渥拉斯顿棱镜透射光强扰动分析+文献综述(3)
若入射角θ不变,则出射光强为两棱镜晶体光轴夹角φ的余弦函数。由于步进电机的转动是步进式的,在转动过程中棱镜会有小的振动,从而致使入射角度 θ在θ 0 (正入射时等于结构角 ,实验中为38. 77° )附近作(θ 0 ± Δ θ)的变化。扰动因子为高频振荡函数 ,所以入射角小的扰动将引起扰动因子较大的涨落。考虑扰动后的出射相干偏振光强可以表示为：
又由于θ的改变与φ无关,所以 越大的地方,扰动值越大。因而实验曲线中透射光强越大的位置,扰动越明显,从而导致了出射光强在原随φ角成余弦函数变化的基础上,产生一不规则的小的扰动,且呈现出周期性。
1) 由于光的干涉效应 ,以及晶体 空气界面处光的反射比 ,导致了格兰 泰勒棱镜的透射光强对入射角有较为敏锐的依赖关系。实验中棱镜在转动过程中不可避免地会产生微小振动 ,致使入射角在一定范围内不规则变化 ,最终引起出射光强的扰动。
2）扰动因子 f (θ)的振幅和频率都随值θ的增大而增大,因此较小的θ角可以减弱扰动因子对透射光强扰动的影响。
2.2 格兰付科棱镜
2.2.1 格兰付科棱镜
实验装置依然如图 1 所示.半导体激光器产生的波长为650 nm的单色光进入起偏镜 ,通过它产生的线偏振光正入射进入待测的空气隙间隔格兰型棱镜.空气隙间隔格兰型棱镜放置在由步进电机带动的可以使棱镜绕光线轴连续旋转的支架上 ,从而使得两棱镜的晶体光轴夹角可以连续变化.透射光强由光电探测器测得后输入微机 ,由偏振光强测试系统软件进行处理 ,可在微机上直接显示出透射光强曲线图.偏振光强测试系统发出信号可控制电机转动.激光通过起偏镜后 ,成为强度为 I0 的线偏振光;然后通过待测的格兰型棱镜时 ,透射光强按照马吕斯定律变化 ,
（1）
式中 是待测格兰型棱镜透射光电矢量的振动方向与入射的线偏振光的振动方向之夹角,即为旋转角.透射光强应为一光滑的余弦曲线.实验中发现曲线大体上是按上述规律变化的 ,但存在一定的不规则扰动.这种扰动在两棱镜晶体光轴相平行的位置附近最为明显。图5给出了格兰付科棱镜在旋转一周过程中透射光强的实验曲线图。从图中可以看出格兰付科棱镜的扰动比较大。
图5 格兰付科棱镜透射光强曲线图
2.2.2 理论分析
下面对实验中发现的这种不规则扰动的产生原因进行理论上的分析。
空气隙间隔格兰型棱镜由两块冰洲石直角棱镜组成[1].单色光正入射进入格兰型棱镜的前半部分被分成 e 光和o 光 ,但没有分开 ,当到达晶体2空气界面时 ,o 光被全反射 ,e 光透过. e 光在通过空气隙时将发生多次反射 ,其中经两次反射后的出射光束与直接透射光束相遇形成干涉.考虑到界面处的反射比[10 ],干涉后的透射光强对格兰傅科棱镜为：
式中θ是e 光在晶体2空气界面上的入射角(当光正入射进入棱镜时 ,θ与棱镜的结构角相等) ,α为折射角 ,它通过折射定律与入射角θ相联系;λ为入射光波长; h 为空气隙厚度 ,且是均匀的.将公式等号右端与θ有关的部分用f (θ)表示 ,它的变化曲线如图6所示
图6 扰动因子随入射角的变化曲线
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