光偏振与波片
偏振片
偏振片polarizing film 也叫偏光片。是将自然光转化成偏振光的光学元件。主要由原光片、保护膜、压敏胶层及其他功能性光学薄膜层压而成的复合光学薄膜材料。主要结构为原光片，其由聚乙烯醇(PVA)膜和上下各一层三醋酸纤维素酯(TAC)膜组成。 当光波通过偏振片时，其中正交偏振分量之一被偏振片强烈吸收，而对另一分量则吸收较弱，因此可以用偏振片将自然光转换为线偏振光。 偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。有黑白和彩色二类，按应用又可分成透射、透反射及反透射三类。一般用高分子化合物聚乙烯醇薄膜作为基片，再浸染具有强烈二向色性的碘，经硼酸水溶液还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍制成。拉伸后，碘分子则整齐地被吸附在排列在该薄膜上面，具有起偏或检偏性能 分类 按基本结构，偏振片一般分为： 透射型偏振片。 反射型偏振片：在透射型偏振片的基础上，以压敏胶层粘合一层反射膜。 半透型偏振片：在透射型偏振片的基础上，以压敏胶层粘合一层半透膜。 常见的起偏或检偏的元件构成有两种： 1.光学棱镜。如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的； 2.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光. 要求 偏振片外观要求膜面尽量平整光洁，无气泡、脏点、顶伤、条纹、划伤、折痕、刮伤、擦伤等用肉眼直视可发现的弊病等缺陷，周边无锯齿。允许的缺陷个数应小于12，翘曲度应小于“+／一”5cm。 偏振片可以把入射光、复合光、或单色光变成线偏振光，再经过偏振片使光完全消光。
相干光
相干光通信 一、相干光通信的基本工作原理s 在相干光通信中主要利用了相干调制和外差检测技术。所谓相干调制，就是利用要传输的信号来改变光载波的频率、相位和振幅，这就需要光信号有确定的频率和相位(而不像自然光那样没有确定的频率和相位)，即应是相干光。激光就是一种相干光。所谓外差检测，就是利用一束本机振荡产生的激光与输入的信号光在光混频器中进 行混频，得到与信号光的频率、位相和振幅按相同规律变化的中频信号。在发送端，采用外调制方式将信号调制到光载波上进行传输。当信号光传输到达 s 接收端时，首先与一本振光信号进行相干耦合，然后由平衡接收机进行探测。相干光通信根据本振光频率与信号光频率不等或相等，可分为外差检测和零差检测。前者光信号经光电转换后获得的是中频信号，还需二次解调才能被转换成基带信号。后者光信号经光电转换后被直接转换成基带信号，不用二次解调，但它要求本振光频率与信号光频率严格匹配，并且要求本振光与信号光的相位锁定。s 相干光通信系统可以把光频段划分为许多频道，从而使光频段得到充分利用，即多信道光纤通信。我们知道无线电技术中相干通信具有接收灵敏度高的优点，相干光通信技术同样具有这个特点，采用该技术的接收灵敏度可比直接检测技术高18dB。早期，研究相干光通信时要求采用保偏光纤作传输介质，因为光信号在常规光纤线路中传输时其相位和偏振面会随机变化，要保持光信号的相位、偏振面不变
就需要采用保偏光纤。但是后来发现，光信号在常规光纤中传输时，其相位和偏振面的变化是慢变化，可以通过接收机内用偏振控制器来纠正，因此仍然可以用常规光纤进行相干通信，这个发现使相干光通信的前景呈现光明。s 相干光纤通信系统在光接收机中增加了外差或零差接收所需的本地振荡光源，该光源输出的光波与接收到的已调光波在满足波前匹配和偏振匹配的条件下，进行光电混频。混频后输出的信号光波场强和本振光波场强之和的平方成正比，从中可选出本振光波与信号光波的差频信号。由于该差频信号的变化规律与信号光波的变化规律相同，而不像直检波通信方式那样，检测电流只反映光波的强度，因而，可以实现幅度、频率、相位和偏振等各种调制方式。根据本振光波的频率与信号光波的频率是否相等可以将相干光通信系统分为两类：当本振光频率和信号光频率之差为一非零定值时，该系统称为外差接收系统；当本振光波的频率和相位与信号光波的频率和相位相同时，称为零差接收系统。但不管采用何种接收方式其根本点是外差检测。 二、相干光通信系统的优点s 相干光通信充分利用了相干通信方式具有的混频增益、出色的信道选择性及可调性等特点。由以上介绍的相干光通信系统的基本原理分析且与IM/DD系统相比，得出相干光通信系统具有以下独特的优点： （一）灵敏度高，中继距离长s 相干光通信的一个最主要的优点是能进行相干探测，从而改善接收机的灵敏度。在相干光通信系统中，经相干混合后输出光电流的大
光的偏振试卷(解答)
光的偏振 （A ）一束由自然光和线偏光组成的复合光通过一偏振片,当偏振片转动时,最强的透射光是最弱的透射光光强的16倍,则在入射光中,自然光的强度I 1和偏振光的强度I 2之比I 1:I 2为 (A) 2:15. (B) 15:2. (C) 1:15. (D) 15:1. 解答：设两自然光和线偏振光的光强分别为10I 和20I ，依题意： 15 21622201010 2010min max ==+=I I I I I I I （D ） 一束平行入射面振动的线偏振光以起偏角入到某介质表面,则反射光与折射光的偏振情况是 (A) 反射光与折射光都是平行入射面振动的线偏光. (B) 反射光是垂直入射面振动的线偏光, 折射光是平行入射面振动的线偏光. (C) 反射光是平行入射面振动的线偏光, 折射光是垂直入射面振动的线偏光. (D) 折射光是平行入射面振动的线偏光 解答：由于入射的是平行入射面振动的线偏振光，且以起偏角入射，由于入射光中没有垂直于入射面的振动，所以反射光强为零，只有平行于入射面振动的线偏振折射光，选（D ） （C ）三个偏振片21P P 与3P 堆叠在一起，1P 与3P 的偏振化方向相互垂直，2P 与1P 的偏振化方向间的夹角为0 30。强度为0I 的自然光垂直入射于偏振片1P ，并依次透过偏振片321P P ,P 与，若不考虑偏振片的吸收和反射，则通过三个偏振片后的光强为（ ） 16/ . 32/3 . 8/3 . 4/ .0000I D I C I B I A 解答：32 3)3090(cos 30cos 20002020I I I =-=，选（C ） （B ）一束光强为0I 的自然光，相继通过三个偏振片321,,P P P 后，出射光的光强为8/0I 。已知1P 和3P 偏振化方向相互垂直，若以入射光线为轴，旋转2P ，问2P 最少要转过多大角度，才能使出射光的光强为零。 00090. 60. 45. 30.D C B A 解答：要使出射光的强度为零，2P 的偏振化方向应与1P 、或3P 的偏振化方向平行，设1P 、
偏振光的观察与分析
偏振光的观察与分析 【实验内容及数据处理要求】 1）将半导体激光器、功率计探头与激光功率计后面板上的相应插座相连。 2）在光学导轨一端分别安装半导体激光器和功率计探头，开启功率计，选择直径为6.0 mm 的圆孔作为功率计 探头的入射光阑。 3）调整激光器、功率计探头在支架上的固定高度及激光器的二维调节螺旋，使激光束同轴等高地平行射入功率计探头的Φ6.0光阑孔中。 4）验证马吕斯定律 ① 在靠近激光器的一侧加入一个偏振片并调整其高度与激光器、功率计探头同轴等高。旋转偏振片使功率计的示数为极大值（功率计应选恰当档位，如2 mW ）。 ② 对功率计清零：先用白屏紧贴半导体激光器遮住激光，调节功率计的“调零”旋钮使其示数为0，然后拿走白屏。 ③ 在靠近功率计探头的一侧加入另一个偏振片（作检偏器），并调整其高度与之前安装的光学元件同轴等高，并对功率计清零。 ④ 转动检偏器直至功率计的示数恰好为零，记录下检偏器上的角度θ0和功率计示数；接着以此角度为基准，沿同一方向转动检偏器，每转15°就记录下检偏器上的角度θ和相应的功率计示数。 数据处理要求：以加入检偏器后功率计的最大示数作为I 0，先由马吕斯定律计算出各相对角度α所对应的理论功率，然后在同一坐标纸上绘出马吕斯定律的理论曲线和实测值拟合曲线，计算各α对应功率值的百分偏差，并根据结果得出是否验证的结论。 注意：相对角度α（090θθ=-?-）是因为功率计示数为0时，检偏器与起偏器的透振方向夹角为90°。实验中每加入一个光学元件，就需要对功率计进行清零，以消除由该元件折射、反射进入功率计探头的杂散光对实验结果的影响。 5）产生和鉴别（椭）圆偏振光 ① 紧接4）的第④步，转动检偏器重新使功率计示数为零（系统处于消光状态）此时检偏器的角度记为初始位置0θ。 ② 在起偏器和检偏器之间插入1/4波片，旋转1/4波片角度使功率计示数有极大值，然后调整1/4波片使与之前安装的光学元件同轴等高，并对功率计清零。 ③旋转1/4波片使系统重新进入消光状态（1/4波片的光轴与起偏器的透振方向平行或垂直），此时1/4波片的角度记为φ0。 缓慢旋转检偏器一周，记录功率计出现的4个极值及与之相应的检偏器角度θ。 ④ 以φ0为基准沿同一方向旋转1/4波片，每旋转15°，先记录检偏器在初始位置θ0时功率计的示数，然后缓慢旋转检偏器一周，记录功率计出现的4个极值及与之相应的检偏器角度θ。 数据处理：分析得出1/4波片转动0°、30°、45°、60°、90°等时出射光的偏振状态，并讨论1/4波片对线偏振入射光偏振态的影响。
第13章 光的偏振
第十三章光的偏振 一、选择题 13.1 一束非偏振光入射到一个由四个偏振片所构成的偏振片组上，每个偏振片的透射方向相对于前面一个偏振片沿顺时针方向转过了一个0 30角，则透过这组偏振片的光强与入射光强之比为[ ] (A) 0.41 : 1 (B) 0.32 : 1 (C) 0.21 : 1 (D) 0.14 : 1 13.2 在真空中行进的单色自然光以布儒斯特角0 57 i入射到平玻璃板上。下列哪一种 = B 叙述是不正确的？[ ] π (A) 入射角的正切等于玻璃的折射率(B) 反射线和折射线的夹角为2/ (C) 折射光为部分偏振光(D) 反射光为平面偏振光 (E) 反射光的电矢量的振动面平行于入射面 13.3. 设自然光以入射角0 57投射于平板玻璃面后，反射光为线偏振光，试问该线偏振光的振动面和平板玻璃面的夹角等于多少度？[ ] (A) 0 (B) 33 (C) 57 (D) 69 (E) 90 13.4 一束自然光以布儒斯特角入射于平板玻璃板则[ ] (A) 反射光束垂直偏振于入射面，而透射光束平行于入射面并为完全线偏光 (B) 反射光束平行偏振于入射面，而透射光束是部分偏振光 (C) 反射光束是垂直于入射面的线偏振光，而透射光束是部分偏振的 (D) 反射光束和透射光束都是部分偏振的 13.5 设光从平板玻璃表面以55°的反射角反射后完全偏振，偏振光振动平面与反射平面夹角为[ ] (A) 0° (B) 35° (C) 55° (D) 90° 13.6 一束光是自然光和线偏振光的混合光，让它垂直通过一偏振片．若以此入射光束为轴旋转偏振片，测得透射光强度最大值是最小值的5倍，那么入射光束中自然光与线偏振光的光强比值为[ ] (A) 1 / 2 (B) 1 / 3 (C) 1 / 4 (D) 1 / 5
干涉型光纤传感器的消偏振衰落技术研究
第38卷第8期2009年8月 光 子 学 报 ACTA PH OT ON ICA SINICA V ol.38N o.8A ug ust 2009 * 国家高技术研究发展计划(2006A A 0A A 102-03)资助T el:010-********Email:jingzheng uo @https://www.360docs.net/doc/3b17294269.html, 收稿日期:2008-06-17修回日期:2008-07-23 干涉型光纤传感器的消偏振衰落技术研究* 荆振国1a ,殷锴1a,1b ,张敏1a ,王立威1a ,朱耀强2,王子秋2,王宏华2,廖延彪1a (1清华大学a.电子工程系,b.精密仪器与机械学系,北京100084)(2中海油田服务股份有限公司技术中心,河北燕郊065201) 摘 要:本文对消除干涉型光纤传感器信号偏振衰落的偏振分集接收PDR(Polarizatio n Div ersity Receiver)技术进行了理论分析.通过三态PDR 方式,,能够避免传输光偏振态变化导致干涉信号完全衰落的现象,使干涉信号有效幅度在一定范围内变化.采用基于反正切计算的相位生成载波PGC(Phase Generated Carrier )解调技术的相位测量结果不受由于偏振衰落导致干涉信号有效幅度变化的影响.提出结合三态PDR 方式和基于反正切计算的PGC 解调技术消除偏振衰落问题的影响,实现干涉型光纤传感器中相位信号的理想解调.关键词:干涉型光纤传感器;偏振衰落;偏振分集接收;相位生成载波 中图分类号:T N247 文献标识码:A 文章编号:1004-4213(2009)08-2024-5 0 引言 近年来,干涉型光纤传感器成为光纤传感器领域最受关注的研究方向之一[1-4] .干涉型光纤传感器通过一定长度的敏感光纤可以实现极高的灵敏度[5-6].构成光纤干涉仪主体部分的光纤存在着双折射现象,会使光纤中传播光信号的偏振态发生变化[7].当发生干涉的两束光的偏振态不一致时,会使干涉信号的幅度发生衰落,.两束光的偏振状态完全正交时,两束光完全不相干,干涉信号的幅度衰落为零.为了从干涉信号中解调出对外界传感信息敏感的相位信号,需要克服偏振衰落现象,使干涉信号维持一定的幅度. 当前解决干涉型光纤传感器中的偏振衰落问题的途径主要有:全保偏光路方式、法拉第旋镜方式和偏振分集探测方式等[8-10]. 基于反正切计算的相位生成载波PGC 解调技术,具有灵敏度高,动态范围大等优势,与传统的基于微分交叉相乘DCM (Differentiate Cross Multiply )的PGC 解调技术相比,其相位测量结果不受由于偏振衰落,导致干涉信号幅度变化的影响.PDR PGC 解调技术可以理想地解决干涉型光纤传感器系统的偏振衰落问题. 本文将PDR 技术与基于反正切计算的PGC 解调技术结合消除偏振,衰落其优势在于干涉型光纤传感器的时分复用系统应用中,可以利用单一的偏 振分集探测单元结合相应的解调技术解决时分复用阵列中所有光纤干涉仪的偏振衰落问题,极大地降低了系统的成本,简化了传感器的制作工艺和系统结构. 1 消除偏振衰落的PDR 方案 在PDR 方案中,光纤干涉仪输出经分束后,经过Y 方向与X 方向成H 角的检偏器,由探测器探测. 光纤干涉仪的传感臂输出的X 、Y 方向的偏振分量分别为 A x cos (X t + 一、填空题 1．在单缝衍射中，设缝宽为a，光源波长为λ，透镜焦距为f ′，则其衍射暗条纹间距e暗= ___ ，条纹间距同时可称为。2．当保持入射光线的方向不变，而使平面镜转15°角，则反射光线将转动角。3．光线通过平行平板折射后出射光线方向___ ___ ,但会产生轴向位移量，当平面板厚度为d，折射率为n，则在近轴入射时，轴向位移量为_______ 。4．在光的衍射装置中，一般有光源、衍射屏、观察屏，则衍射按照它们距离不同可分为两类，一类为 ____ ，另一类为 _____ 。5．光轴是晶体中存在的特殊方向,当光在晶体中沿此方向传播时不产生 ________ 。n e 偏正片在生活中的应用 在物理学中，偏振片是一种光学物理学中的术语，指可以使天然光变成偏振光的光学元件叫偏振片。目前，人造偏振片有多种，其应用范围广；但是其缺强度差，不能受潮，易退偏振等。 偏振片在现代生活中的应用随着科学技术的发展,偏振技术在生活中应用越来越多.拍摄表面光滑的物体,如玻璃器皿、水面时,加用偏振镜,能够阻挡这些偏振光,借以消除或减弱这些光滑物体表面的亮斑.看立体电影时,要戴3D眼镜;这副眼镜左右眼镜片由一对透振方向互相垂直的偏振片构造而成.驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片用来消弱对面车的灯光,提高安全.计算器、电脑等都在用液晶显示器代替显像管,偏振镜可以减少和消除发表光物体表面的反光，例如金属、水面、玻璃的反光。比如你要拍摄橱窗里面的东西，就要减少玻璃的反光的影响，你要拍摄水下的物体，就要设法减少水面反光；使天空变暗，更衬托出云朵的形状；使色彩变浓，实际上也是压低了亮度；延长曝光时间。 其中，偏正片在显示屏中的应用随着液晶显示的发展得到了很大的发展，小到小小计算器，大到电视机、电脑等等都在用液晶显示器代替显像管，任何液晶显示器采用的LCD显示屏，而LCD是由两个相互垂直的极化滤光器（偏振片）构成，在正常情况下偏振片的通光方向相互垂直，应该阻断所有试图穿透的光线。但是，由于两个滤光 器之间充满了扭曲液晶，在光线穿出第一个滤光器后，会被液晶分子扭转90度，最后从第二个滤光器中穿出。另一方面，若为液晶加一个电压，分子又会重新排列并完全平行，使光线不再扭转，所以正好被第二个滤光器挡住。总之加电将光线阻断，不加电则使光线射出；前后的两片偏振片与中间的扭转液晶是所有液晶显示器的共同组成部分。所以只要建议学生将费旧计算器中的显示器取出，就能得到两片偏振薄膜，学校的偏振片厚而易碎，偏振薄膜片柔软操作方便。 而且，偏振片在摄影中的作用也十分广泛。偏振镜又称“偏光镜”，是一种常用滤镜，在彩色和黑白摄影中常用来消除或减弱非金属表面的强反光，从而消除或减轻光斑，还可用来拍摄玻璃后面的物品，或表现强反光处的物体的质感。在一些特殊摄影中，偏振镜有着非常重要的作用。偏振片做成的偏振镜呈灰色，由镜片主体和一个与其相连并可旋转的后座框两部分组成。偏振镜的镜片主体由极细的水晶玻璃组成光栅。旋转时，偏振镜的光栅将那些不与它平行的偏振光线阻挡住。因此，偏振镜能够控制和选择记录在胶片上的与它平行反射光（此反射光为偏振光）的数量。实际上，这就是偏振镜能够消除或减弱非金属表面反光的道理由于目前所有数码相机都是采用TTL测光设计的，即使加上渐变减光滤镜也不需要进行特别的曝光补偿。除了在拍摄多云、日出日落等时候加上渐变减光滤镜外，在天晴的日子拍摄时加上这种滤镜也可使天空的色彩饱和度更高，使天空呈现更深的蓝色，看起来也就更加令人心旷神怡。 偏振片在生活中的作用主要体现在以上几个方面，通过物理课上 100G系统中PM-QPSK光解调器的研究 摘要：PM-QPSK技术具有高的频谱效率，将传输符号的波特率降低为二进制调制的四分之一,并能使光信噪比极大改善，可以用强大的DSP来处理极化模复用信号。文章分析了PM-QPSK 技术调制和解调的基本原理，对100G系统中接收机前端解调器光解调器进行详细分析。 关键词：偏振复用正交相移键控；解调器；平面光波导回路 引言 PM-QPSK(Polarization-multiplexed Quadrature Phase Shift Keying,偏振复用正交相移键控)的信号在接收侧采用相干检测技术可以实现高性能的信号解调，和直接解调、差分解调方式相比，相干检测所使用的本地激光器的功率要远大于输入光信号的光功率，所以光信噪比可以极大地改善[1]。特别是相干检测技术充分利用强大的DSP(Digital Signal Processing,数字信号处理)技术来处理极化模复用信号，可以通过后续的数字信号处理补偿并进行信号重构，可以还原被传输的信号的特性（极化模、幅度、相位），大幅度消除光纤带来的传输损伤，如PMD（Polarization Mode Dispersion，偏振模色散）容忍度达30ps,无需线路色散补偿就可以容忍几万ps/nm,相比与其他的100G传输方案，如非相干PM-DQPSK或OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,正交频分复用技术)，PM-QPSK结合相干检测提供了最优化的解决方案,这被大多数的系统供应商选择为100G传输方案。 PM-QPSK调制原理 四进制移相键控(QPSK)是一种多元(4元)数字频带调制方式，其信号的正弦载波有4个可能的离散相位状态，每个载波相位携带2个二进制符号，第n个时隙的QPSK信号可以表达为： (1) 其中，A是信号的振幅，为常数；θn为受调制的相位，其取值有四种可能，具体值由该时隙所传的符号值决定；fc是载波频率；Ts为四进制符号间隔。QPSK常用的四种相位值有两套，分别称为A方式和B方式，若，则为0、π/2、π、3π/2，此初始相位为0的QPSK信号的矢量图如下图1中A方式；若，则为π/4、3π/4、5π/4、7π/4，此初始相位为π/4的QPSK信号的矢量图如下图1中B方式。QPSK调制是响应进入的码对(00、01、10、11)，对光载波作相移，表1给出了四元符号对应的两个比特和A、B两套相位值[2]。 单个100Gbps被分为两个极化模式-TE(横电模)与TM(横磁模)的两个50Gbps流，这一步骤产生出相同频率的两个载波，然后每个载波做QPSK调制，由于QPSK调制将2个比特封装在一个符号内，两个极化的模式可以分别得到两个25G符号/秒的流，总计为100Gbps。由于QPSK 信号是以两个极化面且以复用的极化模形式传输，因此它可以叫做DP-QPSK(双极化QPSK)，或叫PM-QPSK(极化模式QPSK)。 图1 QPSK A和B 两种方式矢量图 表1 QPSK的两套相位值 相干接收PM-QPSK调制解调过程 PM-QPSK在偏振态、相位和波形多个维度进行调制，具有较大的自由度且每个维度复杂度较低，发射机工作过程如下：连续激光器发出的光信号等分后作为两个QPSK调制器的载波光源，数据经QPSK编码、驱动放大和低通滤波驱动后驱动QPSK调制器；两路经QPSK调制后输出的光信号在偏振态正交化后由偏振合束器汇聚为一路光波信号进入线路。可在连续激光器和分光器之间引入脉冲发生器，通过改变光脉冲形状进一步抑制和补偿光传输损伤。其过程。 数字相干接收机将传输通道设计的复杂度转移到了接收机。数字相干接收机通过相位分集和 实验七 偏振现象的观测与分析 一、实验目的 1 观察光的偏振现象，加深对偏振光的了解； 2 掌握产生和检验偏振光的原理和方法。 二、实验仪器 氦氖激光器、偏振片（2片）、半波片、光屏、凸透镜 三、实验原理 1 能使自然光变成偏振光的装置或器件，称起偏器；用来检验偏振光的装置或器件， 称检偏器。按光的振动状态不同，可分为自然光，线偏振光，部分偏振光，圆偏振光和椭圆偏振光。沿同一方向传播的两列频率相同的线偏振光，如果他们的振动方向垂直且具有固定的相位差ΔΦ，当ΔΦ＝k π （k ＝0，±1，…）合成光矢量末端的轨迹是一条直线，称为线偏振光，当ΔΦ＝（2k ＋1）π/2 ，且振幅相等时，合成光矢量末端的轨迹是圆，称为圆偏振光，其它情况当 ΔΦ≠k π和ΔΦ≠（2k ＋1）π/2 时则为椭圆偏振光。如图1所示。 （其中点表示垂直于纸面振动的光，直线为平行于纸面振动的光） 2 偏振片：对某一方向的光有强烈的吸收，而对与之垂直的光振动则吸收很少，这样的波 片称偏振片。因此偏振片基本上只允许某一特定方向的光振动通过，这一方向称之为偏振片的偏振方向。 3 由晶体双折射产生偏振 一束光照射到晶体上会产生双折射现象，出来两束光线，一束o 光，一束e 光。 O 光遵从折射定律，e 光不遵从折射定律。 光轴：晶体内存在一个特殊方向，光沿该方向传播时不产生双折射现象。 主平面：由光线和光轴组成的平面。O 光的光振动垂直与主平面，e 光的光振动在主平 面内。 4 半波片的原理 如图（2）所示，当振幅为A 的平面偏振光垂直入射到表面平行光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为α，则在晶片表面上o 光和e 光的振动分别为Asin α 和Acos α，它们的相位相同，进入晶片后，o 光和e 光虽然沿同一方向传播，但具有 不同的速度，因此，经过厚度为d 的晶片后，o 光和e 光之间将产生相差δ。而且有： 自然光： 部分偏振光： 线偏振光： 图1 光的偏振的应用 1．在摄影镜头前加上偏振镜消除反光 自然光在玻璃、水面、木质桌面等表面反射时，反射光和折射光都是偏振光，而且入射角变化时，偏振的程度也有变化。在拍摄表面光滑的物体，如玻璃器皿、水面、陈列橱柜、油漆表面、塑料表面等，常常会出现耀斑或反光，这是由于反射光波的干扰而引起的。如果在拍摄时加用偏振镜，并适当地旋转偏振镜片，让它的透振方向与反射光的透振方向垂直，就可以减弱反射光而使水下或玻璃后的影像清晰。 2．汽车前灯和前窗玻璃用偏振玻璃防止强光 夜晚，汽车前灯发出的强光将迎面驶来的汽车司机照射得睁不开眼睛，严重影响行车安全。若考虑将汽车前灯玻璃改用偏振玻璃，使射出的灯光变为偏振光；同时汽车前窗玻璃也采用偏振玻璃，其透振方向恰好与灯光的振动方向垂直，这样司机不仅可以防止对方汽车强光的刺激，也能看清自己车灯发出的光所照亮的物体。 3．利用偏振光的旋光特性测量相关物理量 偏振光通过一些介质后，其振动方向相对原来的振动方向会发生一定角度的旋转，旋转的这个角度叫旋光度，旋光度与介质的浓度、长度、折射率等因素有关。测量旋光度的大小，就可以知道介质相关物理量的变化。 4．利用光的偏振制成液晶显示器 如图-4所示为电子手表等的液晶显示器，两块透振方向互相垂直的偏振片当中插进一个液晶盒，盒内液晶层的上下是透明的电极板，它们刻成了数字笔画的形状。外界的自然光通过第一块偏振片后，成了偏振光，这束光在通过液晶时，如果上下两液晶片间没有电压，光的偏振方向会被液晶旋转90°，于是它能通 过第二个偏振片。第二个偏振片的下面是反射镜，光线被反射回来，这时液晶盒看起来是透明的。但如果在上下两个电极间有一定大小的电压时，液晶的性质就改变了，旋光性消失，于是光线不能通过第二个偏振片，这个电极下的区域就变暗，于是就显示出了数字。 5．使用偏振片观看立体电影 立体电影是用两个镜头如人眼那样从两个不同方向同时拍摄下景物的像，制成电影胶片。在放映时，通过两个放映机，把用两个摄影机拍下的两组胶片同步放映，使这略有差别的两幅图像重叠在银幕上，如图-5所示。这时如果用眼睛直接观看，看到的画面是模糊不清的，要看到立体电影，就要在每架电影机前装一块偏振片，它的作用相当于起偏器。从两架放映机射出的光，通过偏振片后，就成了偏振光。左右两架放映机前的偏振片的偏振化方向互相垂直，因而产生的两束偏振光的偏振方向也互相垂直。这两束偏振光投射到银幕上再反射到观众处，偏振光方向不改变。观众戴上透振方向互相垂直的偏振眼镜观看，每只眼睛只看到相应的偏振光图象，即左眼只能看到左机映出的画面，右眼只能看到右机映出的画面，这样就会像直接观看那样产生立体感觉。这就是立体电影的原理。 第十四章 光的偏振和晶体光学 1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率 1.54n =，试计算（1）反射 光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。 解：光由玻璃到空气，354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=??? ? ??-====θθθn n n n o ①()()()() 06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+-- =θθθθθθθθp s r r 002 22 2 min max min max 8.93=+-=+-=p s p s r r r r I I I I P ②o B n n 3354.11tan tan 1121 =?? ? ??==--θ ③()() 4067.0sin 1sin ,0,57902120 21=+-- ===-==θθθθθθθθs p B B r r 时， 02 98364 .018364.011 ,8364.01=+-===-=P T r T p s s 注：若2 21 122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη=== )(cos ,212 2 22 2 0min 0max θθ-=+-= ==p s s p s p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上，试计算透射光的偏振度。 解：每片玻璃两次反射，故10片玻璃透射率( ) 20 22010.83640.028s s T r =-== 而1p T =，令m m I I in ax τ=，则m m m m I I 110.02689 0.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---= ===+++ 偏振现象的观察与分析研究 摘要：本课题研究的是光学实验中常用到的偏振光实验仪以及光的偏振性质，并对其中的旋光实验内容进行了扩充。内容主要包括以下几个部分：第一部分为光学的基础知识（尤其是偏振光）的介绍，包括光的分类、偏振光的获得、波晶片、半波片、四分之一波片；第二部分为对WZP-1偏振光实验仪结构和原理的简要介绍；第三部分为偏振光实验仪的调节与使用，包括仪器的调节、实验原理、实验步骤、实验结果及其分析和处理、实验注意事项。 关键词：偏振光马吕斯定律布儒斯特角波片旋光现象 Observation and Analysis of Polarization i 贵州民族学院毕业论文 Abstract: The study of the subject is commonly used in optical experiments to the experimental apparatus and the polarized nature of light polarization, and optical rotation experiment in which the content was expanded. Mainly includes the following sections: The first part of the experimental apparatus WZP-1 polarized light a brief description of the structure and principles; second part is the basics of optics (particularly polarized light) is introduced, including the classification of light, polarized light access to, wave chip, half slide, slide a quarter; third part is the regulation of polarized light and use of experimental apparatus, including instruments of regulation, experimental theory, experimental procedure, experimental results and analysis and processing, experimental Note. Keywords: Polarized-light Malus-law Brewster-angle Slide Optical-phenomena 目录 绪论 (1) 第1章光波的偏振态及其分析方法 (1) ii 首先你要明白光的偏振态，有圆偏振，椭圆偏振，线偏振。一般自然界存在的光都是自然偏振，即各种偏振混合在一起的。你可以将偏振片理解为一条“狭缝”，就是说只能够透过和这个“狭缝“方向相同的光，一般当作”起偏器“（产生一个线偏振，线偏振的方向就是偏振片的”狭缝“方向），检偏器（检验过来的线偏光的偏振方向），因为马吕斯定律，夹角不一样的透过光强不一样，很明显当检偏器狭缝和偏振光偏振方向一致时基本都能投过来，光强最大，垂直的时候基本就没光过来了，你可以拿两个偏振片，转到两个狭缝垂直，透过两个镜片就什么都看不见，再转到垂直，就能看到镜子后面的景物了。波片一般用双折射晶体来做，入射光射入晶体分解为o光和e光（寻常光和异常光），晶体对两种光的折射率不同，而我们知道光在晶体里的速度是c/n，也就是两种光在晶体里传播速度不一样快，导致两个光同时入射，但出射时有一定的时间差（其实是光程不一样，产生了(n0－ne)d的光程差），时间差就会导致相位差，相位差为Δj＝2π（n0－ne）d／λ。两振动一般合成为椭圆偏振（见光的偏振）。Δj＝2kπ（k为整数）时合成为线偏振光；Δj＝（2k＋1）π／2，且θ＝45°时合成为圆偏振光。所以波片的作用可以理解为给光附加一个光程差，从而改变光的偏振态。 那几个波片就是根据附加的光程差不同而定义的，原理都是相似的 1/4波片：凡能使o光和e光产生λ／4附加光程差的波片称为四分之一波片。若以线偏振光入射到四分之一波片，且θ＝45°，则穿出波片的光为圆偏振光；反之，圆偏振光通过四分之一波片后变为线偏振光。 1/2波片：凡能使o光和e光产生λ ／2附加光程差的波片称为二分之一波片。线偏振光穿过二分之一波片后仍为线偏振光，只是一般情况下振动方向要转过一角度。光程差可任意调节的波片称补偿器，补偿器常与起偏器结合使用以检验光的偏振状态 想深入了解可以看看物光，光的偏振这一章 浅论相干光通信 一、研究背景 尽管波分复用（WDM）技术和掺铒光纤放大器（EDFA）的应用已经极大的提高了光通信系统的带宽和传输距离，伴随着视频会议等通信技术的应用和互联网的普及产生的信息爆炸式增长，对作为整个通信系统基础的物理层提出了更高的传输性能要求。光通信系统采用强度调制/直接检测(IM/DD)，即发送端调制光载波强度，接收机对光载波进行包络检测。尽管这种结构具有简单、容易集成等优点，但是由于只能采用ASK调制格式，其单路信道带宽很有限。因此这种传统光通信技术势必会被更先进的技术所代替。 然而在通信泡沫破灭的今天，新的光通信技术的应用不可避免的会带来对新型通信设备的需求，面对居高不下的光器件价格，大规模通信设备更换所需要的高额成本，是运营商所不能接受的，因此对设备制造商而言，光纤通信新技术的研发也面临着很大的风险。 如何在现有的设备基础上提高光通信系统的性能成为了切实的问题。在这样的背景下，二十多年前曾被寄予厚望的相干光通信技术，再一次被放到了桌面上。 相干光通信的理论和实验始于80年代。由于相干光通信系统被公认为具有灵敏度高的优势，各国在相干光传输技术上做了大量研究工作。经过十年的研究，相干光通信进入实用阶段。英美日等国相继进行了一系列相干光通信实验。直到20世纪80年代末，EDFA和WDM技术的发展，使得相干光通信技术的发展缓慢下来。在这段时期，灵敏度和每个通道的信息容量已经不再备受关注。然而，直接检测的WDM系统经过二十年的发展和广泛应用后，新的征兆开始出现，标志着相干光传输技术的应用将再次受到重视。 在数字通信方面，扩大C波段放大器的容量，克服光纤色散效应的恶化，以及增加自由空间传输的容量和范围已成为重要的考虑因素。在模拟通信方面，灵敏度和动态范围成为系统的关键参数，而他们都能通过相关光通信技术得到很大改善。 二、相干光通信系统的组成及基本原理 强度调制-直接检波系统，虽然可以通过高码速来实现大容量传输，而且具有调制、解调较容易的优点，但是，从理论上来讲，这种调制系统所采用的光源不是理论上单一频率的相干光源，而有相当的频宽、对这种由一个频带组成的光源进行强度调制（调整个信号的光强），显然，已调信号就具有相当宽的带宽（当然，相对于光纤本身的传输带宽来讲，仍然是个窄频带）。另外，在强度调制中，仅仅利用了光的振幅参量，相当于早期无线电通信中采用火花发射机那样，是一种噪声通信系统。它的传输容量和中断距离都受到限制。 相干光通信系统则采用单一频率的相干光做光源（载波），沿用无线电技术中早已实现的相干通信方式，再配合幅移键控（ASK）,频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等调制方式，实现一种新型的光纤通信方式----这就是理论上具有先进性的外差光纤通信系统。 相干光通信系统的基本结构如图1所示。图中的光载波经调制器受数字信号调制后形成已调信号光波。调制方式有很多种，将光信号通过调幅、调频或调相的方式被调制（设调制频率为ωs）到光载波上的，当该信号传输到接收端时，首先与频率为ωL本振光信号进行相干混合，然后由光电检测器进行检测，这样获得了中频频率为ωIF=ωs-ωL的输出电信号，因为ωIF≠0，故称该检测为外差检测，那么当输出信号的频率ωIF=0（即ωs=ωL）时，则称之为零差检测，此时在接收端可以直接产生基带信号。 偏振光现象的观察和分析 引言： 光的偏振现象有法国工程师马吕斯首先发现。对光偏振现象的研究清楚地显示了光的横波性，加深了人们对光传播规律的认识。近年来光的偏振特性在光调制器、光开关、光学计量、应力分析、光信息处理、光通信、激光、光电子器件中都有广泛应用。 本实验利用偏振片和1/4波片观察光的偏振现象，并分析和研究各种偏振光。从而了解1/4波片和1/2波片的作用及应用，加深对光偏振性质的认识。 实验原理 1、 偏振光的种类。 光可按光适量的不同振动状态分为五类： （1）线偏振光 （2）自然光 （3）部分偏振光 （4）园偏振光 （5）椭圆偏振光 使自然光变成偏振光的装置称为起偏器，用来检验偏振光的装置称为检偏器。 2、 线偏振光的产生。 （1）反射和折射产生偏振 自然光以 i B =arc tan n 的入射角从空气入射至折射率为n 的介质表面上时，反射光 为线偏振光。以 i B 入射到一叠平行玻璃堆上的自然光，透射出来后也为线偏振光。 （2）偏振片。 利用某些晶体的二向色性可使通过他的自然光变成线偏振光。 （3）双折射产生偏振。 自然光入射到双折射晶体后，出射的o 光和e 光都为线偏振光。 3、 波晶片 4、 线偏振光通过各种波片后偏振态的改变。 在光波的波面中取一直角坐标系，将电矢量E 分解为两个分量E X 和E y ，他们频率相同都为ω，设E y 相对E X 的相位差为?φ，即有 E X =A x cos ωt （2） E y =A y cos(ωt +?φ) （3） 由（2）、（3）两式得，对于一般情况，两垂直振动的合成为： e 轴 O 轴 θ 光 轴 图 1 高速光通信系统中的偏振复用技术 摘要：偏振复用（Polarization Division Multiplexing:PDM）技术不仅能够在很大程度上提高系统通信容量还能使系统的频谱效率得到明显改善。偏振复用技术利用光的偏振维度，在同一波长信道中，通过光的两个相互正交偏振态同时传输两路独立数据信息达到加倍系统总容量和频谱利用率目的。它是光纤通信中一种比较新的复用方式，在这种复用方式中，传输波长的两个独立且相互正交的偏振态作为独立信道分别传输两路信号，从而使光纤的信息传输能力提高一倍且不需要增加额外的带宽资源。本文论述了高速光通信系统中的偏振复用技术的研究意义，发展现状以及偏振复用技术在高速光通信系统中的关键技术和信息处理技术，包括全光复用技术、全光信号处理技术和数字信号处理技术。最后对高速传输时偏振复用链路的损失和串扰进行概述。 关键词：偏振复用；高速光通信；PMD Polarization Division Multiplexing In High-speed Optical Communication Systems Liu Yu (Optoelectronic Engineering, Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065) Abstract：Polarization Division Multiplexing (Polarization Division Multiplexing:PDM) technology can not only improve the system to a great extent communication capacity of the system spectrum efficiency,but also can be significantly improved.PDM technique which utilizes the polarization dimension of light,carries two independent data at the same wavelength with orthognal states of polarization.It can double the system capacity and spectral efficiency directly.It is a kind of relatively new multiplexing method, optical fiber communication in this kind of multiplex mode,two orthogonal polarization of transmission wavelengths as a separate channel signal transmission two road is independent and mutually,so that the capacity of optical fiber information transmission to double and does not need to increase the additional bandwidth resources.This paper discusses the research significance of the polarization multiplexing technology of high speed optical communication system, the current situation of the development and the key technology of polarization multiplexing technology in high-speed optical communication system and information processing technology, including QuanGuangFu technology, all-optical signal processing technology and digital signal processing technology.Finally, the high speed transmission when polarization multiplexing link loss and crosstalk are summarized. Key words：Polarization Division Multiplexing;High-speed optical communication;PMD 0 前言 随着互联网业务的快速发展，尤其是基于互联网的视频应用和P2P交互式应用的爆炸式发展，骨干通信网络带宽需求迅猛增长，现有密集波分复用（DWDM）系统己经不能满足日益增长的带宽需求，提高系统传输能力势在必行。偏振复用技术能工程光学期末考试题库试题含答案详解
偏振片的应用
100G系统中PM-QPSK光解调器的研究
实验七偏振现象的观测与分析
光的偏振的应用(偏振片的应用)详细版.doc
第12章光的偏振--习题答案
偏振现象的观察与分析研究
偏振片的一些特有特点
浅论相干光通信
偏振光现象的观察和分析
高速光通信系统中的偏振复用技术