B A C
D
1) 格兰—汤普森棱镜 当一束自然光垂直射入棱镜时，o 光和 e 光均无偏 折地射向胶合面，在 BC 面上，入射角 i 等于棱镜 底角。
B
D i C

A
1) 格兰—汤普森棱镜 选择胶合剂的折射率n 介于 no 和 ne 之间。方解石是负 单轴晶体，ne＜no，所以 o 光在胶合面上相当于从光 密介质射向光疏介质。
光振动垂直板面
光振动平行板面
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
根据偏振器的工作原理不同，可以分为双折射型、反 射型、吸收型和散射型偏振器。在光电子技术中，广
泛地采用双折射型偏振器。
输入自然光
输出偏振光
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
由晶体双折射特性的讨论己知，一块晶体本身就是
一个偏振器，从晶体中射出的两束光都是线偏振光。
B
D i

C
A
(4) 抗损伤能力 一般来说，抗损伤能力对于连续激光约为 l0 w/cm2， 对于脉冲激光约为 104w/cm2。
B
D
i
A C
(4) 抗损伤能力 为了提高偏振棱镜的抗损伤能力，可以把格兰—汤普 森棱镜的胶合层改为空气层，制成如图所示的格兰— 傅科棱镜。这种棱镜的底角 应满足
1 1 arcsin arcsin (114) ne no
称入射光束锥角的限制范围2δm为偏振棱镜的有效孔
径角。有效孔径角的大小与棱镜材料、结构、使用波
段和胶合剂的折射率诸因素有关。
B 2 1
D

A

C
(2) 孔径角
例如, 由方解石晶体制成的格兰—汤普森棱镜, 对于 =0.5893m 的黄光来说, no=1.6584,ne=1.4864，加拿 大树胶的折射率n=1.55。可以计算得到，在方解石一 树胶界面上的 o 光临界角约为690。
方解石晶体 光轴
He－Ne激光束
450
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
由于由晶体射出的两束光通常靠得很近，不便于分 离应用。
2 ne2 no M arctan 2no ne
(61)
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
实际的双折射偏振器，或者是利用两束偏振光折射 的差别，使其中一束在偏振器内发生全反射，而让 另一束光顺利通过。


2) 渥拉斯顿棱镜
第一块棱镜中的o 光变为e光，由于方解石为负单轴
晶体(ne＜no),因此 o 光将远离界面法线偏折。

n1 sin 1 n2 sin 2

2) 渥拉斯顿棱镜 第一块晶体中的 e 光，现在变为 o 光，靠近法线偏 折。这两束光在射出棱镜时，将再偏折一次。这样, 它们对称地分开一个角度。
(1) 通光面积: 偏振棱镜所用的材料通常都是稀缺贵重晶体，其通光
面积都不大，直径约为5～20mm。
(2) 孔径角 对于利用全反射原理制成的偏振棱镜，存在着入射
光束锥角限制。
2
B
D
1

A

C
(2) 孔径角 当光斜入射时, 若入射角过大,则对于光束 l 中的o 光，在 BC 面上的入射角可能小于临界角，不能发 生全反射。
制成下图所示的改进型。

D i C
A
D

A

B
i

E
C
2) 渥拉斯顿棱镜
渥拉斯顿棱镜是加大了两种线偏振光的离散角。由 光轴互相垂直的两块直角棱镜沿斜面用胶合剂胶合
而成的。


2) 渥拉斯顿棱镜
o 光和 e 光以不同的相速度同向传播。它们进入第 二块棱镜时，因光轴方向旋转900，使得第一块棱镜 中的o 光变为e光，e光变为o光。
AC tan 71.50 3.0 AB AC tan810 6.3 AB
sin 1.4864sin[900 (1800 71.50 (900 690 )] 3.5
(3) 消光比
消光比是指通过偏振器后两正交偏振光的强度比，一 般偏振棱镜的消光比为10-5~10-4。
o e e o


2) 渥拉斯顿棱镜 对于负单轴晶体近似为
2arcsin[(no ne ) tan ] (113)
对于方解石棱镜, 当＝450时, 20.400。


格兰—汤普森棱镜和渥拉斯顿棱镜等偏振棱镜的主 要特性参量是：
通光面积 孔径角 消光比 抗损伤能力
100％
B
D

i 1
50％
Rs C
0％
n1>n2
A
Rp 00
B C
900
(2) 孔径角
对于光束2 中的 e 光，在 BC 面上的入射角可能大 于临界角，使 e 光在胶合面上发生全反射，这将降 低出射光的偏振度。
B D i C
2

A
这种情况出现在胶合剂的折射率n 均小no 和ne 的情况.
(2) 孔径角
5.4 晶体光学元件 (Crystal optics elements) 下面讨论光学和光电子技术中的重要光学元件—偏 振器、波片和补偿器。
5.4.1 偏振器 (Polarizer)
除了某些激光器本身即可产生线偏振光外，大部分都
是通过对入射光进行分解和选择获得线偏振光的。通
常将能够产生线偏振光的元件叫做偏振器。
100％
ne n <no
50％
Rs
0％
n1>n2
Rp 00
B C
900
1) 格兰—汤普森棱镜 当i＞arcsin(n/no) 时，o 光产生全反射，而 e 光照常 通过，因此，输出光中只有一种偏振分量。
B
D i C

A
1) 格兰—汤普森棱镜 在要求偏振度很高的场合，都是把格兰一汤普森棱镜
或者利用某些各向异性介质的二向色性，吸收掉一 束线偏振光，而使另一束线偏振光顺利通过。
1. 偏振棱镜
偏振棱镜是利用晶体的双折射特性制成的偏振器，它
通常是由两块晶体按一定的取向组合而成的。下面介
绍几种常用的偏振棱镜。 1) 格兰—汤普森棱镜 2) 渥拉斯顿棱镜
1) 格兰—汤普森棱镜 格兰—场普森棱镜是由两块方解石直角棱镜沿斜面 相对胶合制成,两块晶体的光轴与通光的直角面平行。
n2 1.55 c arcsin arcsin 690 n1 1.6584
(2) 孔径角
因此，棱镜的底角 应大于 690。
B
D i

A C
(2) 孔径角 若选＝71.50，则由 tan =AC/AB 可定出棱镜的长度 比为3:1，有效孔径角约为70；若选 ＝810，则棱镜 的长宽比为6.31:1，有效孔径角接近400。