光照度计偏振特性的实验研究

　　1　前言

　　国际照明委员会(CIE)的69号文件“Methods of Characterizing Illuminance Meters and Lu-minance Meters”和国际法制计量组织(OIML)文件“International Recommendation———Illumi-nance Meters”(First predraft),都对照度计的偏振特性提出了要求,并规定:照度计要用非偏振光校准。为此,作者对光源偏振度的测量、消除偏振的方法以及照度计探测器的偏振特性进行了试验研究。

　　2　原理

　　如所周知,光波是电磁波的一种,电磁波是纯粹的横波(振动方向与波的传播方向垂直),所以光波也是横波,具有偏振性。由于电矢量与磁矢量具有单一的对应关系,并且是同步的,而且实验证明对人眼和光探测器起作用的是电矢量,因此可用电矢量的波动代表光的波动,对其偏振性进行研究。

　　由自然光(电矢量的振动在各个方向上对时间的平均值是相等的光)产生偏振光(电矢量的振动只限于某一确定方向的光称为线偏振光;在某一确定方向上有最强的光称为部分偏振光)的方法很多,作者用光在折射率不同的两个介质分界面的反射与折射产生偏振光的方法,对光源及照度计探测器的偏振特性进行了实验研究。

　　用偏振度p和偏振误差ε来评价光源及照度计的偏振特性。p及ε的定义式如下:

　　式中,F∥和F⊥分别为平行于和垂直于入射面振动的光信号。p =0时为自然光,p =1时为线偏振光(即完全偏振的光),0< p <1时为部分偏振光。

　　式中:Emax和Emin分别为当探测器对着线偏振光测量时的最大输出和最小输出。ε越小,说明照度计受偏振光的影响越小。

　　3　测量方法

　　整个试验在暗室的光轨上进行。严格屏蔽杂散光和仔细调整光路是必需的先决条件。

　　3.1光源消偏振的方法

　　3.1.1光源偏振度的测量

　　一般地说,光源发出的光是部分偏振光,为测得光源的偏振度p,光路按图1设置。

　　光源A由支架支撑,装在光轨的一端,并使灯丝平面与光轴垂直;起偏器B和接收器C通过可绕垂直轴旋转的平台装在光轨上。以上3个支撑均可进行上、下、左、右、前、后的调节。为得到更好的起偏效果,起偏器B由3片性能良好的偏振片组合而成,并装在有360°刻度的起偏器座里,以便当B绕光轴旋转时可读出旋转角度。接收器C是无窗硅光电二极管(对偏振光不敏感)。光电流用三位半光电流计显示。

　　光源A发出的光经挡屏F1、F2、F3严格屏蔽杂散光,透过起偏器B后,由C接收、D显示。为了得到满意的结果,必须仔细调节光路:使光源A的灯丝平面的中心与起偏器B和硅光电二极管C的中心等高,B和C的受光面与光轴垂直,受光面的中心在支撑平台的中心垂直轴上。