双轴晶体内外偏振光传播方向的普遍计算

就任意方向的光线入射到任意取向的双轴晶体上的情况,求得了晶体内外偏振光传播方向的普遍计算公式,并就过渡到单轴晶体的情况,折射线在入射面内以及锥形折射情况作了研究。最后,就冰洲石、结晶硫的相应计算数据,画出了晶体转动时晶体中偏振光的方位曲线,加以讨论。本文结果为研究新的晶体光学元件、新的晶体常数测量方法提供了一个理论依据。     

光在双轴晶体表面的反射与折射

介绍了光在双轴晶体表面反射、折射问题的求解方法.用该方法可以方便精确地计算晶体任意取向下光从任意方向入射时折射光的折射率、偏振态、波矢方向、能流方向. 推导了反射光、折射光的振幅和能量的计算公式. 并以KTP晶体为例，给出了数值计算的结果. 关键词： 双轴晶体 双折射 菲涅耳公式 布儒斯特角     

平面波在各向异性晶体中的菲涅耳公式

当各向异性晶体介电主轴坐标系与入射光波所在平面坐标系取向不同时,讨论折射光波场强E的问题变得比较复杂,但是这种情形对于许多双轴晶体的非线性光学现象具有重要影响.在上述两坐标系任意取向的前提下,讨论了平面波从各向同性介质入射到各向异性晶体后,其折射光波电场强度E的大小和方向的一般表达式,证明了折射光波电场强度的方向和大小可以通过求解一元四次方程和电磁场边界条件而得到.对于一些特殊的入射光波方向和具有特殊对称性的晶体,折射光波电场强度E的方向与光波法线方向垂直,也就此特殊情况进行了讨论.利用所得结果,可以讨论两束折射光波能量的分配关系.     

非常偏振光在单轴晶体表面的反射-透射研究

为分析非常偏振光在晶体表面的能量损耗,给出一种求解反射率和透射率的方法,即根据电磁场的边值关系以及晶体的双折射和双反射现象,求解晶体光轴在入射面内时,非常偏振光从各向同性介质入射到晶体和从晶体出射到各向同性介质两种情况的反射率和透射率的方法,并给出反射率和透射率的解析解,同时得到对于晶体光轴在入射面内的情况,光轴的取向对非常偏振光反射率的大小几乎没有影响,但对产生全反射的临界角θc影响较大的结论。实验上用LiNbO3晶体验证了非常偏振光从各向同性介质入射到晶体时的反射率公式。求解方法简单实用,所给的表达式具有一般性,可以直接使用。     

利用可变光阑实现双轴晶体动态外锥折射

介绍了一种获得晶体动态外锥折射的方法.用全固态绿光激光器和双轴晶体kNbO_3,通过改变位于已消球差的双胶合透镜后表面处可变光阑的通光孔径,即改变入射光束的会聚角度,来实现入射光会聚角对外锥折射锥角的调制,由此得出双轴晶体kNbO_3外锥折射的锥角表达式.实验结果表明,周期性改变孔径光阑通光孔径的大小(入射光束的会聚角度)时,外锥折射锥角也同步地发生周期性的改变;外锥折射锥角等于入射于双轴晶体端面上的光线的会聚角.利用可变光阑可实现双轴晶体动态外锥折射并获得可控激光环,实验所测锥角角度与理论计算符合较好.     

双轴晶体电光调制器的最优设计

运用新的线性电光效应的耦合波理论，对双轴晶体KTP电光调制器的温度特性进行了理论研究.找到了一个入射光波矢的方向，在该方向上，出射光光强不随温度的变化而变化，而且此方向在一定的角度范围内变动，温度的稳定性是可以保持的.还进一步对晶体的通光长度和外加电场的方向进行了筛选，实现了双轴晶体KTP电光调制器的最优设计. 关键词： 电光效应 耦合波理论 电光调制器 最优设计     

波状结构二维光子晶体负折射现象的研究

结合波状结构二维(2D)光子晶体(PC)与入射介质两者的等频面结构分析了PC内部的负折射现象，采用时域有限差分(FDTD)方法模拟了高斯光束在波状结构2DPC内的负折射，分别得到了折射角/入射角以及折射角/入射波长之间的关系曲线，当入射角为45°，入射波段在1485—1530nm区域时，波状结构2DPC的负折射角与入射波长近似呈线性变化关系，并带有明显的PC超棱镜效应，采用端面投影方法对波状结构2DPC的入射端面和出射端面进行处理，改善了负折射时的透过率. 关键词： 光子晶体 负折射 等频面     

非常偏振光在单轴晶体表面的全反射分析

利用透射波函数和由菲涅尔公式求解反射相位差并对其求导的方法,分析了非常偏振光在单轴晶体表面发生的全反射现象,求解出晶体光轴在入射面内时,非常偏振光从各向同性介质入射到晶体和从晶体出射到各向同性介质两种情况的隐失波穿透深度和Goos-Hnchen位移的一般表达式。通过计算机模拟给出了单轴晶体为方解石和水晶情况时的穿透深度和Goos-Hnchen位移图像。结果表明,对于不同的晶体,光轴的取向对穿透深度和Goos-Hnchen位移的影响是明显不同的,若选取合适的晶体、光轴取向和入射角,可以得到较大的隐失波穿透深度和Goos-Hnchen位移。     

双轴晶体会聚偏光干涉的理论与实验研究

晶体会聚偏光干涉图包含了晶体特性的许多信息,建立偏光干涉图的定量分析方法可以使这些信息得到充分利用。基于双轴晶体折射时满足的波矢关系,导出了两折射光波相位差的精确计算公式。分析了光波在各界面折射时偏振态的变化,提出了会聚偏光干涉合成振幅的计算方法。针对任意取向的双轴晶体,计算了完整的偏光干涉图,反映了相位分布决定等色线、振幅分布决定消光影的规律。用数字图像模似了干涉图,并讨论了干涉图的变化情况。对4块不同取向的KTP晶片进行实验,实验干涉图与理论干涉图的特征完全一致,两者仔细对比可判断现有KTP晶体色散方程的优劣。     

双轴晶体锥光效应光盘径向寻迹研究

根据晶体锥光效应提出一种光控制方法.在双轴晶体中光波沿光轴方向入射时,其传播方向随光偏振方向的不同而改变,通过控制磁光偏振调制器上磁场强度改变光的偏振方向,从而实现对激光束方向的控制.据此分析了双轴晶体锥光效应光盘寻迹的基本原理并设计出总体方案,数值模拟计算得到晶体入射光偏振角度与寻迹位移的关系,初步验证了此方案的合理性,该方案与传统机电跟踪寻迹方式相比具有结构轻巧,动态响应快等优点.同时,也为光开关、扫描等技术提供了一种新的思想和方法.     

用布儒斯特角法同时测定单轴晶体的折射率和光轴方向

在理论上分析了光轴任意方向的单轴晶体的折射率．根据布儒斯特角原理,当线偏振光的电场矢量平行于入射面时,通过测出对样品三个表面的布儒斯特角,就能同时确定单轴晶体的折射率和光轴方向．并利用分光计,在光轴不确定的情况下,测定了方解石的两个主折射率和光轴方向．     

自准直法测GdTaO4晶体折射率

本文利用自准直法在473, 532, 632.8和1064 nm的激光波长上精确地测量出GdTaO₄晶体的折射率, 得到了Sellmeier方程, 并计算了在632 nm处光轴与折射率主轴n_z的夹角为21.75°, 进而得知GdTaO₄晶体是正光性双轴晶体.     

光折变晶体中光诱导波导的折射率分布

分别讨论了亮孤子和暗孤子在光折变晶体中诱导波导的折射率分布,结果表明光诱导波导的折射率分布除与光强的倒数有关外,还与光强对数的一阶导数有关.后者对折射率的影响引起波导折射率的非对称性分布.     

Negative thermo-optical coefficients and athermal directions in monoclinic KGd(WO<Subscript>4</Subscript>)<Subscript>2</Subscript> and KY(WO<Subscript>4</Subscript>)<Subscript>2</Subscript> laser host crystals in the visible region

The temperature dependence of three principal refractive indices of the biaxial KGd(WO₄)₂ and KY(WO₄)₂ crystals in the temperature range of 288–673 K was measured at wavelengths of 438.5 and 632.8 nm. Their thermo-optical coefficients (TOC) of the first and second orders were determined on the basis of the experimental data obtained. TOC were found to be negative for the n_g and n_p refractive indices of the KY(WO₄)₂ crystal and for the n_g refractive index of the KGd(WO₄)₂ crystal. It was established that in a fairly wide temperature range contributions of the positive and negative TOC to the refractive index of a light wave propagating in these crystals in certain directions compensate each other. Such athermal directions were determined for the index ellipsoid principal planes of these crystals on the basis of experimental data. PACS 78.20.Ci; 78.20.Nv     

LiNbO3:Fe晶体中光感应自衍射观察

用He-Ne激光束沿LiNbO₃:Fe晶体的x轴或y轴方向聚焦照射较薄样品时,在晶体后面的屏上观察到十分规则的衍射图样。这与前人在该晶体中观察到的由晶体中光折变形成的位相噪音栅引起的光感应光散射现象迥然不同。我们观察到的这种自衍射图样,可用聚焦激光束入射时在晶体中形成的复杂类透镜效应和自衍射理论来解释。它可以清楚地表明聚焦激光束入射时晶体中光折变过程的特点、还可由衍射条纹的数目直接推算晶体中光折变△n的最大值。文中还实验研究与讨论了光感应自衍射的形成条件及其与光感应光散射的竞争关系。 关键词：     

Determination of the refractive index and thickness of a transparent film on a transparent substrate from the angles of incidence of zero reflection-induced ellipticity

Linearly polarized light incident on a transparent film coating a transparent substrate remains linearly polarized after reflection only at a set of discrete angles of incidence φ_m (m integer). Measurement of these angles of incidence for zero reflection-induced ellipticity (ZRIE) allows simple, direct and explicit determination of the refractive index and thickness of the film, independent of the substrate refractive index. The latter can be separately and easily determined from the azimuths of the incident and reflected linear vibrations at one of the angles of incidence φ_m or, alternatively, from the angle of refraction of light into the substrate using Snell's law. The proposed technique requires that the thickness of the film exceed one-fourth the wavelength of light in the medium of the film, and that it does not fall in a “higher-order” thickness gap when the ratio of the refractive index of the film to that of the ambient is greater than $\text{2}\text{√3}$.     

低功率近红外光的偏振方向对光致折射率变化影响的实验研究

研究了利用低功率近红外光辐照In:Fe:LiNbO3晶体时写入光束的偏振方向对光致折射率变化(Δn)的影响.分别采用正常偏振(o光)和非常偏振(e光)的近红外细激光束,在In:Fe:LiNbO3晶体中进行了光折变实验.研究表明,两种偏振方向引起晶体的Δn实测曲线相似,但变化规律恰好相反,o光引起的折射率变化量约是e光的3倍左右.近红外光写入下两种偏振光束引起晶体的Δn分布规律都不同于可见光,尤其是e光辐照区域中心晶体的折射率升高.因此,通过选择不同偏振方向的近红外光可以在光折变晶体中制作不同折射率分布的非线性光学器件.     

Entanglement of the l- and the r-photons in an anisotropic crystal

Light incident onto an anisotropic crystal is divided into the ordinary and the extraordinary waves which vibrate in two perpendicular directions. Because of the tensor property of the dielectric constant, the direction of the electric displacement is not parallel to the vector of the incident electric field. An optical torque is induced by incidence of the linearly polarized light and propagating through the crystal. The optical torque tends to rotate the directions of eigenvibration which results in self-modulation of the ordinary and the extraordinary waves, and causes an energy splitting of the left (l)-, and the right (r)-handed circularly polarized waves in the crystal. The l- and the r-photons are correlated through the optical torque, which are found to be in an entanglement state.     

Polarization anisotropy of optical transmission in opals and Langmuir-Blodgett crystals

The transmission spectra of thin-film colloidal photonic crystals with three-dimensional and one-dimensional-two-dimensional photonic energy band structures, i.e., opals and Langmuir-Blodgett crystals with a refractive index contrast of ∼1.5: 1.0, have been measured in linearly polarized light. It has been demonstrated that the polarization anisotropy in the light transmitted through the crystal is uniquely related to the diffraction resonance and that the degree of polarization can exceed 90%. A higher degree of polarization is provided by lattices that are characterized by a smaller attenuation of light polarized in the plane of incidence. It has been revealed that the diffraction resonances from the crystal planes for which the dispersions are in anticrossing with the dispersion of the growth planes acquire the same anisotropy. The general character of the results obtained has been confirmed by the fact that the polarization anisotropy identically manifests itself in colloidal crystals that have different symmetries and lattice orderings.