m
称该晶片为全波片。 性质：
1）不改变入射光的偏振状态；
A
A
A
A
a)
光轴垂直于入射面
b ) 光轴平行于入射面
（二）偏振分束棱镜
1. 渥拉斯顿棱镜（Wollaston prism）：
利用两个正交的光轴分解光。材料：冰洲石。
no ne
f
制作 原理 思考
f arcsin
f
n 0
n e tg
2.洛匈棱镜（Rochon prism）
原理
光轴
90
。
。 Canada balsam
68 71
。
77
。 尼科耳棱镜（W.Nicol）
2. 格兰－汤姆逊（Glan-Thompson）棱镜
光垂直于棱镜端面入射时
A
A
A＝ 光 轴
当入射光束不是平行光或平行光非正入射时
i
A
i' A＝ 光 轴
A
孔径角的限制
3. 格兰－付科棱镜（Glan-foucault prism）
2）只能增大光程差。
偏振元件的原理应用
偏振元件的原理应用1. 什么是偏振？偏振是指光波在传播过程中，电矢量在某一个方向上振动的性质。
偏振光是具有一定方向的光，其电场矢量始终在同一平面上振动。
2. 偏振元件的基本原理偏振元件是一种可以改变光的偏振性质的光学器件。
常见的偏振元件有偏振片、偏振镜、偏振分束器等。
2.1 偏振片偏振片是最常用的偏振元件，它具有选择性透过特定方向偏振光的能力。
偏振片由光学材料制成，内部有一些具有特殊方向的长链状分子排列。
当光线垂直于这些分子时，它们无法通过，而当光线平行于分子链时，则能够通过。
2.2 偏振镜偏振镜可以将非偏振光转化为偏振光，或者改变已有偏振光的偏振方向。
偏振镜的工作原理是利用了光的吸收和反射的性质。
在偏振镜的表面镀有金属薄膜或者其他吸收性材料，它能够吸收与表面平行振动的光，而垂直于表面振动的光则会反射出来。
2.3 偏振分束器偏振分束器是一种能够将入射光按照其偏振方向分成两束的元件。
它可以将未偏振的光分成偏振方向垂直的两束光，或者将已偏振的光按照原来的偏振方向和垂直方向分成两束。
3. 偏振元件的应用3.1 太阳能板太阳能板是一种利用太阳光直接转化为电能的装置。
在太阳能电池中，偏振片的作用是控制光线的偏振方向，使得光线能够更好地被吸收。
通过合理的设计和使用偏振元件，可以提高太阳能板的转换效率。
3.2 3D电影在3D电影中，偏振片起到了至关重要的作用。
通过在电影眼镜中加入左右偏振片，观众可以同时看到左眼和右眼分别显示的不同图像，从而产生立体感。
3.3 液晶显示器液晶显示器是一种常见的显示设备，其中的液晶分子通过施加电场来控制光的偏振方向，从而实现显示功能。
液晶显示器中的偏振元件包括偏振片和液晶分子层，它们共同作用，可以实现对光的控制，从而生成图像。
3.4 光通信光通信是一种利用光传输信息的通信技术。
在光通信中，偏振元件的作用是对光进行调制、分解和解调等处理，以实现信息的传输和解析。
3.5 偏振显微镜偏振显微镜是一种利用光的偏振性质来观察样品的显微镜。
6_3双折射器件
E
E
r
r
• 定义：振动矢量端点描出椭圆的光称为椭圆偏振光，描出圆
由此可知，通过选择 d 值，可使 为所需的定值。
1、/4波片(Quarter-wave plate)
若
1 no ne d (m ) , 对应的 2m 4 2
则称该波片是1/4波片，1/4波片的最小厚度：
d min
4 no ne
当n0>ne时，e光超前，波片的快轴为e 矢量方向。
入射时 Entrance
出射时 (Exit)
线偏振光通过半波片后光矢量的转动
18
3、全波片(Full-wave plate)
no ne d m , 对应的 2m
称该晶片为全波片。 性质：
1）不改变入射光的偏振状态；
2）只能增大光程差。
19
几点注意
• ¼波片，半波片，全波片都是对特定 的波长而言；
Nicol Prism
Nicol prism named after William Nicol(1768-1851), Scottish geologist and physicist. A lecturer at the University of Edinburgh. Nicol pubished his first paper at age 58. His interests were primarily in the fields of crystallography, mineralogy and paleontology. In 1828 he invented his prism and described it in an article “On a method of so far increasing the divergency of the two rays in calcareous spar that only one image may be seen at a time”.
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... .
起偏器
检偏器
两块方解石光轴平行放置, 双像的距离与一块时比有何变化？ 如果转动其中的一块,将出现什么现象?
2 格兰 汤普森棱镜和格兰—傅科棱镜 格兰—汤普森棱镜和格兰 傅科棱镜 汤普森棱镜和格兰
插页 光轴
单色自 • • • • • • 然光 方解石
•
e• •
线偏振光 • • • •
加拿大 树胶
光轴方向
22° S N A’ M
2、尼科耳棱镜原理
D 13°
入射光：
λ = 589.3 A
no = 1.658 ne = 1.486 加拿大树胶 nc = 1.550
o
··
B 68°
· · 77°
13°
··
e光
C’
o光被涂黑的镜壁吸收
ne < nc < no
e光从光疏介质射入光密介质，不发生全反射 o光从光密介质射入光疏介质，发生全反射
1.55 1.486
1.486
e•
•
• •
e •
•
• • •
加拿大 树胶
返回
1.55 1.658
o
全反射 加拿大树胶
返回
P A Ao
x 光轴方向 z
·
o
Ae
线偏振光垂直入射到波片上，分成o光和e光，对于负晶体： o光e光不分开，但传播速度不同，通过波片后会产生位相差 no > ne vo < ve x方向快轴，y方向慢轴
b、波晶片产生的位相差 o光e光的光程差 ∆ = no d − ne d = (no − ne )d 设波片的厚度为d 2π∆ 2π o光e光的位相差 δ = = (no − ne )d λ λ 晶体一定时，∆和δ由厚度d决定 ▲ 四分之一波片 1 λ 实际取 ∆ = (no − ne )d = (k + )λ 光程差 ∆ = (no − ne )d = ± 4 4 π 位相差 δ = ± 实际取 δ = (2k + 1) π (k = 1,2 L) 2 2 ▲ 二分之一波片 1 λ ∆ = (no − ne )d = (k + )λ ∆ = (no − ne )d = ± 2 2 δ = ±π δ = (2k + 1)π (k = 1,2L) ▲ 全波片 ∆ = (no − ne )d = ± kλ
δ = ±2kπ
(k = 1,2 L)
光在波片内被分解为o光和 光 经过波片后可以认为强度没有变 光在波片内被分解为 光和e光,经过波片后可以认为强度没有变 光和 但相位差发生变化,因此光过波片后可能要引起偏振态的变化 因此光过波片后可能要引起偏振态的变化. 化, 但相位差发生变化 因此光过波片后可能要引起偏振态的变化
尼科耳棱镜的制作过程
A’ 3° A’ E F C’ F B C’ E D
此角从71° 磨成为68°
涂上加拿 大树胶
3°
A’ E
D
两块重 新粘连 成一块 棱镜的 粘合面 尼科耳 棱镜的 横截面
68°
B F A’ B E
F C’ A’（D） D C’ B（C）
注意剖面（粘合面）A’EC’D和面A’BC’D的特点！
5.6 偏振器件 1 尼科耳棱镜
光轴
进入晶 体发生 双折射 钠光自然光 680
(作用与偏振片同 作用与偏振片同.) 作用与偏振片同 (方解石 方解石) 方解石
480
• • • • • 710 o •
e
e
线偏 振光
涂黑
加拿大树胶,对钠黄光的折 加拿大树胶 对钠黄光的折 O光被涂黑 介于方解石的 光被涂黑 射率为1.55,介于方解石的 射率为 的界面吸 1.486和1.658 之间 之间. 和 收
▲
可以证明两束出射光夹角 ϕ ′ = 2ϕ = 2 arcsin [(n o − n e )tg β ]Fra bibliotek钠光自然光
o • e • •
钠光自然光
o
n = ne
• • e
方解石制成的罗匈棱镜
玻璃和方解石 制成的偏振器
4.波晶片 波晶片
a、波晶片结构 从单轴晶体切出的平行平面薄片，光轴与表面平行。光垂 直入射时，主截面为o-xz y
E矢量在屏面内的偏振光 对ADB为e光，对CDB 为o光 Q no > ne ∴ 该束光从光疏到光密，向靠近法向MN方向偏折； 从CDB向外偏折时，从光密到光疏，向远离法向MN方向偏折 从沃拉斯顿棱镜出射两束彼此分开振动方向相互垂直的偏振光 当沃拉斯顿棱镜顶角β不很大时，两束出射光几乎对称地分开 ϕ1 = ϕ 2 = ϕ
A 71°
A’
D
∠ABC = 71o ∠A′BC ′ = 68o
B
C’ C 光轴方向 A’ 68° C’ D
∠DAB = 109o
∠DA′B = 112o
∠C ′A′B = 90o
B
剖面A’EC’D要求
与A’ BC’D相互垂直，两面交线为A’ C’ 与晶体的两端面相互垂直， ∠C ′A′B =
π
2
a、沃拉斯顿棱镜结构 光轴 方向
B A
·· · · · · ·· ·· ·· C
D
由两块直角方解石棱镜胶合而成 两棱镜 光轴平行于各自表面 光轴相互垂直
b、沃拉斯顿棱镜原理 自然光垂直于AB面（垂直于光 轴）入射时 棱镜ADB的主截面在屏面内 棱镜CDB的主截面垂直于屏面 棱镜ADB产生的o光e光不分开 棱镜ADB中o光e光速度不同
辨别光过波片偏振态变化的步骤是: 辨别光过波片偏振态变化的步骤是
(1) 将入射光在波片的前表面分解为 光和 光,o光e光的振幅 o,Ee 将入射光在波片的前表面分解为o光和 光和e光 光 光的振幅 光的振幅E 由入射光的偏振态来确定. 和相位差 δ0 由入射光的偏振态来确定
(2) o光e光过波片后振幅不变 相位差变为δ′=δ0+δ，其中δ=2π( o 光过波片后振幅不变, δ=2π(n 光 光过波片后振幅不变 相位差变为δ′=δ +δ，其中δ=2π( 出射光的偏振态由E δ′来确定 来确定． + ne)d ⁄ λ，出射光的偏振态由 o,Ee和相位差 δ′来确定．
1.550 ioc = arcsin ≈ 70o o光全反射临界角 1.658 入射光SM∥A’D，在棱镜表面上的入射角为： 90o − 68o = 22o
在棱镜A’BC’内分成o光和e光，o光折射角13°，在加拿大树胶上 的入射角为77°＞ioc，发生全反射！ e光通过棱镜A’DC’出射！
尼可耳棱镜可以用作起偏器与检偏器
o
涂黑 格兰—汤普森棱镜 格兰 汤普森棱镜
插页
光轴
o
• • •
钠光自 然光
线偏振光 • • • •
e
光轴
格兰—傅科棱镜 格兰 傅科棱镜
3 沃拉斯顿棱镜
方解石
加拿大 树胶
钠光自 然光
e • • • • •o •
e • • o
• •
1.486
e o
• • 1.685
•
• 1.55
1.458
1.55
1.658
A
D M
· ··· · ··· ·· · · ·N · β ····· B
C
▲
A
· · · ·· · · · · ··· · ·· ϕ · · ·N · β ····· B
M
2
D
ϕ1
α1
α2
C
E矢量垂直于屏面的偏振光 对ADB为o光，对CDB为e光 Q no > ne ∴ 该束光从光密到光疏，向 远离法向MN方向偏折；从CDB 向外偏折时，进一步向远离法 向MN方向偏折