格兰·激光(Glan-Laser)、格兰·泰勒(Glan-Taylor)、沃拉斯顿(Wollaston)、洛匈(Rochon)是四种常用的晶体偏振棱镜,它们共有着属于晶体偏振棱镜的特点,但彼此之间又有不同之处。今天,从它们入手,我们再来好好说道说道光在晶体偏振棱镜中的传播过程,理解仅改变些许设计就能造成不同出射现象的原因。
· 都是由负单轴晶体制作而成(no > ne)
· 都由两个晶体配合而成,且这两个晶体都存在相同楔角θ
· 都能分离o光与e光
· 都能获得高消光比的线偏振光(一般在100000:1量级)
· 两晶体间的配合方式不同
· 镀膜设计不同
· 出射光方向和状态不同
那么,我们可以这样认为:出射光的差异由两晶体的配合方式、光轴取向和镀膜设计造成,也与材料性质、晶体形状有关。更细致地,可以这样描述:
- 晶体材料和光轴取向影响光束在晶体中是否发生双折射,以及光的折射率(对应传播速度)。光轴方向改变引起的折射率变化,会使光束产生折射现象。
- 晶体的入射面面型影响双折射,楔角角度影响折射或全反射。
- 镀膜设计方面,膜层折射率的选择(实际上也是膜层材料和工艺的选择),影响了光束在界面处的折射、反射和吸收,可能导致无光束出射或偏转角产生。
- 晶体间的配合方式影响两晶体斜面是否能镀膜,因为不论是胶合剂胶合还是光胶工艺都有极大可能造成膜层的损坏。
现在,我们从大体上把握了各因素对光传播的影响,接下来,加以实例,来详细描述光的传播过程。
1.振动方向平行于光轴方向的光为e光,其折射率ne为e光的主折射率,振动方向垂直于光轴方向的光为o光,折射率为no。
3.光正入射至晶体入射面时,o光、e光的传播方向一致。若入射光方向与晶体光轴平行,不发生双折射,若入射光方向与晶体光轴垂直,两光束传播速度不同,发生了双折射。
因这四种晶体偏振棱镜均由两块晶体配合而成,那么将光的传播过程分为三步讨论:光入射至第一棱镜后、光在两棱镜配合面处、光从棱镜出射时。注:默认以平行光正入射,暂未考虑波长影响。
- 格兰·激光/格兰·泰勒/沃拉斯顿:光束入射方向与晶体光轴垂直,存在o光、e光,两光束传播方向一致,但传播速度不同,发生了双折射。
- 洛匈:光束入射方向与晶体光轴平行,不发生双折射,可看作只有o光。
- 格兰·激光/格兰·泰勒:膜层折射率大于并非常接近于ne但小于no ,所设计的楔角大于o光在斜面上的全反射临界角,所以o光发生全反射,e光近似平行出射。膜层对e光有少量吸收。
- 沃拉斯顿:斜面未镀膜,因第二棱镜光轴方向改变,相当于沿光束方向转了90°,o光、e光相互转化,即折射率改变,因负单轴晶体no>ne,则第二棱镜中o光向上偏折,e光向下偏折。
- 洛匈:斜面未镀膜,因第二棱镜光轴方向改变,相当于沿光束方向转了90°,此时将发生双折射,第二棱镜中光束平行分量为o光,折射率不变,不发生折射,平行出射,而垂直分量为e光,因折射率改变,且负单轴晶体no>ne,e光向下偏折。
- 格兰·激光:e光方向垂直出射面,无偏折出射。o光在下表面发生折射后出射。
- 格兰·泰勒:e光方向垂直出射面,无偏折出射。o光被下表面涂层吸收,无出射。
- 沃拉斯顿:o光、e光均在出射面折射出射。
- 洛匈:o光方向垂直出射面,无偏折出射。e光折射出射。
一步一步,解析光的行为,这样就不难理解出射光的状态。
今天的内容到此结束了。借助本文的讲述,可以自己画几种晶体材料、楔角角度、光轴取向、镀膜设计、配合方式的组合,思考出射光的状态,对知识加以巩固,若有疑问,欢迎与我们讨论~