修改形式的机械补偿器

　　1　引　言

　　为便于产生和分析各种椭圆偏振光,需要有产生椭圆偏振光的光学元件。巴俾涅补偿器和索累补偿器是其中最常见的两种,然而,它们各有其不足之处。本文设计了一种新型的补偿器,它克服了上述两种补偿器的缺点,将会有广泛的应用。

　　2　理论分析

　　使用适当的物质和适当厚度的晶片,在两个方向和在互相正交的振动之间引入一个程差,可以用来研究椭圆偏振光,尤其是在引入这样的程差之后,使得椭圆偏振光转换为线偏振光,根据线偏振光的分析就可得出所需要的关于椭圆偏振光的信息。因为它的作用是补偿一个位相差,这种装置称为补偿器。补偿器实际上是一种延迟量可调的光学器件,不象Δφ固定的波长片,延迟片只能使振动方向互相垂直的两光束之间产生固定的光程差。补偿器的相对位相差是可以连续变化的,在偏光技术领域中用途非常广泛。

　　在许多的机械补偿器中,使用最广泛的补偿器是巴俾涅补偿器和索累补偿器。一般的λ/4片是对某一波长而言的,对于其它波长则不是λ/4波片。巴俾涅设计了一种位相补偿器,当它与固定的λ/4波片联合使用时,可成为对任意波长都适合的λ/4波片。巴俾涅补偿器是由两个独立的方解石楔或石英楔所组成,如图1(a)和图1(b)所示。两楔切割使得它们的光轴互相垂直,在图中用线和点表示。

　　由于这个系统和渥拉斯顿棱镜很相象,只不过渥拉斯顿棱镜的角度更大,厚度更厚,补偿器很薄(楔角的典型值约为2·5°),所以光线的分开可以忽略。这两种器件都是将上面楔中的o光和e光分别变化成下面楔中的e光和o光。当细光束从中央垂直入射时,因两楔厚度相等,故两光无位相差。当细光束从其它位置通过时,两光的总相移为

　　式中d1为光线在上面的楔内通过的厚度,d2为光线在下面的楔内通过的厚度。

　　当它与固定的λ/4波片联合使用时,只要选择好入射点,使位相得到补偿而成为对该波长的λ/4波片。如果补偿器是用方解石做成的话,则在上面楔中e光比o光超前。所以若d1>d2的话,则Δφ对应的e分量超前于o分量的总角度。石英补偿器的情况刚好相反,也就是说,如果d1>d2,则Δφ对应的o光超前于e光的角度。在接触部分的中心, d1=d2,由于一个楔的效应被另一个楔精确地抵消,所以对所有的波长都有Δφ=0。在任一面上各点的延迟量是逐点变化的。在沿补偿宽度方向的狭窄区域内,只有楔的厚度本身是恒定的,延迟量才是恒定的。如果光从平行于这些区域的窄缝入射,并用一个微动螺丝促使任何一个楔水平地移动,我们就能够得到任何需要的Δφ出射。

　　当巴俾涅补偿器以45°角放在两个正交的起偏器之间时,在补偿器的宽度方向上就会出现一系列等间隔的暗消光条纹。在白光照射下,除了全黑的中心暗带(Δφ=0)之外,这种条纹将是带色的。把未知的波片放在补偿器上面,测出它所产生的条纹移动,就可以求出它的延迟量,它的缺点是必须用极窄的光束。因为一束有一定方位的椭圆偏振光的宽光束通过这种补偿器后,宽光束的不同部分会发生不同的们相位差,因而将出现不同方位的椭圆偏振光,仅在某些地点变成平面偏振光。