Практика №6 / Лекция 6_4

Кафедра общей физики ПетрГУ

Лекция 6. ПОЛЯРИЗАЦИЯ

(продолжение)

§4. Фазовые пластинки

Пусть плоская монохроматическая волна падает нормально на одноосный кристалл, вырезанный параллельно оптической оси. Сориентируем пластинку так, чтобы ее оптическая ось составляла с направлением колебаний вектора Е угол α, отличный от нуля и π / 2 (рис. 6.13). В кристалле падающая волна распадается на о- и е-волны.

Вектор амплитуды Еm можно представить в виде суммы компонент: Е = Eo + Ее. Амплитуды

Рис. 6.14. Построение Гюйгенса для нормального падения света на отрицательный кристалл, вырезанный параллельно оптической оси

Рис. 6.13. Ориентировка кристаллической пластинки

Для определения направления распространения волн в пластинке выполним построение Гюйгенса. Из рис. 6.14 видно, что обе волны бегут в одном направлении, но с разными скоростями.

На выходе из пластинки между волнами появляются дополнительные разность хода доп и разность фаз доп:

где d – толщина пластинки, а длина волны λ относится к вакууму.

10

Оптика и квантовая физика

Кафедра общей физики ПетрГУ

Плоскости, в которых колеблются Ее (параллельно оптической оси) и Ео (перпендикулярно оптической оси), называются главными направлениями в пластинке. Изменение разности фаз двух компонент изменяет состояние поляризации световой волны. Это означает, что характер поляризации зависит от толщины пластинки. Этот эффект и лежит в основе действия фазовых пластинок. Как известно, при сложении о- и е- волн вышедший из пластинки свет будет эллиптически поляризован. Рассмотрим наиболее востребованные фазовые пластинки.

6.4.2. ПЛАСТИНКА /4. Для получения циркулярно-поляризованного света необходимо иметь две волны равной интенсивности, линейно поляризованные в ортогональных направлениях, с фазовым сдвигом, равным

Такие пластинки называются четвертьволновыми. Как видно из рис. 6.15, действие пластинки, ориентированной под углом 450 к оптической оси, приводит

1) к преобразованию вертикально поляризованного света (линейно поляризованный) в поляризованный по левому кругу свет.

Ее

Ее

Рис. 6.15. Действие четвертьволновой пластинки на состояние поляризации линейно поляризованного света (кристалл отрицательный)

2) Если падающий свет горизонтально поляризован, то на выходе из пластинки наблюдается пучок с правой круговой поляризацией.

3) В свете, поляризованном по кругу, разность фаз между любыми двумя взаимно перпендикулярными колебаниями равна 0 = ± / 2. Если на пути такого света поставить

4)Циркулярно-поляризованный свет, пройдя пластинку /4, становится линейно поляризованным.

5)Если на пути эллиптически поляризованного света поместить пластинку /4, оптическая ось которой ориентирована параллельно одной из осей эллипса, то она внесет дополнительную

разность фаз допол = ± /2. Результирующая разность фаз рез станет равной нулю или . Следовательно, эллиптически поляризованный свет, пройдя пластинку /4, повернутую определенным образом, превращается в плоскополяризованный.

6) Если же падающий на пластинку свет естественный, то он при прохождении пластинки /4 таковым и останется.

Т.о. пластинка /4 служит для преобразования

линейно поляризованного света в поляризованный по кругу,

эллиптически поляризованного света в линейный при фиксированной ориентации.

11

Оптика и квантовая физика

Кафедра общей физики ПетрГУ

Четвертьволновая пластинка будет такой только для определенной частоты!

Линейно поляризованный свет должен падать на нее под углом 450.

6.4.3.ПЛАСТИНКА /2. Фазовая пластинка, которая вносит дополнительный сдвиг фаз, кратный

, называется полуволновой.

При падении на полуволновую пластинку линейно поляризованного света выходящая волна

Рис. 6.16. Действие пластинки в полволны на линейно поляризованный свет: вектор Е поворачивается на угол 2 относительно оптической оси

остается линейно поляризованной. Можно показать, что для произвольного азимутального угла α полуволновая пластинка поворачивает вектор поляризации на угол 2α (рис. 6.16). Иными словами, линейно поляризованный свет остается линейно поляризованным, только плоскость его поляризации поворачивается на угол 2α относительно оптической оси.

Если падающий свет имеет круговую поляризацию, то полуволновая пластинка преобразует свет с правой круговой поляризацией в свет с левой круговой поляризацией и наоборот, независимо от азимутального угла. Действие полуволновой пластинки иллюстрируется рис. 6.17.

Ее

Ео

450

Рис. 6.17. Действие полуволновой пластинки на состояние поляризации поляризованного света

Полуволновые пластинки служат

для вращения плоскости поляризации линейно поляризованного света,

для изменения направления вращения плоскости поляризации.

Компенсаторы

Две клиновидные пластинки с перпендикулярными оптическими осями могут создавать варьируемую разность фаз, регулировка которой производится взаимным перемещением клиньев:

12

Оптика и квантовая физика

Кафедра общей физики ПетрГУ

δ = (ne d1 + nod2) – (nod1 + ned2) = (ne - no)( d1 - d2). (6.14)

Устройства, вносящие фиксированную или переменную разность фаз между двумя ортогональными линейными поляризациями и тем самым изменяющие состояние поляризации прошедшего света, называют компенсаторами (рис. 6.18).

Рис. 6.18. Оптический компенсатор

1.Что называется пластинкой в четверть длины волны? Описать ее действие на линейно, циркулярно, эллиптически поляризованный и естественный свет.

2.От чего зависит сдвиг фаз между обыкновенной и необыкновенной волнами, вносимый кристаллической пластинкой?

3.Какова минимальная толщина четвертьволновой пластинки кварца для света с длиной волны 660 нм?

4.Что называется пластинкой в полволны? Описать ее действие на линейно поляризованный и естественный свет.

5.Пусть плоскополяризованный свет падает на пластинку в четверть

волны так, что плоскость световых колебаний составляет с пластинкой углы: а) = 0°; б) = 90°; в) 0°< <90°. Опишите характер прошедшего через пластинку света.

6.Каково будет действие пластинки в полволны: а) на линейно поляризованный свет, плоскость поляризации которого составляет угол 45° с оптической осью пластинки; б) на свет, поляризованный по кругу; в) на естественный свет?

7.Напишите формулу для разности фаз между обыкновенным и необыкновенным лучами после прохождения полуволновой фазовой пластинки.

8.Пользуясь рисунками, описать действие фазовых пластинок на линейно поляризованную волну.

13

Оптика и квантовая физика