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1、圆偏振光的生成原理光是电磁波，与声波不同光波是横波；偏振光是光矢量相对于传播方向以一固 定方式振动的波。按传播轨迹，可以分为线偏振光和椭圆偏振光两种。圆偏振光 是属于椭圆偏振光的一种特殊情况。将两个频率相同，沿相同方向传播并且其振动面相互垂直的线偏振光叠加时， 情况将如何变化呢？图A如图A,波长为九的一束光通过线偏振片后形成线偏振光；令光束垂直于波片的 表面（沿z轴方向）入射，该波片是厚度为d,从具有双折射特性的单轴晶体上 切下的薄片,且其表面平行于该晶体自身的光轴方向。入射到波片的线偏振光的 光轴矢量的振幅OM=A且与波片的光轴方向（xx线）成夹角a。通过波片后形 成两条振动面相互垂直的线偏
2、振光：e光（非常光）和o光（寻常光）;e光的振 动矢量与波片的光轴方向（xx线）一致；o的振动矢量则和波片的光轴方向垂直 （yy线）。他们的传播方向一致，但传播速度不同，一个滞后，一个超前。通常 将传播速度快，相位超前的光称作“快光”。称其振动方向为快轴，而传播速度 慢，相位滞后的光称为“慢光”并称其振动方向为慢轴。这样波片内形成了光程差：- n ）d （其中n和n是o光和e光在波片内o e o e的折射率）。两光的相位差帖挈二2乙 -n必（1）九o e九由图可见， e 光和 o 光的振幅分别为：a=A cos a ， b=A sin a（ 2）通过波片的振动可表示为x = A cos a c
3、os t = a cos t（3）y = A sin a cos（t + ） = b cosgt + ）（4） 其中 光波的时间圆周率，=2兀丫，其中丫为时间频率；相位差-e ；yx其中e e为y和x两个方向振动的初相。 yx求出合成振动轨迹，消去时间 t：cos w t =, y = b(cos t cos - sin t sin )a或xysin wt sin 二一cos 一一ab将上式平方并与下式相加：(cos wt sin )2 = sin2 得出a2a2+養-今)cos =sin2 5)上式为椭圆方程式，形状和相对坐标决定于a角和0角的值。可见，当线偏振光通过晶体波片后，一般情况下其
4、光矢量振幅末端画出曲线为椭 圆。此光为椭圆偏振光。一些特殊情况：即相位差 = +-，-或匹时：2 2 2此时，式(5)变成如下形状：6)x2y 2+ - a 2b2在特定情况下，a = 45。，这时a=b,椭圆变成园，其方程式:7)x2+y2 =a2 给出的相位差角的值对应的波片厚度d应当满足以下等式:m=0，l，2，3，n8)/、(2m+l)九n -n)d=o e4其数值为-波长的2m+1倍。通常简称此种切割晶片为“丄波片”或“九香味延444迟器”l由此我们可以得出，为获得圆偏振光，需使线偏振光通过-波片并使其出事入射4l光矢量与晶体-波片的光轴方向成45度角。4圆偏振光旋转方向控制方法及其
5、切换装置由(5)式可见，线偏振光经过波片时两个相互垂直的分量间的相位差 可以是也以是，输出光矢量末端所画出的轨迹均为正椭圆。也就是说，沿垂直轴线 oy的分量有可能超前于，也有可能落后于沿水平线OX的分量 角。当观察者迎 着光的方向看去，其结果是合成的矢量可以沿顺时针方向（向右）旋转，也可以沿 逆时针方向（向左）旋转。因此，有右旋和左旋两种椭圆偏振光（或圆偏振光）的区 别（见图 B）。图B左旋及右旋椭圆偏振光根据关系式（3）和（4）可以确定不同时刻合成矢量端点的位置。当t=0时，x=a, y=bcos0，这表明合成矢量的端点位置位于图C中的线段AA上;当 -一:亠，丄（T 为周期）时，Li】,y
6、- bc.O5-bsintp如果相位差满足华V一兀，则合成矢量端点在Y轴上HE线段内。显然，在 周期内，合成矢量沿椭圆转动的距离不可能超过椭圆周长的一半，因此从AA， 上的点转到OB上的点，只能沿着顺时针方向行进，即此时获得的是右旋椭圆偏振光。同理，如果相位差满足，在周期时合成矢量端点在Y轴上的0B 线段内，从而获得左旋椭圆偏振光。|耳3 J 倉图C判断椭圆偏振光旋转方向的分析 一般情况下，如图 B 所示，合成光振幅矢量末端 之轨迹为沿 z 方向行进的椭圆螺旋线。此轨迹在 xy 平面之投影为旋转椭圆，该椭圆的方位及旋转方向取 决于 a 角（即光振动矢量的两个分量 a， b 的大小）和 相位差。图D中给出了当aHb,相位差从0 =0到9兀中帖94，每相隔I/8周期的各种偏振状态。图D同0值对应的椭圆振动在特定情况下：（1）当相位差为 的奇数倍，即0 = （2m +1）=（中m为整数），且2aHb时，光振幅矢量末端的轨迹为正椭圆。当0申兀（即山岬:皿）时为右旋； 当兀 申 2兀（即5inP r-）为左旋。当a=b时，光振幅矢量末端轨迹变为圆，当 =-，竺，匹，时为右旋圆偏振2 2 2光；当甲二竺匸，竺, （亦即等同于，迺，匹，）时）时为左旋圆偏振光。2 2 2 2 2 2可见，为了改变圆偏振光的旋转方向，只须使构成它的两个相互垂直分量的相位差角申由-转变为-或反之即可。22
