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双折射偏振棱镜


2021/10/16 10:05:34 发布者:admin


偏振棱镜用于从光学显微镜和光谱到复杂激光系统的广泛应用中。这个交互式程序探讨了各种常见的双折射偏振棱镜如何将光波分成普通和非凡的组件。


本程序使用出现在窗口中的 Glan-Foucault 偏振器进行初始化,该偏振器具有入射在左侧棱镜面上的非偏振光束。在穿过棱镜并遇到第一和第二棱镜之间的玻璃/空气界面时,光束被分为非常波和普通波分量(分别为E 射线和O 射线)。组成偏振器的每个棱镜的光轴用两端箭头表示。为了选择另一个偏振器配置,在偏振棱镜下拉菜单上单击鼠标光标。可以使用Applet Speed滑块更改穿过偏振器的光束速度。

苏格兰物理学家威廉·尼科尔 (William Nicol) 于 1828 年首次设计了一种偏振棱镜,通过对角切割矿物方解石(冰岛晶石)的菱形部分,抛光切割表面,然后用加拿大香脂将它们粘合在一起。结果是一种透明的双折射晶体,称为尼科尔棱镜,它有效地分离了两个半晶体之间界面处的偏振光。在通过更小的角度的腿部之一进入棱镜(平行于晶体的长轴),非偏振光被分成两个偏振分量,称为普通和非凡波,以不同的速度穿过晶体。两个分离的光波也具有彼此成 90 度角的电矢量振动方向。当分离的光波遇到两个晶体部分之间的界面时,普通分量被折射到更大的程度,并被涂在棱镜外表面的一层黑色涂料吸收。相比之下,异常光线穿过界面并从棱镜中略微移位,但仍沿平行于入射光的方向传播。产生的平面偏振光可用于照亮显微镜或任何其他需要输入电场振动仅限于单个平面的光的设备中的双折射样品。

尼科尔棱镜的常见变体包括Glan-Foucault偏振器(见图 1(a)),它由两个相同的方解石棱镜组成,其光轴平行于角边缘,并安装有小气隙,使长晶面彼此平行。这种棱镜对波长范围从大约 230 纳米(在光谱的紫外区域)到超过 5000 纳米的红外辐射是透明的。如此宽的波长传输范围使格兰-傅科棱镜能够用于各种仪器。像尼科尔棱镜一样,入射到格兰傅科棱镜的入射光被分成普通波和非常波,它们平行或垂直于光轴振动。然而,在这种情况下,分开的光波在没有折射的情况下穿过棱镜,直到遇到玻璃/空气边界,

通过偏振棱镜的光路

如果将半晶体粘合在一起,则棱镜被称为格兰汤普森偏振器(或棱镜),并且可以承受更强烈的辐射,例如来自高强度激光源的辐射。第三个双折射棱镜被称为沃拉斯顿棱镜,它实际上是一个偏振分束器,由两个方解石或石英部分粘合在一起,光轴正交(图 1(b))。穿过沃拉斯顿棱镜的偏振光被分离成正交波,如上文针对其他偏振棱镜所述。然而,当普通波和非凡波遇到对角水泥交汇处时,它们交换身份,向不同方向折射,并从棱镜中出现,彼此略有偏移。两个出射光波之间的偏离角(通常称为切变)由棱镜的楔角决定,该角通常在 15 到 45 度之间变化。

通过改变方解石或石英光轴相对于单个晶体半部的方向,可以产生格兰式棱镜的几种衍生物(如图 1 所示)。的罗雄棱镜(图1(c))正交定位所述轴,彼此被布置成使得入射的非偏振光入射平行于光轴的棱镜(和不分离)。当光波通过 Rochon 棱镜的交界处时,它们会进入一个新的区域,在该区域中光轴垂直于波。这导致光被分成普通和非凡分量,普通波通过未偏离,而非凡波从垂直方向折射。使用Senarmont可以实现相反的场景棱镜,其还具有平行于入射光定向的第一晶体部分的轴。然而,当光波遇到 Senarmont 棱镜的边界时(见图 1(d)),棱镜后半部分的光轴方向允许非常光线无偏差地穿过,但会折射普通波。这些棱镜可用于为特定的光学应用选择偏振光的各个方向。


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