不同偏振态的光通过别汉棱镜像面偏振态检测试验
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摘要：在保证光波的波长及入射角相同的情况下入射光的偏振态会对别汉棱镜的成像质量有影响。前面已经研究了偏振像差与波长和入射角的对应影响，本文重点是选择在波长为632.8nm，垂直入射的条件下即与z轴的夹角为0°的情况下，分别让线偏振光，部分偏振光，自然光入射到别汉棱镜中，研究具有不同偏振态的光线对别汉棱镜成像质量的影响。
关键词：别汉棱镜 偏振态 检测
利用实验器材主He～Ne激光器、扩束准直镜、起偏器、玻璃堆片、1/4波片、载物台、别汉棱镜、检偏器、接收屏、光功率计等提供具有不同偏振态的入射光。测量原理图，如图1所示。
1.1 线偏振光的获得
当自然光照射到偏振片时，调整偏振片的偏振化方向，让其透光轴分别垂直于x轴，平行于x轴，与x轴的夹角为45°，可得到沿x轴线偏振光、沿y轴线偏振光、45°线偏振光。
1.2 实验光路和数据采集
利用实验器材He-Ne激光器、扩束准直、起偏器、别汉棱镜、检偏器、光功率计及载物台等搭建光路如图2所示。该实验需要遮挡一半别汉棱镜让光线分别进入上下屋脊面测得出射的光强研究上下屋脊面出射光的光强分布，用光功率计进行数据采集。
试验中，所用光的波长为632.8nm，起偏器的透光轴与y轴平行，根据检测原理利用调制光强的检测方法，对偏振态为[0，1]的线偏振光垂直入射时出射光的偏振态进行检测。分别将光线按照上屋脊和下屋脊入射时，测得的通过别汉棱镜上下屋脊出射光的斯托克斯参量S0，S1，S2，S3，实验数据如表1所示：
1.3 实验结果
根据斯托克斯参量定义的偏振度和方位角的定义，对以上测量的数据进行处理，将结果列于表2中。
通过测量斯托克斯参量的实验，得到上下屋脊的方位角分别为36.35°和-36.34°，椭圆率角分别为-37.39°和38.05°，通过两组数据的比较可以验证理论推导的正确性，当线偏振光经别汉棱镜后会在其像面上出现两种不同偏振状态的光，这样就造成光强分布的不均匀，降低了别汉棱镜的成像质量。
2 部分偏振光通过别汉棱镜像面时偏振态的检测
2.1 部分偏振光的获得
自然光在某些介质表面上反射和折射时，可以分解为光矢量垂直于入射面的波和光矢量平行于入射面的波两个部分。由于这两波反射系数不同，反射光和折射光都是部分偏振光。当光以布儒斯特角射向界面时，透射光是部分偏振光。对于空气的折射率n1=1.00，玻璃的折射率n2=1.50，布儒斯特角约为θ=arctab(n2/n1)=56.3°。如果让折射光连续地通过许多平行叠放的玻璃片(玻璃堆)，折射光的偏振化程度继续加强。当玻璃片足够多时，最后透射出来的光就接近于完全偏振光。本次试验用的是12片的玻璃堆，偏振度为P=0.88。
2.2 实验光路和数据采集
利用He-Ne激光器、波片堆、1/4波片、载物台、别汉棱镜、检偏器、光功率计搭建光路如图3所示，测量方法同线偏振光通过别汉棱镜相同。
用光功率计进行数据采集，部分偏振光实验数据如表3所示。
2.3 实验结果
根据斯托克斯参量定义的偏振度和方位角的定义，对以上测量的数据进行处理，结果列于表4中。
通过测量部分偏振光分别经别汉棱镜上下屋脊出射光的斯托克斯参量，得到上下屋脊的方位角分别为37.53°和-33.25°，椭偏率角分别为-39.15°和37.05°，当部分偏振光经别汉棱镜后会在其像面上出现两种不同偏振状态的光，这样就造成光强分布的不均匀，降低了别汉棱镜的成像质量。
3 自然光经别汉棱镜成像的偏振态检测
3.1 自然光的获得
自然光可以看作是具有一切可能的振动方向的许多光波的总和，其特点是振动方向的无规则性。从普通光源发出的光不是偏振光，是自然光。
3.2 实验光路和数据采集
利用激光器、载物台、别汉棱镜、1/4波片、检偏器、光功率计等搭建光路如图4所示：
同样分别遮挡别汉棱镜上下屋脊进行测量，旋转检偏器一周观察到光斑没有上下分层且无明显的亮暗变化。自然光实验数据如表5所示。
3.3 实验结果
根据斯托克斯参量定义的偏振度和方位角的定义，对以上测量到的数据进行处理，将结果列于表6中。
通过上述数据可以得到自然光经别汉棱镜后在上下屋脊像面的偏振度，偏振方位角基本相同，这种偏振度和偏振方位角的近似可以得出在像面不存在偏振相差的结论。
参考文献：
[1]刘海宁，李真.角锥棱镜的偏振效应[J].激光杂志，2000，21(1):15-16.
[2]李国华，肖胜安，李继仲.界面反射偏振像差分析[J].光学学报，1992，12(7):647-651.
[3]魏光辉.矩阵光学[M].北京:兵器工业出版社，1995：144-209.
作者简介：
吕华，女，（1979-），陕西西安人，助教，研究方向：精密仪器及机械。