常見光學(xué)元件

1、n主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：2.1 反射器反射器2.2 法布里法布里-珀羅標(biāo)準(zhǔn)具珀羅標(biāo)準(zhǔn)具2.3 光柵光柵2.4 偏振器偏振器2.5 波片波片2.6 濾光器濾光器 在光電檢測技術(shù)中在光電檢測技術(shù)中, ,經(jīng)常用到各種各樣的經(jīng)常用到各種各樣的光學(xué)元件光學(xué)元件, ,復(fù)雜的檢測系統(tǒng)都是由簡單光學(xué)元復(fù)雜的檢測系統(tǒng)都是由簡單光學(xué)元件組成，故有必要介紹幾種常見的重要元件件組成，故有必要介紹幾種常見的重要元件: :反射器反射器,F-P,F-P標(biāo)準(zhǔn)具標(biāo)準(zhǔn)具, ,光柵光柵, ,偏振器偏振器, ,波片波片, ,濾光濾光器等器等, ,重點(diǎn)介紹它們的工作原理及應(yīng)用重點(diǎn)介紹它們的工作原理及應(yīng)用. 平面反射鏡：結(jié)構(gòu)簡單、使用普遍

2、，但平面反射鏡：結(jié)構(gòu)簡單、使用普遍，但很很難精確地用于準(zhǔn)直；難精確地用于準(zhǔn)直； 反射棱鏡：調(diào)整容易，失調(diào)角很小，在準(zhǔn)反射棱鏡：調(diào)整容易，失調(diào)角很小，在準(zhǔn)直中使用較多。直中使用較多。 在在精密精密光電檢測技術(shù)中，常利用反射器進(jìn)光電檢測技術(shù)中，常利用反射器進(jìn)行光束準(zhǔn)直，最常用的反射器有行光束準(zhǔn)直，最常用的反射器有:n平面反射鏡平面反射鏡 不同光學(xué)系統(tǒng)對(duì)反射率和透射率的要求不同不同光學(xué)系統(tǒng)對(duì)反射率和透射率的要求不同, ,如如: :照相機(jī)物鏡希望反射越小越好照相機(jī)物鏡希望反射越小越好, ,而激光器諧振腔中的而激光器諧振腔中的全反射鏡則希望越高越好。對(duì)于反射率的不同要求全反射鏡則希望越高越好。對(duì)于反射率

3、的不同要求, ,目前采用鍍膜的技術(shù)來解決。目前采用鍍膜的技術(shù)來解決。 光學(xué)的一個(gè)重要分支光學(xué)的一個(gè)重要分支-薄膜光學(xué)。薄膜光學(xué)。n 鍍膜技術(shù)鍍膜技術(shù) 利用化學(xué)方法或真空濺射方法在光學(xué)元件上涂敷利用化學(xué)方法或真空濺射方法在光學(xué)元件上涂敷透明電介質(zhì)膜或金屬膜的技術(shù)。透明電介質(zhì)膜或金屬膜的技術(shù)。 膜層的數(shù)目視需要而定膜層的數(shù)目視需要而定, ,少則少則1 1層層, ,多則數(shù)十層。多則數(shù)十層。如如:在光學(xué)玻璃上交替鍍在光學(xué)玻璃上交替鍍19層硫化鋅和氟化鎂層硫化鋅和氟化鎂, ,可使反射可使反射率達(dá)到率達(dá)到99.99%。一般說來。一般說來, ,只要鍍只要鍍15層以上層以上, ,就能使就能使反射率達(dá)到反射率達(dá)

4、到99.9%。n 鍍膜技術(shù)鍍膜技術(shù) 多層介質(zhì)膜能實(shí)現(xiàn)所需要的反射率的基本原理是多層介質(zhì)膜能實(shí)現(xiàn)所需要的反射率的基本原理是薄膜中的薄膜中的多光束干涉效應(yīng)多光束干涉效應(yīng)，通過改變介質(zhì)材料和膜層，通過改變介質(zhì)材料和膜層系數(shù)，改變光學(xué)元件的反射率和透射率的比例。系數(shù)，改變光學(xué)元件的反射率和透射率的比例。 從物理上看，這種結(jié)構(gòu)之所以使從物理上看，這種結(jié)構(gòu)之所以使R大增，是由于大增，是由于在各界面上的反射波相位交替變化在各界面上的反射波相位交替變化1800，使得入射面，使得入射面上的各個(gè)反射波總是相干加強(qiáng)的。上的各個(gè)反射波總是相干加強(qiáng)的。圖圖2-1 2-1 介質(zhì)膜表面的多次反射和透射介質(zhì)膜表面的多次反射和

5、透射n反射棱鏡反射棱鏡 由于平面反射鏡的反射光與入射光有由于平面反射鏡的反射光與入射光有2的夾角的夾角, ,要想將平面反射鏡進(jìn)行精確地準(zhǔn)直調(diào)正要想將平面反射鏡進(jìn)行精確地準(zhǔn)直調(diào)正( ( 0 0) )是是很困難的。因此很困難的。因此, ,經(jīng)常使用的準(zhǔn)直反射器是反射棱鏡。經(jīng)常使用的準(zhǔn)直反射器是反射棱鏡。 常見的反射棱鏡有常見的反射棱鏡有: :等腰直角棱鏡等腰直角棱鏡, ,立方角棱鏡。立方角棱鏡。由于調(diào)正很容易由于調(diào)正很容易, ,失調(diào)角很小失調(diào)角很小, ,等腰直角棱鏡在光電檢等腰直角棱鏡在光電檢測技術(shù)中被廣泛用于準(zhǔn)直系統(tǒng)。測技術(shù)中被廣泛用于準(zhǔn)直系統(tǒng)。450圖圖2-2 2-2 等腰直角棱鏡等腰直角棱鏡入

6、射入射出射出射入射入射出射出射450反射器的應(yīng)用反射器的應(yīng)用1雷達(dá)反射器雷達(dá)反射器 雷達(dá)反射器又名角反射器，它是將金屬板材根椐雷達(dá)反射器又名角反射器，它是將金屬板材根椐不同用途做成不同規(guī)格。當(dāng)雷達(dá)電磁波掃描到角反射不同用途做成不同規(guī)格。當(dāng)雷達(dá)電磁波掃描到角反射后，電磁波會(huì)在金屬角上產(chǎn)生放大，從而形成很強(qiáng)的后，電磁波會(huì)在金屬角上產(chǎn)生放大，從而形成很強(qiáng)的回波信號(hào)，在雷達(dá)的屏幕上出現(xiàn)很強(qiáng)的回波目標(biāo)。由回波信號(hào)，在雷達(dá)的屏幕上出現(xiàn)很強(qiáng)的回波目標(biāo)。由于角反射器有極強(qiáng)的反射回波特性，所以被廣泛應(yīng)用于角反射器有極強(qiáng)的反射回波特性，所以被廣泛應(yīng)用于軍事、船舶遇險(xiǎn)救生等領(lǐng)域，自二次世界大戰(zhàn)中雷于軍事、船舶遇險(xiǎn)救

7、生等領(lǐng)域，自二次世界大戰(zhàn)中雷達(dá)技術(shù)成熟廣泛使用以來一直在應(yīng)用。達(dá)技術(shù)成熟廣泛使用以來一直在應(yīng)用。 雷達(dá)反射器雷達(dá)反射器應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用領(lǐng)域1、隱真示假、欺騙迷惑敵人；、隱真示假、欺騙迷惑敵人； （真假橋、模擬海軍艦隊(duì)的隊(duì)形等）（真假橋、模擬海軍艦隊(duì)的隊(duì)形等）2、海上遇險(xiǎn)救生；、海上遇險(xiǎn)救生； 木制船及救生艇放置雷達(dá)反射器，可提高大型船木制船及救生艇放置雷達(dá)反射器，可提高大型船舶的雷達(dá)回波顯示，避免碰撞減少意外；舶的雷達(dá)回波顯示，避免碰撞減少意外；3、航道船舶航行安全；、航道船舶航行安全； 海面養(yǎng)殖及作業(yè)的小船放置雷達(dá)反射器，避免船海面養(yǎng)殖及作業(yè)的小船放置雷達(dá)反射器，避免船舶誤入造成不必要的損失；沉

8、船、暗礁、淺礁應(yīng)放舶誤入造成不必要的損失；沉船、暗礁、淺礁應(yīng)放置雷達(dá)反射器，防止在特殊氣象條件下船舶航行出置雷達(dá)反射器，防止在特殊氣象條件下船舶航行出現(xiàn)意外?，F(xiàn)意外。 圖圖2-3 2-3 龍伯透鏡反射器的應(yīng)用龍伯透鏡反射器的應(yīng)用 一種能將入射電一種能將入射電磁波聚焦并沿射磁波聚焦并沿射線原軌跡反射回線原軌跡反射回去的電介質(zhì)球形去的電介質(zhì)球形裝置，屬無源干裝置，屬無源干擾偽裝器材。擾偽裝器材。 可用于設(shè)置防雷可用于設(shè)置防雷達(dá)假目標(biāo)，干擾達(dá)假目標(biāo)，干擾障礙等障礙等反射器的應(yīng)用反射器的應(yīng)用2龍伯反射器龍伯反射器n F-P標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)具結(jié)構(gòu)SS1S2L1P1P2L2dP圖圖2-4 F-P2-4 F-

9、P干涉儀結(jié)構(gòu)干涉儀結(jié)構(gòu)等傾干涉等傾干涉 如圖如圖2-4所示所示，F(xiàn)-P干涉儀是由兩塊互相平行的平干涉儀是由兩塊互相平行的平面玻璃或石英板面玻璃或石英板P1、P2組成的組成的, ,在兩塊板相對(duì)的面上在兩塊板相對(duì)的面上鍍有金屬膜或多層介質(zhì)膜鍍有金屬膜或多層介質(zhì)膜。 為了獲得尖銳的干涉條紋為了獲得尖銳的干涉條紋，兩表面要嚴(yán)格平行兩表面要嚴(yán)格平行，平面度達(dá)到平面度達(dá)到( (1/201/100) )波長波長。 如果在兩板間用熱膨脹系數(shù)很小的材料制成的間如果在兩板間用熱膨脹系數(shù)很小的材料制成的間隔圈固定隔圈固定，這種干涉裝置就叫這種干涉裝置就叫F-P 標(biāo)準(zhǔn)具標(biāo)準(zhǔn)具。 圖圖2-5 F-P2-5 F-P干涉圖

10、像干涉圖像圖圖2-6 2-6 邁克爾遜干涉圖像邁克爾遜干涉圖像 從上圖可看出，從上圖可看出， F-P干涉和干涉和 邁克爾遜干涉的原理邁克爾遜干涉的原理大體相同，大體相同， F-P干涉相鄰兩透射光的表達(dá)式與邁克爾干涉相鄰兩透射光的表達(dá)式與邁克爾遜干涉完全相同，遜干涉完全相同，所以干涉條紋的形狀、間距、徑向所以干涉條紋的形狀、間距、徑向分布很相似。只不過邁克爾遜干涉是等振幅的雙光束分布很相似。只不過邁克爾遜干涉是等振幅的雙光束干涉，而干涉，而F-P干涉是振幅急劇減小的多光束干涉，故干涉是振幅急劇減小的多光束干涉，故亮條紋極其細(xì)銳。亮條紋極其細(xì)銳。n F-P標(biāo)準(zhǔn)具的透射特性標(biāo)準(zhǔn)具的透射特性 根據(jù)平行

11、板多光束干涉理論根據(jù)平行板多光束干涉理論,F-P,F-P標(biāo)準(zhǔn)具的光強(qiáng)透標(biāo)準(zhǔn)具的光強(qiáng)透過率為過率為: T=1/(1+Fsin: T=1/(1+Fsin2 2( (/2)/2) )，其中，其中為到達(dá)屏上的為到達(dá)屏上的兩相鄰光束間的相位差。兩相鄰光束間的相位差。1.00.5T2 等傾干涉等傾干涉激光器諧振腔激光器諧振腔圖圖2-7 F-P2-7 F-P透射頻譜透射頻譜n F-P 標(biāo)準(zhǔn)具的分光特性標(biāo)準(zhǔn)具的分光特性 當(dāng)含有兩種波長的一束光照射到當(dāng)含有兩種波長的一束光照射到 F-P F-P 標(biāo)準(zhǔn)具時(shí)標(biāo)準(zhǔn)具時(shí), ,將在屏上產(chǎn)生兩套相應(yīng)于波長的干涉圓環(huán)條紋。將在屏上產(chǎn)生兩套相應(yīng)于波長的干涉圓環(huán)條紋。 由透過率關(guān)

12、系式可知由透過率關(guān)系式可知, ,平板的反射率越大平板的反射率越大, ,透光的透光的干涉亮圓環(huán)越尖銳干涉亮圓環(huán)越尖銳, ,因?yàn)槟芊直娴膬蓚€(gè)相鄰亮環(huán)的幾因?yàn)槟芊直娴膬蓚€(gè)相鄰亮環(huán)的幾何間隔就越小何間隔就越小, ,說明說明 F-P F-P 的分辨本領(lǐng)越高。的分辨本領(lǐng)越高。n F-P 標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用 1 圖圖2-8 Fabry2-8 Fabry（1867-19451867-1945） PerotPerot（1863-19251863-1925）圖圖2-9 18972-9 1897年發(fā)明的年發(fā)明的F-PF-P空腔諧振器空腔諧振器n F-P 標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)具的應(yīng)用 2 2007 2007年年10

13、10月月2727日，中國科學(xué)院安徽光機(jī)所成功研日，中國科學(xué)院安徽光機(jī)所成功研制了國內(nèi)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的制了國內(nèi)首個(gè)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于基于F-P標(biāo)準(zhǔn)具的標(biāo)準(zhǔn)具的直接接收測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)探測大直接接收測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)探測大氣的風(fēng)場氣的風(fēng)場。 國外國外20世紀(jì)世紀(jì)90年代已經(jīng)采用該技術(shù)進(jìn)行外場觀測年代已經(jīng)采用該技術(shù)進(jìn)行外場觀測實(shí)驗(yàn)，但在國內(nèi)該研究卻還一直處于空白狀態(tài)實(shí)驗(yàn)，但在國內(nèi)該研究卻還一直處于空白狀態(tài) 。測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)工作原理測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)工作原理 以大氣氣溶膠粒子為探測對(duì)象，利用光電探測器以大氣氣溶膠粒子為探測對(duì)象，利用光電探測器測量發(fā)射的激光和接收

14、到的大氣氣溶膠散射光，通過測量發(fā)射的激光和接收到的大氣氣溶膠散射光，通過F-P標(biāo)準(zhǔn)具的通過率變化反演出相應(yīng)的多普勒頻率，標(biāo)準(zhǔn)具的通過率變化反演出相應(yīng)的多普勒頻率，確定出徑向風(fēng)速，再利用矢量合成的方法計(jì)算出實(shí)際確定出徑向風(fēng)速，再利用矢量合成的方法計(jì)算出實(shí)際大氣的水平風(fēng)速大小和風(fēng)向。大氣的水平風(fēng)速大小和風(fēng)向。測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù)測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的參數(shù) 探測高度探測高度10公里，垂直距離分辨率公里，垂直距離分辨率30米，風(fēng)速米，風(fēng)速測量精度高于測量精度高于2m/s測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用測風(fēng)激光雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用1、 氣象監(jiān)測氣象監(jiān)測2、 環(huán)境保護(hù)環(huán)境保護(hù)3、 國防軍事國防軍事4、大氣光學(xué)、大氣光學(xué)2.

15、3 光柵光柵 在光電檢測技術(shù)中在光電檢測技術(shù)中，常利用光柵來分光常利用光柵來分光，將復(fù)將復(fù)色光分成單色光色光分成單色光，其適應(yīng)范圍可以從遠(yuǎn)紅外到真空其適應(yīng)范圍可以從遠(yuǎn)紅外到真空紫外的全部波段紫外的全部波段。此外此外，光柵還可用于長度和角度光柵還可用于長度和角度的精密測量和調(diào)制元件的精密測量和調(diào)制元件。 定義定義:能使入射光的振幅，相位產(chǎn)生周期性空間能使入射光的振幅，相位產(chǎn)生周期性空間調(diào)制的光學(xué)元件。調(diào)制的光學(xué)元件。 分類分類:透射光柵和反射光柵透射光柵和反射光柵(對(duì)入射光的作用對(duì)入射光的作用);振幅光柵和位相光柵振幅光柵和位相光柵(調(diào)制作用調(diào)制作用)2.3 光柵光柵n 全息光柵全息光柵 全息光

16、柵是用攝影的方法，把雙光束干涉條紋用照全息光柵是用攝影的方法，把雙光束干涉條紋用照相底片記錄下來，構(gòu)成光柵，因此這種光柵最便宜。相底片記錄下來，構(gòu)成光柵，因此這種光柵最便宜。 n 超聲光柵超聲光柵 聲波是一種彈性縱波，它在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引聲波是一種彈性縱波，它在介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)引起介質(zhì)密度的疏密周期性變化，由于彈光效應(yīng)，又將起介質(zhì)密度的疏密周期性變化，由于彈光效應(yīng)，又將導(dǎo)致介質(zhì)折射率的周期性變化。導(dǎo)致介質(zhì)折射率的周期性變化。 2.4 光柵光柵n 光柵的分光性能光柵的分光性能 光柵方程為光柵方程為: : m=d(sin=d(sin +sin+sin) ) 其中其中, , 和和表示入射角和衍射角

17、，表示入射角和衍射角，d為光柵常數(shù)為光柵常數(shù); 當(dāng)光波垂直入射時(shí)（當(dāng)光波垂直入射時(shí)（ =0），光柵方程可簡化為），光柵方程可簡化為: m=dsin （m=0,1, 2 ） 如果射入光柵的是復(fù)色光如果射入光柵的是復(fù)色光, ,在入射角在入射角一定時(shí)，對(duì)一定時(shí)，對(duì)于每個(gè)于每個(gè)m級(jí)衍射光都有一系列按波長排列的光譜，該級(jí)衍射光都有一系列按波長排列的光譜，該光譜叫第光譜叫第m級(jí)光譜。級(jí)光譜。 2.4 光柵光柵n 光柵與光柵與F-P的分光性能比較的分光性能比較 光柵和光柵和F-P是兩種不用類型的分光元件，前者運(yùn)是兩種不用類型的分光元件，前者運(yùn)用波段寬，但所得光譜線也寬，不能作精細(xì)分析，后用波段寬，但所得光譜

18、線也寬，不能作精細(xì)分析，后者雖然只能用于極窄的波段范圍，但所得譜線也窄，者雖然只能用于極窄的波段范圍，但所得譜線也窄，故可在小范圍內(nèi)作譜線精細(xì)分析。故可在小范圍內(nèi)作譜線精細(xì)分析。 因此，兩者各有各的獨(dú)到之處，相互補(bǔ)充，不能因此，兩者各有各的獨(dú)到之處，相互補(bǔ)充，不能彼此替代。彼此替代。2.4 光柵光柵n 光柵的應(yīng)用光柵的應(yīng)用11光柵尺光柵尺 將指示光柵上的柵線與標(biāo)尺光柵上的柵線成一角將指示光柵上的柵線與標(biāo)尺光柵上的柵線成一角度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的柵線度來放置兩光柵尺時(shí)，必然會(huì)造成兩光柵尺上的柵線互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近的小區(qū)域內(nèi)互相交叉。在光源的照射下，交叉點(diǎn)附近

19、的小區(qū)域內(nèi)由于黑色柵線重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最由于黑色柵線重疊，因而遮光面積最小，擋光效應(yīng)最弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距弱，光的累積作用使得這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)亮帶。相反，距交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，交叉點(diǎn)較遠(yuǎn)的區(qū)域，2.4 光柵光柵因兩光柵尺不透明的黑色柵線的重疊部分變得越來越因兩光柵尺不透明的黑色柵線的重疊部分變得越來越少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，少，不透明區(qū)域面積逐漸變大，即遮光面積逐漸變大，使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域使得擋光效應(yīng)變強(qiáng)，只有較少的光線能通過這個(gè)區(qū)域透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶。這些與光柵線紋幾透過光柵，使這個(gè)區(qū)域出現(xiàn)暗帶

20、。這些與光柵線紋幾乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋。莫爾條乎垂直，相間出現(xiàn)的亮、暗帶就是莫爾條紋。莫爾條紋的移動(dòng)與兩光柵尺之間的相對(duì)移動(dòng)相對(duì)應(yīng)。紋的移動(dòng)與兩光柵尺之間的相對(duì)移動(dòng)相對(duì)應(yīng)。 光柵尺是將動(dòng)態(tài)的位移測量以編碼方式輸出的長光柵尺是將動(dòng)態(tài)的位移測量以編碼方式輸出的長度測量儀器。度測量儀器。 2.4 光柵光柵n 光柵的應(yīng)用光柵的應(yīng)用11光柵尺光柵尺 光柵尺，屬光電傳感器，多應(yīng)用在精密機(jī)加工和數(shù)光柵尺，屬光電傳感器，多應(yīng)用在精密機(jī)加工和數(shù)控機(jī)床上，用來精密測量物體的位移，作用是對(duì)刀具控機(jī)床上，用來精密測量物體的位移，作用是對(duì)刀具和工件的坐標(biāo)起一個(gè)檢測的作用，在數(shù)控機(jī)床中常用和工件的坐標(biāo)起

21、一個(gè)檢測的作用，在數(shù)控機(jī)床中常用來觀察其是否走刀有誤差，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)來觀察其是否走刀有誤差，以起到一個(gè)補(bǔ)償?shù)毒叩倪\(yùn)動(dòng)的誤差的補(bǔ)償作用。動(dòng)的誤差的補(bǔ)償作用。 數(shù)控加工中心，機(jī)床，磨床，自動(dòng)卸貨機(jī)，金屬數(shù)控加工中心，機(jī)床，磨床，自動(dòng)卸貨機(jī)，金屬板壓制和焊接機(jī)，機(jī)器人和自動(dòng)化科技，生產(chǎn)過程測板壓制和焊接機(jī)，機(jī)器人和自動(dòng)化科技，生產(chǎn)過程測量機(jī)器，線性產(chǎn)品，量機(jī)器，線性產(chǎn)品， 直線馬達(dá)，直線導(dǎo)軌定位。直線馬達(dá)，直線導(dǎo)軌定位。2.5 偏振器偏振器 在光電檢測技術(shù)中在光電檢測技術(shù)中，經(jīng)，經(jīng)常需要用線偏振光來工作常需要用線偏振光來工作。因此因此，就必須有一些能夠產(chǎn)生線偏振光的器件就必須有一些能夠產(chǎn)生

22、線偏振光的器件( (起偏起偏器器) )，或者檢出所需要的線偏振光的器件或者檢出所需要的線偏振光的器件( (檢偏器檢偏器) )，統(tǒng)統(tǒng)稱偏振器稱偏振器。 在光電檢測技術(shù)中，對(duì)偏振器的主要技術(shù)要求在光電檢測技術(shù)中，對(duì)偏振器的主要技術(shù)要求是是:(1)偏振度高偏振度高; (2)在光路中的插入損耗小在光路中的插入損耗小; (3)破壞破壞閾值高，即耐高激光功率。閾值高，即耐高激光功率。2.5 偏振器偏振器n偏振棱鏡偏振棱鏡 需要較大的單晶材料需要較大的單晶材料，不僅造價(jià)昂貴不僅造價(jià)昂貴，而且也不而且也不容易得到容易得到。此外此外，偏振棱鏡的使用還受到有效孔徑角偏振棱鏡的使用還受到有效孔徑角的限制的限制。因此

23、因此，在更多的場合在更多的場合，都采用偏振片來產(chǎn)生都采用偏振片來產(chǎn)生線偏振光線偏振光。n偏振片偏振片 散射型偏振片散射型偏振片 二向色型偏振片二向色型偏振片 玻璃堆偏振片玻璃堆偏振片 介質(zhì)膜偏振片介質(zhì)膜偏振片2.5 偏振器偏振器n散射型偏振片散射型偏振片 雙折射晶體以散射方式起偏的器件。它本身為無雙折射晶體以散射方式起偏的器件。它本身為無色的，而且對(duì)可見光范圍內(nèi)多種色光的透過率幾乎相色的，而且對(duì)可見光范圍內(nèi)多種色光的透過率幾乎相同，又很容易制作成比較大通光面積，所以，它特別同，又很容易制作成比較大通光面積，所以，它特別適合用于真實(shí)地反映自然光中各種光成分的彩色電視適合用于真實(shí)地反映自然光中各種

24、光成分的彩色電視和彩色電影和彩色電影.n二向色型偏振片二向色型偏振片 一種帶有墨綠色的塑料偏振片一種帶有墨綠色的塑料偏振片。 二向色性是指，有些材料對(duì)某一振動(dòng)方向的平面二向色性是指，有些材料對(duì)某一振動(dòng)方向的平面偏振光幾乎完全沒有吸收，而對(duì)與之垂直的振動(dòng)方向偏振光幾乎完全沒有吸收，而對(duì)與之垂直的振動(dòng)方向的平面偏振光具有非常大的吸收系數(shù)。的平面偏振光具有非常大的吸收系數(shù)。 2.5 偏振器偏振器 這種偏振片的缺點(diǎn)是有顏色、透過率低。主要這種偏振片的缺點(diǎn)是有顏色、透過率低。主要適合用于對(duì)偏振要求不太高的場合。適合用于對(duì)偏振要求不太高的場合。n玻璃堆偏振片玻璃堆偏振片 一種最簡單的獲取偏振光的偏振器一種

25、最簡單的獲取偏振光的偏振器。 當(dāng)光以布儒斯特角入射到玻璃堆上時(shí)，由于玻當(dāng)光以布儒斯特角入射到玻璃堆上時(shí)，由于玻璃片的不斷反射和透射，所產(chǎn)生的反射光和透射光璃片的不斷反射和透射，所產(chǎn)生的反射光和透射光都是較好的線偏振片。都是較好的線偏振片。 例如：在紅外區(qū)，若將六片氯化銀重疊在一起，例如：在紅外區(qū)，若將六片氯化銀重疊在一起，使自然光以使自然光以630入射，所產(chǎn)生的透射光即為相當(dāng)好的入射，所產(chǎn)生的透射光即為相當(dāng)好的線線偏振光。偏振光。 2.5 偏振器偏振器n介質(zhì)膜偏振片介質(zhì)膜偏振片 目前使用最廣泛的一種目前使用最廣泛的一種, ,平行平板玻璃上鍍有多層平行平板玻璃上鍍有多層介質(zhì)膜。平行偏振分量透過率

26、達(dá)介質(zhì)膜。平行偏振分量透過率達(dá)95% ,95% ,垂直偏振分量的垂直偏振分量的反射率達(dá)反射率達(dá)98% 98% 。 由于這種偏振片的結(jié)構(gòu)簡單由于這種偏振片的結(jié)構(gòu)簡單, ,加工制作方便加工制作方便, ,成本成本低低, ,破壞閾值高破壞閾值高, ,安裝精度要求不高安裝精度要求不高, ,所以在工程實(shí)際應(yīng)所以在工程實(shí)際應(yīng)用中用中, ,是一種性能全面而且優(yōu)良的偏振器。是一種性能全面而且優(yōu)良的偏振器。2.5 偏振器偏振器n偏振片偏振片原理及結(jié)構(gòu)原理及結(jié)構(gòu) 偏振片對(duì)入射光具有遮蔽和透過的功能，可使偏振片對(duì)入射光具有遮蔽和透過的功能，可使縱向光或橫向光一種透過，一種遮蔽。縱向光或橫向光一種透過，一種遮蔽。 它是

27、由偏振膜、內(nèi)保護(hù)膜、壓敏膠層及外保護(hù)它是由偏振膜、內(nèi)保護(hù)膜、壓敏膠層及外保護(hù)膜層壓而成的復(fù)合材料。膜層壓而成的復(fù)合材料。 2.5 偏振器偏振器n偏振片偏振片應(yīng)用應(yīng)用 1、用兩片重疊，一片旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)暗度，以觀日全食；、用兩片重疊，一片旋轉(zhuǎn)，調(diào)節(jié)暗度，以觀日全食； 2、一眼一片，軸偏差、一眼一片，軸偏差90度，可觀立體電影度，可觀立體電影 ； 3、數(shù)碼攝像，可去除玻璃的反光，提高攝像效果；、數(shù)碼攝像，可去除玻璃的反光，提高攝像效果； 4、汽車駕駛室前玻璃，可有效地減小對(duì)面車強(qiáng)光的影、汽車駕駛室前玻璃，可有效地減小對(duì)面車強(qiáng)光的影響，從而減少交通事故發(fā)生；響，從而減少交通事故發(fā)生； 5、 醫(yī)學(xué)檢查，對(duì)

28、患者視力損壞程度進(jìn)行評(píng)估。醫(yī)學(xué)檢查，對(duì)患者視力損壞程度進(jìn)行評(píng)估。2.6 波片波片 在微電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)中在微電子學(xué)和生物醫(yī)學(xué)中，經(jīng)，經(jīng)常運(yùn)用和檢測各常運(yùn)用和檢測各種狀態(tài)的橢圓偏振光種狀態(tài)的橢圓偏振光，因此因此，就需要有產(chǎn)生和檢測就需要有產(chǎn)生和檢測橢圓偏振光的器件橢圓偏振光的器件，波片就是其中一種波片就是其中一種。 波片是各向異性透明材料按照一定方式切割，波片是各向異性透明材料按照一定方式切割，具有一定厚度的平行平面板。切割方式指的是晶體具有一定厚度的平行平面板。切割方式指的是晶體主軸或光軸與通光表面的關(guān)系。主軸或光軸與通光表面的關(guān)系。 在實(shí)際使用中在實(shí)際使用中,用得最多的是半波片和四分之一用得

29、最多的是半波片和四分之一波片。波片。2.6 波片波片dnneo)(22.6 波片波片 n 半波片半波片 半波片的相位延遲為半波片的相位延遲為=(2m+1)，(m=0,1, 3)，相應(yīng)的晶體厚度為，相應(yīng)的晶體厚度為 線偏振光通過半波片后，還是線偏振光，但其線偏振光通過半波片后，還是線偏振光，但其振動(dòng)方向相對(duì)于入射光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)了振動(dòng)方向相對(duì)于入射光的振動(dòng)方向轉(zhuǎn)了2 ，這個(gè)，這個(gè)為入射光振動(dòng)面與光在晶體內(nèi)的主截面的夾角。為入射光振動(dòng)面與光在晶體內(nèi)的主截面的夾角。 2120ennmd2.6 波片波片n 四分之一波片四分之一波片 半波片的相位延遲為半波片的相位延遲為=(2m+1)/2，(m=0,1,

30、3)，相應(yīng)的晶體厚度為，相應(yīng)的晶體厚度為 線偏振光通過半波片后，為橢圓偏振光，當(dāng)入線偏振光通過半波片后，為橢圓偏振光，當(dāng)入射光的振動(dòng)方向與光軸夾角為射光的振動(dòng)方向與光軸夾角為450時(shí)，出射光為圓偏時(shí)，出射光為圓偏振光。振光。4120ennmd2.6 波片波片全波片圖解全波片圖解 根據(jù)特定波長光線設(shè)計(jì)的全波片可以讓該波長的根據(jù)特定波長光線設(shè)計(jì)的全波片可以讓該波長的線偏振光無衰減的透過，而將其附近波長的光線變線偏振光無衰減的透過，而將其附近波長的光線變成橢圓偏振光，即實(shí)現(xiàn)濾光。當(dāng)然通過級(jí)聯(lián)可以大成橢圓偏振光，即實(shí)現(xiàn)濾光。當(dāng)然通過級(jí)聯(lián)可以大大增強(qiáng)濾光效果。如圖所示。大增強(qiáng)濾光效果。如圖所示。2.6

31、波片波片半波片圖解半波片圖解 半波片可將設(shè)計(jì)波長的圓偏振光的手性翻轉(zhuǎn)，如半波片可將設(shè)計(jì)波長的圓偏振光的手性翻轉(zhuǎn)，如果入射是線偏振光，出射光除了相位反轉(zhuǎn)外無其他果入射是線偏振光，出射光除了相位反轉(zhuǎn)外無其他變化。如圖所示變化。如圖所示 2.6 波片波片1/4波片圖解波片圖解 1/4波片可實(shí)現(xiàn)特定波長的線偏振光與橢圓偏振光波片可實(shí)現(xiàn)特定波長的線偏振光與橢圓偏振光的相互轉(zhuǎn)換。如果角度滿足的相互轉(zhuǎn)換。如果角度滿足45度，橢圓變成正圓，而度，橢圓變成正圓，而當(dāng)線偏振方向與波片光軸方向角分別為正、負(fù)時(shí)，圓當(dāng)線偏振方向與波片光軸方向角分別為正、負(fù)時(shí)，圓偏振光的手性可以被操縱為左、右。如圖所示。偏振光的手性可以

32、被操縱為左、右。如圖所示。2.6 波片波片參數(shù)指標(biāo)參數(shù)指標(biāo)材料：石英晶體材料：石英晶體 尺寸公差：尺寸公差：0.00，-0.05mm 定向精度：定向精度：0.1 波前畸變：波前畸變：10632.8nm 相位延遲：相位延遲：2，4，8 延遲精度：延遲精度：500 有效孔徑：有效孔徑：90 石英波片石英波片用于：光纖通信器件用于：光纖通信器件 2.6 波片波片2.6 波片波片橢圓偏振光還可用于：橢圓偏振光還可用于：1、空隙測定、空隙測定2、薄膜厚度測定、薄膜厚度測定3、成像技術(shù)、成像技術(shù) （重慶大學(xué)、中科大等研究活躍）（重慶大學(xué)、中科大等研究活躍） 4、特殊樣品測量、特殊樣品測量5、光譜分析、光譜分析2.6 波片波片 使用波片時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問題使用波片時(shí)應(yīng)注意兩個(gè)問題: 1)任何波片都是對(duì)于特定波長而言的。在使用任何