偏振光的杨氏干涉

在基础光学框架内,通过杨氏双孔干涉实验中线偏振光的干涉及线偏振光经过两任意厚度晶片的干涉等几个实例,说明了基于矢量波叠加概念的电磁干涉的基本思想、基本分析方法和基本现象.偏振光干涉时,观测平面上可以出现或不出现光强的周期性空间调制,但一般都产生光场偏振态的周期调制.它表明了光的矢量性对干涉的重要影响,并可揭示只分析强度条纹时被掩盖的一些物理效应.     

物光的偏振性对全息记录质量的影响

通过对菲涅耳三维漫反射全息记录光路中物光与参考光偏振状态的实验检测，发现线偏振的激光被不同表面材料的物体散射和漫反射后变成“部分偏振光”，几乎所有目标物都有显著的消偏振现象，全息干板上实际记录的是线偏振的参考光与“部分偏振”的物光形成的相干度较低的干涉条纹。物光偏振度的大幅度下降影响干涉条纹的衬比度，并增加全息图的噪声。给出实验方案和检测光路，采用在参考光路中插入1/4波片的方法，可充分利用非偏振物光各个振动方向的光能，提高条纹的衬比度。     

偏振光的干涉场分布特征数值模拟及实验研究

从偏振光的产生出发,对不同偏振态的偏振光的干涉场分布进行了数值模拟,得出了不同偏振态干涉场的特征分布,并对不同情况进行了实验,分析讨论了实验结果,为偏振光实验的教学和实验结果的分析提供了依据.     

杨氏双缝干涉实验中引入偏振片的教学思考及分析

将偏振片引入杨氏双缝干涉实验,并讨论不同组合时干涉条纹的规律,是一道很有意义的习题,然而,常见的解答——“无固定相位差”,对问题的本质认识不够深入。本文运用马吕斯定律和波的叠加原理,计算了叠加后的衬比度。定量计算表明,在杨氏双缝干涉实验中,引入三个偏振片时,没有干涉条纹的物理实质是存在投影相位差,并且指出,在这一问题中,投影相位差是干涉条纹存在与否的决定性因素。文章物理图像直观,适合在课堂教学中运用,清晰地展示投影相位差的作用,也有助于学生对光源发光机理、干涉、偏振的概念以及偏振光干涉的深入理解与运用。     

半导体中相干控制光电流对光场的偏振依赖性

采用黄金定则方法和Kane六能带模型，分析了半导体中的量子干涉控制光生电流效应.计算了不同偏振光场下载流子在动量空间的初始布居分布，从微观上阐明了相干电流对光场的偏振依赖特性.在平行线偏振情况下，相干电流方向沿光场的偏振方向；而在正交线偏振情况下，电流方向与倍频光的偏振方向相同.还证明了只有当单光子跃迁和双光子跃迁相平衡时才能获得最大的电流注入效率. 关键词： 量子干涉 光电流 线偏振光     

干涉条纹移动的偏振法

本文根据二个椭圆偏振光场进行的理论分析,着重讨论了两个相互正交的圆偏振光(左旋和右旋〕场和一个椭圆偏振光与线偏振光场的特点,以此为基础讨论了干涉条纹移动的偏振法。     

正交偏振干涉的矢量光场分析和检测

在大学物理中,光的干涉和衍射现象是描述光的粒子性和波动性非常常见的内容。那么光的干涉需满足相干条件,即两束光具有相同的偏振态、相同的频率和固定的相位差。因此,在标量衍射理论中,完全正交偏振的光不能够发生干涉现象。为拓展和探究正交偏振态下两束光相遇时光场的矢量变化,本文构建了基于马赫-曾德尔配置的正交偏振光(即正交线偏振和正交圆偏振)相干涉而产生的光场,利用检偏器检测光场的矢量特征及条纹分布情况。结果表明正交偏振光相干涉产生了周期性的矢量光场。该研究能够帮助学生更加直观的掌握波片及偏振片调制不同偏振态的光束并实现矢量光场的检测和分析。     

基于正交调制的偏振光谱成像系统研究

为了同时获取目标的全偏振二维图像信息和其光谱信息,设计了一种基于正交调制的偏振光谱成像系统。该系统由光学接收模块、相位调制器、Wollaston棱镜、Savart偏光镜、检偏器以及成像模块组成。其可以将原始光信号分解成两束相互正交的偏振光,并且分别成像在CCD焦平面的上下两部分上,从而构成两幅偏振图像。两组图像的叠加可以将干涉条纹的数据相互抵消,从而获得目标的纯图像信息,两组图像的相减可以将目标灰度图像相互抵消,从而获得目标的纯干涉条纹。通过理论分析与计算得到了光强分布函数和光谱变化形式。实验在稳定的光源环境中采用高对比度目标与背景板,完成了全偏振图像的实时采集。经相位校正和切趾处理改善了干涉图像的畸变,又通过去低频滤波和阈值滤波抑制了图像中背景噪声的影响,从而实现了对目标图像的提取及偏振光谱的复原。该系统具有稳定性高、光谱分辨率可调、信噪比高、可识别能力强等特点,对在复杂背景中提取目标图像、光谱及偏振态信息具有重要意义。     

光源形状对干涉场衬比度的影响

推导出面光源照明时杨氏干涉实验干涉场的光强分布公式,分别讨论了矩孔、圆环、圆盘光源照明时杨氏干涉实验干涉场的衬比度及光源的极限宽度。结果表明这些光源照明时干涉场的衬比度各不相同,它们的极限宽度可用同一公式表示。     

界面反射光的偏振态分析

首先利用菲涅尔反射公式,给出界面反射光s分量和p分量的光强反射率公式。然后分析并推导出自然光和部分偏振光分别入射介质界面时,反射形成的部分偏振光偏振度的一般表达式。对反射光偏振度的模拟分析表明,当自然光入射时,随入射角增加反射光的偏振度先增大后减小。当部分偏振光入射时,若I_sI_p,随入射角增加反射光的偏振度也是先增加后减小;若I_sI_p,则随入射角增加,反射光的偏振度呈现两次减小、两次增加。在正入射和掠入射的情况下,反射光的偏振度均与入射光的相同;在布儒斯特角入射的情况下,反射光的偏振度均为1,即线偏振光。最后,对线偏振光入射的情形进行了理论分析和模拟。结果表明,从光疏入射光密介质时,反射线偏振光的振动方位角随入射角增加单调增加。从光密入射光疏介质时,若入射角小于全反射临界角,反射线偏振光的振动方位角也随入射角增加而增加;若入射角大于全反射临界角,则随入射角增加,反射形成的椭圆偏振光的椭圆率先增大后减小。反射光偏振态的这些变化规律,对改造光的偏振态以及反射光偏振态信息的应用具有实际意义。     

光的偏振性对Hanbury Brown-Twiss实验的影响

在理论和实验上研究了完全偏振光的不同偏振态和光的偏振度对Hanbury Brown-Twiss实验二阶关联函数g(2)的影响.实验中用线偏振光通过1/4波片获得椭圆偏振光,并通过旋转波片实现对完全偏振光偏振态的改变;用两柬振动方向相互垂直,传播方向相同且相位差随机的线偏振光合成部分偏振光,并通过调节一束光的光强实现对合成光偏振度的改变.结果表明:对于完全偏振光,其偏振态的改变对g(2)没有影响;对于不同偏振度P的光源,g(2)为P的二次函数.特殊地,自然光情况下P=0,g(2)的理论最大值为1.5;完全偏振光情况下P=1,g(2)的理论最大值为2.理论与实验符合得较好.     

差分偏振干涉成像光谱仪Ⅰ.概念原理与操作

本文介绍了一种基于Wollaston棱镜角剪切和Savart偏光镜横向剪切组合的静态、紧凑型、高通量差分偏振干涉成像光谱技术.其显著特点是无运动部件,可同时获取目标正交偏振组分的干涉图和二维空间图像.干涉图经傅里叶变换和图像融合算法可得到正交偏振组分的偏振光谱图像,正交偏振光谱图像之和等效于传统强度光谱图像,正交偏振光谱图像之差称为差分偏振光谱图像.高对比度的差分偏振光谱不仅能刻画目标详细的表面形貌、纹理和结构信息,还可反演弹性散射粒子的尺度、浓度和折射率等信息.文中描述了差分偏振干涉成像光谱仪的原理结构,给出了干涉强度分布规律表达式,分析了完整干涉图和二维空间图像的数据获取模式.利用杨氏干涉模型对光通过Savart偏光镜后形成干涉直条纹的近轴关系进行了深入分析.利用光场衍射理论确定了光谱仪中准直透镜和成像透镜实现紧凑化的结构关系.计算机仿真模拟验证了方案的可行性.为偏振成像光谱仪的发展提供了一种新思路.     

两圆偏振光以及线偏振光和圆偏振光干涉图样的衬比度

考察了两束圆偏振光之间以及线偏振光与圆偏振光之间干涉所形成图样的衬比度,并与两束线偏振光之间干涉图样的衬比度进行了比较．指出在非共面多光束干涉中有可能利用圆偏振光以改善干涉图样的整体衬比度,并简要介绍了它在光子晶体制备中的应用．     

基于光束的相干特性拓展双缝实验教学实验内容

对部分相干光束的双缝实验干涉条纹进行了研究。利用转动的毛玻璃以及两个透镜构成了一个简单的产生部分相干光束的光学系统,通过调整毛玻璃与两个透镜的共焦点之间的距离,可以定量地控制光束的相干性。对不同相干性的光束经过双缝干涉之后的光强进行了实验观测,发现光束的相干性会对双缝干涉条纹的衬比度产生影响,光束的相干性越低,条纹衬比度也越小。并对实验结果进行了理论模拟,理论数值模拟的结果与实验观测结果基本一致。     

投影光学系统中的偏振像差分析

当光束斜入射时,光学薄膜存在一定的偏振效应。在飞利浦棱镜系统中,当一定大小孔径角的照明光束斜入射到分色合色薄膜后,S偏振分量和P偏振分量存在一定的相位差,使得线偏振光变成椭圆偏振光。利用琼斯矩阵偏振光线追迹的方法,分析了投影光学系统中由于两偏振分量相位差引起的偏振像差,以及它与暗态泄漏光强和系统衬比度的关系。得出了系统出瞳面上的光波偏振特性,以及在不同大小孔径角的照明光束入射下偏振像差的变化。分析了膜厚监控误差对光学系统偏振像差的影响,发现膜厚监控误差对偏振像差和系统衬比度有很大的影响。所使用的分析方法可以应用于其他大口径光学系统。     

光纤Mach-Zehnder干涉仪系统

介绍了光纤Mach-Zehnder(MZ)干涉仪系统的结构.给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统中信号光与参考光的干涉原理以及影响干涉光强的因素.同时也分析了光纤耦合器的交叉耦合,另外也给出了PZT的作用.阐述了光纤偏振控制器的结构、工作原理及其对光纤Mach-Zehnder干涉仪系统传感臂偏振态的控制,最后给出了光纤Mach-Zehnder干涉仪系统的应用.     

对一道光学题解的异议

 在姚启钧编著的《光学教程》第312页有这样一道例题:【例5·2】通过偏振片观察一束部分偏振光。当偏振片由对应透射光强最大的位置转过60°时,其光强减为一半。试求这束部分偏振光中的自然光和线偏振光的强度之比以及光束的偏振度。【解】部分偏振光相当于自然光和线偏振光的叠加。设自然光的强度为In,线偏振光的强度为Ip,则部分偏振光的强度为In+Ip。当偏振片处于使透射光强度最大的位置时,通过偏振片的线偏振光的强度仍为Ip,而自然光的强度为In/2,即透射的总光强I1=Ip+In/2,偏振片转过60°后,透射光的强度变为I2=Ipcos260°+In/2。     

迈克耳孙干涉仪白光等倾干涉的实现、条纹特征及形成机理

使用在迈克耳孙干涉仪的反射镜前插入附加玻璃板的方法实现了白光的等倾干涉,观察到干涉条纹在出现范围、衬比度、颜色等方面的基本特征;通过建立以色散为基础的理论模型,得到了条纹衬比度函数的简洁数值计算方法和近似解析表达式,并对这种白光等倾干涉的条纹特征和形成机理进行了全面解释.     

高斯光束照射下的等倾双光束干涉

根据等倾干涉原理，对高斯光束经薄膜反射后的光强、可见度、条纹分布进行了理论分析，讨论了入射角对光强、可见度分布的影响，相位角对条纹可见度的影响.数值模拟计算表明：沿着垂直于光传播方向的平面，反射光束叠加区域为一圆斑，随着入射角的增大，可见度逐渐减小，光强分布偏离了高斯分布，光斑变大，峰值减小.干涉条纹在空间的分布类似于平面波的薄膜等倾干涉，主要由入射角及薄膜厚度决定.     

关于部分偏振光能量传递和偏振态的光线椭圆分析方法

部分偏振光传播时的光强和偏振态变化情况比较复杂, 尤其是当大数值孔径成像时, 光束的偏振态还会影响成像质量. 本文提出一种用于分析部分偏振光能量传递和偏振态的光线椭圆方法, 采用光线椭圆叠加的办法来分析光束在各向同性的均匀介质中传输时能量和偏振态的变化情况, 同时直观性好, 计算量小. 论文最后, 对大数值孔径、 高像质的齐明透镜系统讨论了入射无偏振光的能量、 偏振态变化, 以及偏振效应问题. 结果表明, 大数值孔径使成像光束中TM偏振光强度相对增加, 影响成像对比度; 提高像方介质的折射率, 会改善此种偏振效应问题.