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昨天瓦力棋牌瓦力介绍了偏振光学的基本概念，今天瓦力棋牌瓦力介绍两类常见偏振光学元件，偏振片和偏振棱镜，主要用于偏振光束的产生和检验。

常见偏振光学元件

偏振片

偏振片作为一种光滤波器，通常由光学功能多层膜组合而成。其中光的透射率与其偏振状态直接相关：通常是某一方向的线偏振光可以顺利获得，而偏振方向与其垂直的光则不能顺利获得，会被吸收或者反射到其它的方向上。

1.反射/折射偏振片

当一束自然光以\( \theta_B \)入射到玻璃表面，与折射角\( \theta_T \)满足布儒斯特定律，即 \( \theta_B \)＋\( \theta_T \)＝90°，则反射光为全偏振光，图1为反射偏振片示意图。随着玻璃层数的增加，折射光的偏振度也会越来越高。

 

该类偏振片只能应用在一些特殊的仪器设备上，光源入射角受到严格限制，不适合平板显示。胆甾型液晶可作为宽波段反射式偏振片，在螺旋状胆甾型液晶中引入螺距梯度，可见光经其反射后得到圆偏振光，再顺利获得1/4波片后转变为线偏振光，可直接用于液晶显示。

2. 二向色性偏振片

最早二向色性偏振片由电气石制成。一块1 mm 厚的电气石几乎可以将o光全部吸收，而e光的吸收随着波长的不同而差别很大。单晶电气石可以切割成偏振片，用在光学性能要求不高的场合。

 

图2为二向色偏振片示意图，除最早的偏振片电气石外均为人造偏振片，如微晶型偏振片（J片）和分子型偏振片（H片或K片）。微晶型偏振片是在透明的基片上蒸镀一层某种晶粒（如碘酸碘奎宁或硫酸奎宁碱），或者将某些晶体（如碘硫酸金鸡钠）均匀地混合在硝化纤维的透明粘滞液体中，然后将这种粘滞液放在玻璃板上进行工艺加工，使针状晶粒都相互平行，当挥发性溶剂自行挥发后，便结成一张玻璃纸似的透明膜片。这些晶粒对某一方向的光矢量有强烈的吸收，而对相对垂直方向的光矢量吸收很少，从而使入射的自然光变成线偏振光。

当前国际上大量应用的偏振片是兰德发明的H型偏振片。这种偏振片是由高度取向的高聚物膜如聚乙烯醇膜，吸附上具有二向色性的染料如碘和一些特别的有机染料而制成的。这种偏振膜的两边一般都复合上一层强度高，光学上各向同性的，透光率高而又耐湿热的高聚物（如三醋酸纤维素醋），即片基，赋于偏振片良好的机械性能。此外，还有一种K偏振片，它是将聚乙烯醇薄膜放在高温炉中，通以氯化氢，除去聚乙烯醇分子中的一些水分子，再单向拉伸而成。

3. 散射型偏振片

利用光的强烈散射或全反射原理制造的无色散射型偏振片，对可见光波段光的透过率较高，特别适用于一些要求真实反映自然光的偏振仪器。该偏振片通常是在两块ZK3平玻璃片中抽真空并充入硝酸钠，ZK3平玻璃片折射率\( n ＝1.5891 \)，硝酸钠o光的折射率\( n_o＝1.5884 \)，e光折射率\( n_e＝1.3369 \)，两者差别较大，e光几乎全部被反射或散射，无法从晶体中射出，故得到线性偏振光，图3为散射偏振片示意图。聚合物中加入芯壳由不同材料组成的粒子，分散并经热挤压成膜，再拉伸取向，使基体的折射指数和分散相粒子的o或e光的折射系数（仅其中之一）相配，而与另一折射系数失配，可取得线性偏振光。

 

4. 金属线栅偏振片

最简单的偏振器件是平行导线栅，和导线方向平行的电场分量被反射，而垂直方向的电场分量则顺利透过，图4为金属线栅偏振片示意图。线栅间距要和可见光波长（400 - 700nm）接近，间距如此小的光栅制作较为困难，一种方式是真空蒸发 Ag、Au、Pb、Cu、Al 等，原子束几乎以平行方向（入射角
??＞80°）蒸镀到以硫化锌或硒化锌为衬底的光栅上形成极细的金属导线或在衬底上形成一条条方向一致的短线，可起到偏振片的作用；另一种方式是用光刻的方法在沉积有金属薄膜的衬底上刻蚀出宽度和可见光波长相当的导线也有偏振作用。

 

5.偏振片的光学特性

偏振片选用可从外观和光学性能等几个方面考虑，外观主要是指偏振片的尺寸，表面状况和颜色等。光学特性包括二向色性比\( R \)、有序度\( S \)、透过率\( T_{sp} \)和偏振度\( P \)等。偏振性能用偏振度和二向色性比来表，偏振度称为偏振膜的偏振效率。其定义为：

\( P=\frac{T_1-T_2}{T_1+T_2}\times100\% \)

式中\( T_1 \)、\( T_2 \)分别表示两偏振片组合时光轴平行和垂直时的透过率。当\( T_2 ＝0\)时，\( P＝1 \)偏振度最好。

消光比即为平行放置的偏振片之间最大透过光强\( I_{max} \)和最小透过光强\( I_{min} \)之比，公式表示为

\( \eta=\frac{I_{min}}{I_{max}} \)

透过率为

\( T_{sp}=(T_1+T_2)/2 \)

二向色性比为

\( R=\frac{log(1/T_1)}{log(1/T_2)} \)

有序度为

\( S=\frac{R-1}{R+2} \)

偏振棱镜

偏振棱镜是利用晶体的双折射现象而制成的偏振器件，无论是自然光还是偏振光顺利获得偏振棱镜后就变成振动方向由棱镜偏振方向所决定的线偏振光。偏振棱镜的种类很多，常见的偏振棱镜有尼科耳棱镜、格兰棱镜，沃拉斯顿棱镜和洛匈棱镜等。

1. 尼科耳棱镜

常规尼科耳棱镜由一块长度约为宽度三倍的方解石晶体顺利获得两个钝角隅切开后，再甩加拿大树胶胶合而成。方解石晶体的o光折射率\( n_o=1.6548 \)，e光折射率\( n_e=1.4864 \)，加拿大树胶折射率为\( n_B=1.55 \)。当光线水平入射到尼科耳棱镜的入射面时，由于双折射效应，透射光就分成o光和e光。o光在前块晶体与膜层的界面发生全反射，不能透过棱镜。而e光在该界面上是从光疏介质射到光密介质，不会发生全反射，可以透过膜层从棱镜的另一端射出，用尼科耳棱镜便可取得线偏振光。

2. 格兰棱镜

格兰棱镜是尼科耳棱镜的改进型，将一块方解石加工成直角长方体，再切成两个楔块，然后粘合起来，这样得到的出射光与入射光在不断线上。格兰型又可分为光轴与切面平行的格兰-汤姆孙棱镜、光轴与切面法线共面的李普奇棱镜、有空气隙的汤姆孙型结构的格兰-傅科棱镜，有空气隙的李普奇型格兰-泰勒棱镜，如图5所示。

 

3. 沃拉斯顿棱镜

沃拉斯顿棱镜所用材料同样是方解石，主要由两个直角棱镜组成，两棱镜的光轴互相垂直，中间用甘油或蓖麻油粘合。图6为沃拉斯顿晶体偏振棱镜示意图。自然光垂直入射到棱镜端面时，o光和e光以不同速度沿同一方向传播。当它们先后进入第二棱镜以后，由于第二棱镜的光轴垂直于第一棱镜的光轴，所以第一棱镜中的o光对第二棱镜来说就变为e光，而e光就变为o光。由于方解石是负晶体（\( n_o>n_e \)），所以在第二棱镜中的e光远离两方解石交界面的法线传播，在第二棱镜中的o光靠近两方解石交界面的法线传播。两束光在第二棱镜出射时再偏折一次，这样，由沃拉斯顿棱镜射出的是两束按一定角度分开的线偏振光，它们的振动方向互相垂直。这种棱镜允许入射光从左右一方射入棱镜。

 

4. 洛匈棱镜

洛匈棱镜与沃拉斯顿棱镜类似，只是它的第一块棱镜的光轴是左右指向，则垂直入射的光是沿光轴传播，不发生双折射，它可以使o光无偏折地出射，如图7所示。因此即使是白光入射，也能得到无色散的线偏振光。需要注意的是该棱镜只允许光从一侧入射。

 

偏振棱镜的选用可以从通光孔径、孔径角（入射光束的锥角范围）、消光比，光的强度比以及损伤阈值等方面进行考虑。