光无源器件——偏振分光棱镜的设计

Harbin Institute of Technology

设计报告

课程名称：光纤技术与应用

设计题目：偏振分光棱镜

院系：航天学院

班级： 0921103 姓名：董涛

学号： 1092110319 指导教师：张爱红

设计时间： 2012 年 04 月

哈尔滨工业大学

偏振分光棱镜的设计

设计目的

光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。常见的光无源器件有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关、环形器、隔离器、衰减器等。

目前，光无源器件正朝着高性能、高集成、低损耗的方向发展，由一个双光纤头配合一个自聚焦透镜构成的双光纤准直器来替代两个单光纤准直器，大大缩小了器件的尺寸，在解波分复用器中已得到广泛应用，而且三端口或三端口以上的光无源器件也越来越多地采用这种结构。但是，由于共用一个自聚焦透镜，通过双光纤准直器出射的两条光束并不严格平行，往往需要用棱镜或棱镜组通过特定的耦合角度与其匹配。常用的棱镜组有屋脊棱镜和渥拉斯顿棱镜。另外在许多偏振无关的光无源器件中，往往需要将输入光束中正交的偏振态分光、处理，然后再合光，因此偏振光合束器有着重要作用。

本文设计一种新型偏振分光棱镜组，在实现双光纤准直器角度匹配的同时，实现合光功能。其结构简单，加工、检测方便，可以将这种结构应用于光环行器和偏振光合束器中。

设计原理

既然是一种棱镜光学元件，其工作原理遵守光学的基本规律、几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、计算公式和测试方法对其都适用。

在设计之前，需要计算双光纤准直器的角度匹配。其光路图（图1）：

图1：双光纤准直器光路图

图 1为双光纤准直器的结构，为减小回波损耗，常将自聚焦透镜与光纤头的对接面磨一小的楔角α。本文所用的双光纤准直器两光纤的排列方向沿楔角方向。设光纤头至自聚焦的端面的距离为0d ，自聚焦透镜的聚焦常数为A ，轴线折射率为0n ，长度为L 。

设光从光纤头出射的为高斯光束，束腰处在出射面，束腰半径为0w ，经自聚焦透镜准直输出的传输矩阵

110011sin()cos()101)cos()AL AL A B d n C D n A AL AL ?? ?????= ? ? ????? ?-??

（1）其中L 为光束进入自聚焦透镜的入射点至自聚焦透镜输出端面的轴向距离。计算得到最终出射光束的模场半径1w 和波振面半径1R ，以此确定所用自聚焦透镜的工作距离2Z ，其中Z 为

22111/[1(/)]

Z R R w λα=+ （2）

对于所需的特定工作距离，通过改变0d 值获得。对于双光纤准直器，两根光纤并排位于自聚焦透镜的轴线两侧，0r 为光纤直径，所以有110r r =，210r r =。

由于α角的存在，从光纤出射的中心光线的方向角11j =21j =arcsin(sin )f n α，其中f n 为光纤芯层折射率。由此可以得到两光束经过光纤头和自聚焦透镜中间

间隙后到达自聚焦透镜端面的参数11r ，22r ，12j ，22j 以及入射点到轴线端点的水平位移1x ，2x ，那么可将有楔角的自聚焦透镜等效为两个长度分别为(L 1x -)和(L 2x -)的垂直圆柱体，由于自聚焦透镜的折射率相对离轴位移成二次分布

20()(1/2)n r n Ar =- （3）

由两入射点的位置求出两光束的等效入射角度'12j 和'22j '12121212arcsin{()sin[arcsin(sin /()))]}j n r j n r α=-

（4）

'22222222arcsin{()sin[arcsin(sin /()))]}j n r j n r α=- （5）

'12j 和'22j 分别为两圆柱形自聚焦透镜的假想入射角，再由圆柱形自聚焦透镜的传

输矩阵计算出最终出射光线的方向

121311'131211()]sin[()]/sin[)]cos[()]r r A L x A L x n A j j n A A L x A L x ?--????= ? ? ?--????

?? （6） 222322'232222()]sin[()]/sin[)]()]r r A L x A L x n A j j n A A L x A L x ?--????= ? ? ?--????

?? （7）两光线的夹角2313j j -。

设计图案

棱镜的结构如图2，它与渥拉斯顿棱镜相似，由两块楔形单轴双折射晶体粘结而成，其中晶块I 的光轴与入射面平行且与水平方向成θ角；晶块II 光轴与两晶体的粘结面平行。由于两晶体的光轴相互垂直，则从左端入射的一束普通光线，经过晶体I 分为两束偏振态相互垂直的线偏光，然后由于它们各自的偏振态在两块晶体中的折射率不同，发生如图2所示的折射现象，使最终出射光线夹角正好与所用双光纤准直器匹配，能同时完好地耦合进入两条光纤中。

图2：棱镜结构光束环路部件的设计

如图2所示，任意偏振态的一束光从左至右入射该棱镜，在晶体I 中发生双折射，寻常光（O 光）和非寻常光（e 光）间产生一个离散角而被分离。由于晶体I 和晶体II 的光轴相互垂直，则在晶体I 中的O 光和e 光分为晶体II 中的e 光和O 光。

设晶体I 左端面、两晶体的粘结面和晶体II 右端面与竖直方向的夹角分别为1γ, β和2γ。则由折射定律可以计算出两光束经过两次折射后的出射角。

如图所示，光束1在晶体I 中为e 光，其能量传播方向为11i 。设其波矢量方向有与光轴的夹角为11θ，由如下的方程组可解得11θ

111111()sin()sin n θθγγ+= （8）

1122221111()sin ()cos ()o e

o e n n n θθθθθ=+++

（9）其中o n ，e n 分别为所用双折射晶体的折射率。从而可由下式计算得到11i ：

221111tan()tan()e o n i n θθθ+=+ （10）

再通过晶体II 的折射，由下式可得其最终的出射角13i ：

1112sin()sin()e o n n i βθβ+=+ （11） 21213sin()sin o n i i γ-=

（12）对于光束2，它在晶体I 中为O 光，在晶体II 中为e 光，通过折射定律可以方便地计算得到出射角23i ：

2111sin()sin o n i γγ+=

（13） 2122sin()sin()o e n i n i ββ+=+

（14） 22223sin()sin e n i i γ-=

（15）通过设计图2棱镜的各参数，可以使13i 和23i 分别等于上述双光纤准直器的输出夹角13j 和23j ，实现很好的耦合。但在实际制作中，双光纤准直器的光纤头常常不能严格紧密排列且正好位于自聚焦透镜的对称轴上，这样导致由双光纤准直器出射的两光束夹角与理论计算有一定的偏差，使得实际|2313j j -|≠|2313i i -|，由于角度失配，双光纤准直器与棱镜光路不能很好地耦合。通过微量改变入射至棱镜对的光束入射角，可以微量地调节其输出两偏振光束的夹角

|2313i i -|，以满足与|2313j j -|相等而保持匹配。

应用举例

该偏振分光结构能很好地与双光纤准直器配合使用在许多光无源器件中。下面将它应用到偏振光合束器和光环行器中。

1.在偏振光合束器中的应用

偏振光合束器的功能是将两束偏振态相互平行的偏振光和为一束，它在有多个泵浦源的光放大系统中有着极为重要的应用。由图1可知只需将一保偏双光纤准直器和一个单光纤准直器置于其左右两端（示意图3），便可实现此功能。现有用渥拉斯顿棱镜实现的产品面世，由于渥拉斯顿棱镜需要两入射光线的交点位于棱镜分界面处，而双光纤准直器的出射光束交点距离其端面非常近，通常约为0.25mm 。这就需要渥拉斯顿棱镜加工得非常薄，其加工和装配的难度相当大，而用图2的结构可以使两光束的交点位于棱镜外不远处，充分保证调节余量，同时棱镜尺寸不受过多约束，给加工和装配带来方便。这种方案制作出来的偏振光合束器插入损耗达到低于0.2dB 水平，生产效率高。

示意图3：偏振光合束器 2.在三端口光环行器中的应用

光学环行器是一种非互易性光无源器件，TakaoMatsumoto 和Yohji Fujii 等人在早期对偏振无关型块状结构的光学环行器作了大量的研究。他们设计的三端口或多端口环行器，每个输入输出端口都用了一个单独的准直器。而将双光纤准直器用于光学环行器是一种非常经济的选择，因为它相对于两个单光纤准直器的横向尺寸小了很多，可以大大节省双折射晶体和磁光晶体的开销。图4 是将M.Koga 所设计的光学环行器改用一个双光纤准直器和一个单光纤准直器实现，这种方案的光学环行器原理图。其中的光束环路部件（BCC ）由这种棱镜结构实现，（a ）、（b ）分别为俯视和侧视图，端口1和端口2的出射光束经过偏振分光和旋光晶体组件（由磁光晶体和天然旋光晶体对组成）后变为两束平行且偏振态相同的偏振光，在侧视图中可以清晰的看到通过设计楔形走离型晶体的长度可以确保从端口1出射的光束和入射至端口3的光束保偏双光纤准直器

单光纤准直器

图2棱镜

的交点位于晶体左端晶体外，便于双光纤准直器的调节。整个器件设计得非常紧凑，而且稳定性良好，便于调节。

图4：光环行器

设计总结

通过本次的设计，掌握设计思维和方法很重要。由于我是光学工程专业，自身对于光学玻璃又很感兴趣，所以选题就侧重玻璃元器件。放弃了连接器、耦合器、光开关等与光学玻璃相距较远的器件的设计。因此以光学玻璃、光无源器件为关键词搜索各种文档，阅读并比较。后来选中一篇作为重点研究对象。仔细阅读，受益颇多。文中公式繁杂，但都是物理光学中晶体偏振章节的重点公式，对此应熟练掌握。

光的偏振计算题及答案讲课讲稿

《光的偏振》计算题 1. 将三个偏振片叠放在一起，第二个与第三个的偏振化方向分别与第一个的偏振化方向成45?和90?角． (1) 强度为I 0的自然光垂直入射到这一堆偏振片上，试求经每一偏振片后的光强和偏振状态． (2) 如果将第二个偏振片抽走，情况又如何？解：(1) 自然光通过第一偏振片后，其强度 I 1 = I 0 / 2 1分通过第2偏振片后，I 2＝I 1cos 245?＝I 1/ 4 2分通过第3偏振片后，I 3＝I 2cos 245?＝I 0/ 8 1分通过每一偏振片后的光皆为线偏振光，其光振动方向与刚通过的偏振片的偏振化方向平行． 2分 (2) 若抽去第2片，因为第3片与第1片的偏振化方向相互垂直，所以此时 I 3 =0. 1分 I 1仍不变． 1分 2. 两个偏振片叠在一起，在它们的偏振化方向成α1＝30°时，观测一束单色自然光．又在α2＝45°时，观测另一束单色自然光．若两次所测得的透射光强度相等，求两次入射自然光的强度之比．解：令I 1和I 2分别为两入射光束的光强．透过起偏器后，光的强度分别为I 1 / 2 和I 2 / 2马吕斯定律，透过检偏器的光强分别为 1分 1211 cos 21αI I =', 2222cos 2 1αI I =' 2分按题意，21I I '='，于是 222121cos 2 1cos 21ααI I = 1分得 3/2cos /cos /221221==ααI I 1分 3. 有三个偏振片叠在一起．已知第一个偏振片与第三个偏振片的偏振化方向相互垂直．一束光强为I 0的自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后的光强为I 0 / 16．求第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向之间的夹角．解：设第二个偏振片与第一个偏振片的偏振化方向间的夹角为θ．透过第一个偏振片后的光强 I 1＝I 0 / 2． 1分透过第二个偏振片后的光强为I 2，由马吕斯定律， I 2＝(I 0 /2)cos 2θ 2分透过第三个偏振片的光强为I 3， I 3 ＝I 2 cos 2(90°－θ ) = (I 0 / 2) cos 2θ sin 2θ = (I 0 / 8)sin 22θ 3分由题意知 I 3＝I 2 / 16 所以 sin 22θ = 1 / 2， () 2/2sin 211-=θ＝22.5° 2分 4. 将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片的偏振化方向之间的夹角为o 60，一束光强为I 0 的线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束的光矢量振动方向与二偏振片的偏振化方向皆成30°角． (1) 求透过每个偏振片后的光束强度； (2) 若将原入射光束换为强度相同的自然光，求透过每个偏振片后的光束强度．

偏振片

偏振片polarizing film 也叫偏光片。是将自然光转化成偏振光的光学元件。主要由原光片、保护膜、压敏胶层及其他功能性光学薄膜层压而成的复合光学薄膜材料。主要结构为原光片，其由聚乙烯醇(PVA)膜和上下各一层三醋酸纤维素酯(TAC)膜组成。当光波通过偏振片时，其中正交偏振分量之一被偏振片强烈吸收，而对另一分量则吸收较弱，因此可以用偏振片将自然光转换为线偏振光。偏振片对入射光具有遮蔽和透过的功能，可使纵向光或横向光一种透过，一种遮蔽。它是由偏振膜、内保护膜、压敏胶层及外保护膜层压而成的复合材料。有黑白和彩色二类，按应用又可分成透射、透反射及反透射三类。一般用高分子化合物聚乙烯醇薄膜作为基片，再浸染具有强烈二向色性的碘，经硼酸水溶液还原稳定后，再将其单向拉伸4~5倍制成。拉伸后，碘分子则整齐地被吸附在排列在该薄膜上面，具有起偏或检偏性能分类按基本结构，偏振片一般分为：透射型偏振片。反射型偏振片：在透射型偏振片的基础上，以压敏胶层粘合一层反射膜。半透型偏振片：在透射型偏振片的基础上，以压敏胶层粘合一层半透膜。常见的起偏或检偏的元件构成有两种： 1.光学棱镜。如尼科耳棱镜、格兰棱镜等，它是利用光学双折射的原理制成的； 2.偏振片。它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光. 要求偏振片外观要求膜面尽量平整光洁，无气泡、脏点、顶伤、条纹、划伤、折痕、刮伤、擦伤等用肉眼直视可发现的弊病等缺陷，周边无锯齿。允许的缺陷个数应小于12，翘曲度应小于“+／一”5cm。偏振片可以把入射光、复合光、或单色光变成线偏振光，再经过偏振片使光完全消光。

第二十章光的偏振自测题标准答案

第二十章光的偏振自测题答案一、选择题： ACABB BCCDB DBCBD DDABC 二、填空题： 2I ，I/8,线偏振光，横，光轴，2212cos cos αα，圆，大于，624844.4800'=， 600，3I 0/16,3, 91.7 , 8.6，5um 三、计算题 1、自然光通过两个偏振化方向间成 60°的偏振片，透射光强为 I 1。今在这两个偏振片之间再插入另一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成 30°角，则透射光强为多少？解：设入射的自然光光强为0I ，则透过第1个偏振片后光强变为2I 0， 3分透过第2个偏振片后光强变为1020I 60cos 2 I =， 3分由此得 10 210I 860cos I 2I == 3分上述两偏振片间插入另一偏振片，透过的光强变为 11020202I 25.2I 4 930cos 30cos 2I I === 3分 2、自然光入射到两个互相重叠的偏振片上。如果透射光强为（1）透射光最大强度的三分之一,（2）入射光强度的三分之一，则这两个偏振片的偏振化方向间的夹角是多少？解：（1）设入射的自然光光强为0I ，两偏振片同向时，透过光强最大，为2 I 0。

当透射光强为2 I 31I 01?=时，有 2分 6 I cos 2I I 0201==θ 2分两个偏振片的偏振化方向间的夹角为 44543 1arccos 01'==θ 2分（2）由于透射光强 3 I cos 2I I 02202==θ 4分所以有 61363 2arccos 02'==θ 2分 3、投射到起偏器的自然光强度为0I ，开始时，起偏器和检偏器的透光轴方向平行．然后使检偏器绕入射光的传播方向转过30°，45°，60°，试分别求出在上述三种情况下，透过检偏器后光的强度是0I 的几倍? 解：由马吕斯定律有 0o 2018 330cos 2I I I == 4分 0ο2024 145cos 2I I I == 4分 0ο2038160cos 2I I I == 4分所以透过检偏器后光的强度分别是0I 的83,41,8 1倍． 4、使自然光通过两个偏振化方向夹角为60°的偏振片时，透射光强为1I ，今在这两个偏振片之间再插入一偏振片，它的偏振化方向与前两个偏振片均成30°，问此时透射光I 与1I 之比为多少? 解：由马吕斯定律 ο20160cos 2I I =8 0I = 4分

光的偏振计算题及答案

《光得偏振》计算题 1、将三个偏振片叠放在一起,第二个与第三个得偏振化方向分别与第一个得偏振化方向成４５?与90?角． (1）强度为I０得自然光垂直入射到这一堆偏振片上,试求经每一偏振片后得光强与偏振状态。（2) 如果将第二个偏振片抽走,情况又如何？解：(1）自然光通过第一偏振片后，其强度I1= Ｉ０/ 2 1分通过第2偏振片后，I２=Ｉ1ｃｏｓ２4５?=I1/ 4 ２分通过第3偏振片后，Ｉ3=Ｉ2cｏs2４５?＝Ｉ0／8 １分通过每一偏振片后得光皆为线偏振光,其光振动方向与刚通过得偏振片得偏振化方向平行. 2分（２）若抽去第２片,因为第３片与第1片得偏振化方向相互垂直，所以此时 I3 =0、 1分I1仍不变。1 分2、两个偏振片叠在一起,在它们得偏振化方向成α１=３0°时，观测一束单色自然光.又在α2＝４5°时，观测另一束单色自然光。若两次所测得得透射光强度相等,求两次入射自然光得强度之比．解：令Ｉ1与I2分别为两入射光束得光强。透过起偏器后，光得强度分别为I１/ 2 与I2 / 2马吕斯定律,透过检偏器得光强分别为1分，２分按题意，,于就是1分得1分3、有三个偏振片叠在一起.已知第一个偏振片与第三个偏振片得偏振化方向相互垂直.一束光强为I0得自然光垂直入射在偏振片上，已知通过三个偏振片后得光强为Ｉ0/ １6。求第二个偏振片与第一个偏振片得偏振化方向之间得夹角。解:设第二个偏振片与第一个偏振片得偏振化方向间得夹角为θ。透过第一个偏振片后得光强I1＝I０/ 2. 1 分透过第二个偏振片后得光强为I２,由马吕斯定律， I2=(I0 /2)coｓ2θ ２分透过第三个偏振片得光强为Ｉ3， I3=I2 cos2(90°-θ ）=（I０/２）coｓ２θｓｉn2θ = (Ｉ０/ ８） sin22θ 3分由题意知I3=Ｉ2／１6 所以sin22θ＝1 / ２, ＝22、5°２分4、将两个偏振片叠放在一起，此两偏振片得偏振化方向之间得夹角为，一束光强为Ｉ０得线偏振光垂直入射到偏振片上，该光束得光矢量振动方向与二偏振片得偏振化方向皆成

光无源器件——偏振分光棱镜的设计

Harbin Institute of Technology 设计报告课程名称：光纤技术与应用设计题目：偏振分光棱镜院系：航天学院班级： 0921103 姓名：董涛学号： 1092110319 指导教师：张爱红设计时间： 2012 年 04 月哈尔滨工业大学

偏振分光棱镜的设计设计目的光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。常见的光无源器件有连接器、耦合器、波分复用器、调制器、光开关、环形器、隔离器、衰减器等。目前，光无源器件正朝着高性能、高集成、低损耗的方向发展，由一个双光纤头配合一个自聚焦透镜构成的双光纤准直器来替代两个单光纤准直器，大大缩小了器件的尺寸，在解波分复用器中已得到广泛应用，而且三端口或三端口以上的光无源器件也越来越多地采用这种结构。但是，由于共用一个自聚焦透镜，通过双光纤准直器出射的两条光束并不严格平行，往往需要用棱镜或棱镜组通过特定的耦合角度与其匹配。常用的棱镜组有屋脊棱镜和渥拉斯顿棱镜。另外在许多偏振无关的光无源器件中，往往需要将输入光束中正交的偏振态分光、处理，然后再合光，因此偏振光合束器有着重要作用。本文设计一种新型偏振分光棱镜组，在实现双光纤准直器角度匹配的同时，实现合光功能。其结构简单，加工、检测方便，可以将这种结构应用于光环行器和偏振光合束器中。设计原理既然是一种棱镜光学元件，其工作原理遵守光学的基本规律、几何光学理论和物理光学理论，各项技术指标、计算公式和测试方法对其都适用。在设计之前，需要计算双光纤准直器的角度匹配。其光路图（图1）：

光的偏振习题及答案

第五章光的偏振 1. 试确定下面两列光波 E 1=A 0[e x cos （wt-kz ）+e y cos （wt-kz-π/2）] E 2=A 0[e x sin （wt-kz ）+e y sin （wt-kz-π/2）]的偏振态。解：E 1 =A 0[e x cos(wt-kz)+e y cos(wt-kz-π/2)] =A 0[e x cos(wt-kz)+e y sin(wt-kz)] 为左旋圆偏振光 E 2 =A 0[e x sin(wt-kz)+e y sin(wt-kz-π/2)] =A 0[e x sin(wt-kz)+e y cos(wt-kz)] 为右旋圆偏振光 2. 为了比较两个被自然光照射的表面的亮度，对其中一个表面直接进行观察，另一个表面通过两块偏振片来观察。两偏振片透振方向的夹角为60°。若观察到两表面的亮度相同，则两表面的亮度比是多少？已知光通过每一块偏振片后损失入射光能量的10%。解∶∵亮度比 = 光强比设直接观察的光的光强为I 0, 入射到偏振片上的光强为I ，则通过偏振片系统的光强为I'： I'=(1/2)I (1-10%)cos 2600?(1-10%) 因此： ∴ I 0/ I = 0.5×(1-10%)cos 2600?(1-10%) = 10.125%. 3. 两个尼科耳N 1和N 2的夹角为60°，在他们之间放置另一个尼科耳N 3，让平行的自然光通过这个系统。假设各尼科耳对非常光均无吸收，试问N 3和N 1 的偏振方向的夹角为何值时，通过系统的光强最大？设入射光强为I 0，求此时所能通过的最大光强。解：设：P 3与P 1夹角为α，P 2与P 1的夹角为 θ = 600 I 1 = 21 I 0 I 3 = I 1cos 2α = 02I cos 2α I 2 = I 3cos 2(θ-α) = 0 2I cos 2αcos 2(θ-α) 要求通过系统光强最大，即求I 2的极大值 I 2 = I 2cos 2αcos 2(θ-α) = 0 2I cos 2α[1-sin 2(θ-α)] = 08 I [cosθ+ cos （2α-θ）] 2 由 cos （2α-θ）= 1推出2α-θ = 0即α = θ/2 = 30° ∴I 2max = 21 I 0 cos 2αcos 2(θ-α) = 21 I 0 cos 230° cos 230° = 9 32 I 0 4. 在两个理想的偏振片之间有一个偏振片以匀角速度ω绕光的传播方向旋转（见题 5.4图），若入射的自然光强为I 0，试证明透射光强为 N 1 题5.3图

光无源器件浅析

摘要：主要介绍了应用于光纤通信中的各种光无源器件的种类、作用、原理和技术指标，并对部分主要的光无源器件有较深入的分析和工艺考虑，如光纤光缆活动连接器、光衰减器、光开关、波分复用器等，较为详细地介绍了这些光无源器件的特点及用途。关键字：光纤通信光无源器件种类作用原理技术指标光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。相对于光电器件，如半导体激光器、发光二极管、光电二极管以及光纤放大器等光“有源器件”而言，这一类本身不发光、不放大、不产生光电转换的光学器件，常被称之为光“无源器件”。一、光无源器件原理、作用及指标它是一种光学元器件，其工艺原理遵守光学的基本规律及光线理论和电磁波理论、各项技术指标、多种计算公式和各种测试方法，与纤维光学、集成光学息息相关；因此它与电无源器件有本质的区别。光无源器件的种类繁多，功能及形式各异，但在光纤通信网络里是一种使用性很强的不可缺少的器件。主要的无源器件有光纤连接器、光缆连接器、光纤耦合器、光开关、光复用器(合波器和分波器)、光分路器、光隔离器、光衰耗器、光滤波器，等等。

它的作用概括起来主要是：连接光波导或光路；控制光的传播方向；控制光功率的分配；控制光波导之间、器件之间和光波导与器件之间的光耦合；以及合波和分波等作用。评价光无源器件的主要技术指标包括：插入损耗、反射损耗、工作带宽、带内起伏、功率分配误差、波长隔离度、信道隔离度、信道宽度、消光比、开关速度、调制速度等等。不同的器件要求有不同性质的技术指标。但是，绝大多数的光无源器件都要求插入损耗低、反射损耗高、工作带宽宽等。二、光无源器件种类 (一)光纤光缆活动连接器 1.含义即原理应用光纤光缆活动连接器是连接两根光纤光缆形成连续光通路且可以重复装拆的无源器件；它还具有将光纤光缆与有源器件，光纤光缆与其他无源器件，光纤光缆与系统和仪表进行活动连接的功能。活动连接器伴随着光通信的发展而发展，现在已形成门类齐全、品种繁多的系统产品，是光纤应用领域中不可缺少的、应用最广泛的基础元件之一。 2.光纤光缆活动连接器类型按其功能可以分成如下几部分：连接器插头、光纤跳线、转换器、变换器等。这些部件可以单独作为器件使用，也可以合在一起成为组件使用。实际上，一个活动连接器习惯上是指两个连接器插头加一个转换器。连接器插头：使光纤在转换器或变换器中完成插拔功能的部件称为插头，连接器插头由插针体和若干外部机械结构零件组成。两个插头在插入转换器或变换器后可以实现光纤（缆）之间的对接；插头的机械结构用于对光纤进行有效的保护。插针是一个带有微孔的精密圆柱体。光纤跳线：将一根光纤的两头都装上插头，称为跳线。连接器插头是跳线的特殊情况，即只在光纤的一头装有插头。在工程及仪表应用中，大量使用着各种型号、规格的跳线，跳线中光纤两头的插头可以是同一型号，也可以是不同的型号。跳线可以是单芯的，也可以是多芯的。跳线的价格主要由接头的质量决定。因而价格也相差较大。在选用跳线时，本着质优价廉去选是不错，但一定不要买质次价低的产品。转换器：把光纤接头连接在一起，从而使光纤接通的器件称为转换器，转换器俗称法兰盘。在CATV系统中用得最多的是FC型连接器；SC型连接器因使用方便、价格低廉，可以密集安装等优点，应用前景也不错，除此地外，ST型连接器也有一定数量的应用。变换器：将某一种型号的插头变换成另一型号插头的器件叫做变换器，该器件由两部分组成，其中一半为某一型号的转换器，另一半为其它型号的插头。使用时将某一型号

偏振分光棱镜

偏振分光棱镜 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

偏振分光棱镜偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成90度角。此偏振分光棱镜由一对高精度直角棱镜胶合而成，其中一个棱镜的斜边上镀有偏振分光介质膜偏振分光棱镜（PBS）是一种将一束入射光分成传播方向互相垂直的两束光的光学元件。但与一般的光学分束元件不同，由它分出的两束光之间有特殊的关系，即：它们都是线偏振光，且偏振方向互相垂直。如下图所示。偏振分光棱镜提问： Q1：一束自然光入射到PBS上，请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么Q2：如果一束正交线偏振（P，S）光入射，请问透射光和反射光的状态这里面涉及了几个物理光学概念，容易使人混淆（至少我是混淆了好几年），今天好好梳理一下：（1）偏振，（2）双折射，（3）晶体（1）偏振 polarization 偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】，是指这光的电矢量（E）的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为：线偏振，椭圆偏振（特殊情况下是圆偏振）。例如，对于线偏振光，它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】，如自然光，它们的电矢量的振动是杂乱无章的，既不朝着某些相同的方向，振动时又不具有固定的时间对应关系（没有固定相位），因此，它们的振动是随机的，没有固定规律的。在【偏振光】的概念里，为了描述振动方向的

偏振分光棱镜

Q1：一束自然光入射到PBS上，请问透射光和反射光的偏振方向分别是什么？ Q2：如果一束正交线偏振（P，S）光入射，请问透射光和反射光的状态？这里面涉及了几个物理光学概念，容易使人混淆（至少我是混淆了好几年），今天好好梳理一下：（1）偏振，（2）双折射，（3）晶体（1）偏振polarization 偏振是光的一种固有属性，偏振态是光的一个独立参数。如果要完整的描述一个/束光的性质，除了频率/波长，振幅/强度，传播方向之外，还需要对它的偏振态进行描述。所谓【偏振光】，是指这光的电矢量（E）的振动方向具有一定的规律。偏振状态可分为：线偏振，椭圆偏振（特殊情况下是圆偏振）。例如，对于线偏振光，它的电矢量只沿着一个方向做往复振动。而【非偏振光】，如自然光，它们的电矢量的振动是杂乱无章的，既不朝着某些相同的方向，振动时又不具有固定的时间对应关系（没有固定相位），因此，它们的振动是随机的，没有固定规律的。在【偏振光】的概念里，为了描述振动方向的相互关系，对于最基本的线偏振光（通过它可以组合成椭偏光，当然反之也可以），我们通常用p光和s光来区分。其中，p光表示振动方向与入射面平行的线偏振光，s光表示振动方向与入射面垂直的线偏振

(整理)光无源器件测试

光无源器件摘要目录- 1. 2.1概念 3.2品种 4.3测试图 5. 6.4原理及应用概念光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。品种 ▲ FC、SC、ST、LC等多种类型适配器 ▲ 有PC、UPC、APC三种形式 ▲ FC、SC、ST、LC等各种型号和规格的尾纤（包括带状和束状），芯数从单芯到12芯不等。测试图光无源器件测试是光无源器件生产工艺的重要组成部分，无论是测试设备的选型还是测试平台的搭建其实都反映了器件厂商的测试理念，或者说是器件厂商对精密仪器以及精密测试的认识。不同测试设备、不同测试系统搭建方法都会对测试的精度、可靠性和可操作性产生影响。本文简要介绍光无源器件的测试，并讨论不同测试系统对精确性、可靠性和重复性的影响。在图一所示的测试系统中，测试光首先通过偏振控制器，然后经过回波损耗仪，回波损耗仪的输出端相当于测试的光输出口。这里需要强调一点，由于偏振控制器有1～2dB插入损耗，回波损耗仪约有5dB插入损耗，所以此时输出光与直接光源输出光相比要小6～7dB。可以用两根单端跳

线分别接在回损仪和功率计上，采用熔接方式做测试参考，同样可采用熔接方法将被测器件接入光路以测试器件的插损、偏振相关损耗(PDL)和回波损耗(ORL)。该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2次熔纤(回损采用比较法测试*)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点：由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。在图2测试系统中，由于测试光先通过回损仪再通过偏振控制器，所以光源输出端与偏振控制器输入端之间的光偏振状态不会发生大的变化，也就是说系统可测得较准确的DUT PDL值。然而问题还没有解决，PDL是可以了，但回波损耗测试却受到影响。我们知道，测试DUT回波损耗需要先测出测试系统本身的回光功率，然后测出系统与DUT共同的回光功率，相减得出DUT回光功率。从数学上容易理解，系统回光功率相对越小，DUT回损值的精确度、可靠性以及动态范围就会越好，反之则越差。在第二种系统中，系统回光功率包含了偏振控制器回光功率，所以比较大，进而限制了DUT回损测试的可靠性和动态范围。但一般而言，只要不是测试-60dB以外的回损值，这种配置的问题还不大，因此它在回损要求不高的场合是一种还算过得去的测试方法。除了上述两种测试方案以外，还有一种基于Mueller矩阵法的测试系统(图3)。这种测试系统采用基于掺铒光纤环的可调谐激光器(EDF TLS)而并非普通外腔式激光器，这点很重要，后文还有论述，此外它还加上Mueller 矩阵分析法专用的偏振控制器、回损仪和光功率计。由于采用Mueller 矩阵法测试PDL时要求测试光有稳定的偏振状态，所以可调谐光源与偏振控制器之间以及偏振控制器与回损仪之间要用硬跳线连接，这样可以排除光纤摆动对测试的影响。用Mueller矩阵法测试PDL需要做参考，所以在一定程度上可以排除测试链路对PDL测试的影响，因此这个系统可以得到较高的PDL测试精度以及回损与插损精度，测试的可靠性和可操作性都很好。在该系统中每个测试单元不是独立地工作，它们必须整合为一体，可调谐光源不停扫描，功率计不停采集数据，测试主机分析采集所得数据，最后得出IL、PDL和ORL随波长变化的曲线。这种方法目前主要用在像DWDM器件等多通道器件测试上，是目前非常先进的测试方法。上述三种测试方法中，笔者认为除了最后一种方法是测试DWDM多通道器件实现快速测试的最佳方案以外，其它两种方法都不足取，原因是它们都一味强调方便，而忽略了精密测试的精确、可靠性及重复性的要求。这也是为什么很多器件厂家测试同样的产品，今天测和明天测结果会大相径庭的原因。解决办法参见图4的耦合器测试装配方式。利用图4的配置可以一次得出器件的回损和方向性参数，以及器件PDL和平均IL。由于测试激光光源为偏振光源，这样对于器件插损测试就

第12章光的偏振--习题答案

第十四章光的偏振和晶体光学 1. 一束自然光以30度角入射到玻璃-空气界面，玻璃的折射率 1.54n =，试计算（1）反射光的偏振度；（2）玻璃-空气界面的布儒斯特角；（3）以布儒斯特角入射时透射光的偏振度。解：光由玻璃到空气，354.50sin 1sin ,30,1,54.11212121=??? ? ??-====θθθn n n n o ①()()()() 06305.0tan 1tan ,3528.0sin 1sin 212212-=+-==+-- =θθθθθθθθp s r r 002 22 2 min max min max 8.93=+-=+-=p s p s r r r r I I I I P ②o B n n 3354.11tan tan 1121 =?? ? ??==--θ ③()() 4067.0sin 1sin ,0,57902120 21=+-- ===-==θθθθθθθθs p B B r r 时， 02 98364 .018364.011 ,8364.01=+-===-=P T r T p s s 注：若2 21 122,,cos cos p p s s t T t T n n ηηθθη=== )(cos ,212 2 22 2 0min 0max θθ-=+-= ==p s s p s p s p T T t t t t P I T I I T I 或故 2. 自然光以布儒斯特角入射到由10片玻璃片叠成的玻片堆上，试计算透射光的偏振度。解：每片玻璃两次反射，故10片玻璃透射率( ) 20 22010.83640.028s s T r =-== 而1p T =，令m m I I in ax τ=，则m m m m I I 110.02689 0.94761I I 10.02689ax in ax in p ττ---= ===+++

光无源器件

光无源器件光无源器件是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等。目录

光无源器件的测试方法光无源器件测试是光无源器件生产工艺的重要组成部分，无论是测试设备的选型还是测试平台的搭建其实都反映了器件厂商的测试理念，或者说是器件厂商对精密仪器以及精密测试的认识。不同测试设备、不同测试系统搭建方法都会对测试的精度、可靠性和可操作性产生影响。本文简要介绍光无源器件的测试，并讨论不同测试系统对精确性、可靠性和重复性的影响。在图一所示的测试系统中，测试光首先通过偏振控制器，然后经过回波损耗仪，回波损耗仪的输出端相当于测试的光输出口。这里需要强调一点，由于偏振控制器有1～2dB插入损耗，回波损耗仪约有5dB插入损耗，所以此时输出光与直接光源输出光相比要小6～7dB。可以用两根单端跳线分别接在回损仪和功率计上，采用熔接方式做测试参考，同样可采用熔接方法将被测器件接入光路以测试器件的插损、偏振相关损耗(PDL)和回波损耗(ORL)。该方法是很多器件生产厂商常用的，优点是非常方便，如果功率计端采用裸光纤适配器，则只需5次切纤、2次熔纤(回损采用比较法测试*)便可完成插损、回损及偏振相关损耗的测试。但是这种测试方法却有严重的缺点：由于偏振控制器采用随机扫描Poincare球面方法测试偏振相关损耗，无需做测试参考，所以系统测得的PDL实际上是偏振控制器输出端到光功率计输入端之间链路上的综合PDL值。由于回损仪中的耦合器等无源器件以及回损仪APC的光口自身都有不小的PDL，仅APC光口PDL值就有约0.007dB，且PDL相加并不成立，所以PDL测试值系统误差较大，测试的重复性和可靠性都不理想，所以这种方法不是值得推荐的方法。改进测试方法见图2所示。在图2测试系统中，由于测试光先通过回损仪再通过偏振控制器，所以光源输出端与偏振控制器输入端之间的光偏振状态不会发生大的变化，也就是说系统可测得较准确的DUT PDL值。然而问题还没有解决，PDL是可以了，但回波损耗测试却受到影响。我们知道，测试DUT回波损耗需要先测出测试系统本身的回光功率，然后测出系统与DUT共同的回光功率，相减得出DUT回光功率。从数学上容易理解，系统回光功率相对越小，DUT回损值的精确度、可靠性以及动态范围就会越好，反之则越差。在第二种系统中，系统回光功率包含了偏振控制器回光功率，所以比较大，进而限制了DUT回损测试的可靠性和动态范围。但一般而言，只要不是测试-60dB以外的回损值，这种配置的问题还不大，因此它在回损要求不高的场合是一种还算过得去的测试方法。除了上述两种测试方案以外，还有一种基于Mueller矩阵法的测试系统(图3)。这种测试系统采用基于掺铒光纤环的可调谐激光器(EDF TLS)而并非普通外腔式激光器，这点很重要，后文还有论述，此外它还加上Mueller矩阵分析法专用的偏振控制器、回损仪和光功率计。由于采用Mueller矩阵法测试PDL时要求测试光有稳定的偏振状态，所以可调谐光源与偏振控制器之间以及偏振控制器与回损仪之间要用硬跳线连接，这样可以排除光纤摆动对测试的影响。用Mueller 矩阵法测试PDL需要做参考，所以在一定程度上可以排除测试链路对PDL测试的影响，因此这个系统可以得到较高的PDL测试精度以及回损与插损精度，测试的

光无源器件常见类型

光无源器件就是不含光能源的光功能的器件，是光纤通信设备的重要组成部分，也是其它光纤应用领域不可缺少的元器件。因其具有高回波损耗、低插入损耗、高可靠性、稳定性、机械耐磨性和抗腐蚀性、易于操作等特点，广泛应用于长距离通信、区域网络及光纤到户、视频传输、光纤感测等等领域。光无源器件在光路中都要消耗能量，插入损耗是其主要性能指标。光无源器件包括光纤连接器、光开关、光衰减器、光纤耦合器、波分复用器、光调制器、光滤波器、光隔离器、光环行器等。它们在光路中分别可实现连接、能量衰减、反向隔离、分路或合路、信号调制、滤波等功能。光无源器件有很多种，本文将讲述常用的几种—光纤衰减器、光纤环形器、光纤准直器、光纤隔离器、光纤传感器、光纤合束器和光纤起偏器。光纤衰减器光纤衰减器是一种非常重要的纤维光学无源器件，是光纤CATV 中的一个不可缺少的器件。从市场需求的角度看，一方面光衰减器正向着小型化、系列化、低价格方向发展。另一方面由于普通型光衰减器已相当成熟，光衰减器正向着高性能方向发展，如智能化光衰减器，高回损光衰减器等。到目前为止市场上已经形成了固定式、步进可调式、连续可调式及智能型光衰减器四种系列。任何光纤系统传输数据的能力取决于接收器的光功率，如下图所示，其显示了接收光功率作用下的数据链路误码率。（误码率是信噪比的倒数，例如误码率越高表示信噪比的信号越低。）无论功率过高或者过低都会导致较高的误码率。光无源器件常见类型

功率过高，接收放大器饱和，功率过低，可能会干扰信号产生噪音等问题。光纤衰减器主要用于调整光功率到所需标准。光纤环形器光纤环形器为非互易设备，只能沿单方向环行，反方向是隔离的。光纤环形器除了有多个端口外,其工作原理与光纤隔离器类似,也是一种单项传输器件,主要用于单纤双向传输系统和光分插复用器中。

19光的偏振习题解答

第十九章光的偏振一选择题 1. 把两块偏振片一起紧密地放置在一盏灯前，使得后面没有光通过。当把一块偏振片旋转180?时会发生何种现象：（） A. 光强先增加，然后减小到零 B. 光强始终为零 C. 光强先增加后减小，然后又再增加 D. 光强增加，然后减小到不为零的极小值解：)2 π(cos 20+=αI I ,α从0增大到2π的过程中I 变大；从2π增大到π的过程中I 减小到零。故本题答案为A 。 2. 强度为I 0的自然光通过两个偏振化方向互相垂直的偏振片后，出射光强度为零。若在这两个偏振片之间再放入另一个偏振片，且其偏振化方向与第一偏振片的偏振化方向夹角为30?，则出射光强度为：（） A. 0 B. 3I 0 / 8 C. 3I 0 / 16 D. 3I 0 / 32 解：0000202032 341432)3090(cos 30cos 2I I I I =??=-= 。故本题答案为D 。 3. 振幅为A 的线偏振光，垂直入射到一理想偏振片上。若偏振片的偏振化方向与入射偏振光的振动方向夹角为60?，则透过偏振片的振幅为：（） A. A / 2 B. 2 / 3A C. A / 4 D. 3A / 4 解：0222'60cos A A =，2/'A A =。故本题答案为A 。 4. 自然光以60?的入射角照射到某透明介质表面时，反射光为线偏振光。则（） A 折射光为线偏振光，折射角为30? B 折射光为部分偏振光，折射角为30? C 折射光为线偏振光，折射角不能确定 D 折射光为部分偏振光，折射角不能确定解：本题答案为B 。 5. 如题图所示，一束光垂直投射于一双折射晶体上，晶体的光轴如图所示。下列哪种叙述是正确的？（） A o 光和e 光将不分开 e o 选择题5图

光无源器件技术综述

光无源器件技术综述万助军中科院上海微系统与信息技术研究所博士生上海上诠光纤通信设备有限公司技术顾问光无源器件是光纤通信中不可或缺的部分，本文综合介绍各种光无源器件技术原理、特摘要：光纤准直器设计等°减反射角、点以及部分工艺考虑，内容包括高斯光束能量耦合、光纤头的8单元技术和光纤连接器、晶体光学器件、波分复用器、光开关等器件技术，希望对从事光无源器件设计和制造的工程师有参考作用。FBT 关键词：光无源器件，准直器，隔离器、环形器、光开关、言绪一.适应信息社会对通信容量的要求，光纤通信已经取代电子通信。低损耗光纤、半导体激使光纤通DWDM+EDFA光器和掺铒光纤放大器是使光纤通信成为可能的三个关键因素，而信容量得到空前扩展。在光纤通信系统中，各种光无源器件扮演着不可或缺的角色，本文将[1]综合介绍各种光无源器件技术原理及特点。下文的组织结构是，第二部分介绍光无源器件中用到的基础知识和单元技术；第三部分对光纤连接器的一些特性进行分析；第四部分介绍各种晶体光学器件的结构、原理和发展情况；第五部分介绍波分复用器的原理和结构；第六部分介绍各种光开关的原理、结构和特点；第七部分介绍各种光衰减器的原理、结构和特点；第八部分介绍光纤熔融拉锥器件的基本原理和各种具体器件的实现方式；第九部分为全文总结。需要说明的是，限于本文作者的知识水平和研究经历，对某些技术有较深入的分析，如型波分复用器和光纤熔融拉光纤头、光纤准直器、光纤连接器、光隔离器、光环形器、Filter、光开关和可调光衰减器等，这锥器件等，对某些技术则大致介绍结构和原理，如Interleaver些都是为了聊补本文的完整性，以顶住光无源器件技术综述这顶帽子。考虑本文的读者对象是从事光无源器件设计和制造的工程师，作者尽量少用复杂的公式，但在某些场合，公式有50个公式。助于理解问题和说明一些重要结论，因此本文中仍出现多达基础知识和单元技术二. 高斯光束的能量耦合1.在尾纤为单模光纤的光无源器件中，光束可用高斯近似处理，器件的耦合损耗可用高斯光束之间的耦合效率进行分析。两束高斯光束之间的能量耦合效率，取决于二者的光场叠加[2-4]。比率，可用（1）式计算 2*??dxdyE?E21?T（1） 22????dxdyE?dxdyE21 两束高斯光束之间的耦合，可能存在三种失配模式：径向失配X、轴向失配Z 和角向失配θ，如图1所示。耦合失配造成光场重叠误差，从而影响耦合效率，根据（1）式计算得到1 耦合损耗与各种失配量之间的关系如图2所示，其中取光束束腰半径分别为200um和5um作对比，分别对应一般准直器和光纤的模场半径。束腰半径为200um的高斯光束，对角向失配比较敏感，对径向失配次之，对轴向失配则有较大容差；束腰半径为5um的高斯光束，对轴向失配比较敏感，对径向失配次之，对角向失配则有较大容差。

大物实验光的偏振实验报告

实验名称光的偏振姓名学号专业班实验班组号教师成绩批阅教师签名批阅日期一、实验目的： 1.熟悉偏振片和波片的工作原理； 2.搭建合适的实验光路； 3.光的不同偏振态的转换与检测； 4.学习线偏振光的偏振片起偏和检测方法，验证马吕斯定律； 5.观测半波片对线偏振光振动面的旋转作用； 6.利用1/4波片产生圆偏振光和椭圆偏振光二、实验原理： 1. 产生偏振光的元件：一个方法是利用光在界面反射和透射时光的偏振现象。反射光中的垂直于入射面的光振动（称s分量）多于平行于入射面的光振动（称p 分量）；而透射光则正好相反。在改变入射角的时候，出现了一个特殊的现象，即入射角为一特定值时，反射光成为完全线偏振光（s分量）。折射光为部分偏振光，而且此时的反射光线和折射光线垂直，这种现象称之为布儒斯特定律。如下图所示：

第二种是光学棱镜，如格兰棱镜格兰棱镜由两块方解石直角棱镜构成，两棱镜间有空气间隙，方解石的光轴平行于棱镜的棱。自然光垂直于界面射入棱镜后分为o光和e光，o光在空气隙上全反射，只有e光透过棱镜射出。如图：第三种是偏振片，它是利用聚乙烯醇塑胶膜制成，它具有梳状长链形结构分子，这些分子平行排列在同一方向上，此时胶膜只允许垂直于排列方向的光振动通过，因而产生线偏振光。 2. 波晶片又称位相延迟片，是改变光的偏振态的元件。它是从单轴晶体中切割下来的平行平面板，由于波晶片内的速度vo,ve不同（所以折射率也就不同），所以造成o光和e光通过波晶片的光程也不同。当两光束通过波晶片后o光的位相相对于e光延迟量为：

3. 马吕斯定律 4. 光的五种偏振态自然光是各方向振幅相同的光，对自然光而言，它的振动方向在垂直于光的传播方向的平面内可取所有可能的方向，没有一个方向占有优势.若把所有方向的光振动都分解到相互垂直的两个方向上，则在这两个方向上的振动能量和振幅都相等.线偏振光是在垂直于传播方向的平面内，光矢量只沿一个固定方向振动.部分偏振光可以看作自然光和线偏振光混合而成，即它有某个方向的振幅占优势。圆偏振光和椭圆偏振光是光矢量末端在垂直于传播方向的平面上的轨迹呈圆或椭圆。

光的偏振习题(附答案) (1)讲课讲稿

光的偏振习题(附答案) (1)

光的偏振（附答案）一．填空题 1. 一束光垂直入射在偏振片P 上,以入射光为轴旋转偏振片,观察通过偏振片P 2. 的光强的变化过程. 若入射光是自然光或圆偏振光, 则将看到光强不变；若入射光是线偏振光, 则将看到明暗交替变化, 有时出现全暗；若入射光是部分偏振光或椭圆偏振光, 则将看到明暗交替变化, 但不出现全暗. 3. 圆偏振光通过四分之一波片后, 出射的光一般是线偏振光. 4. 要使一束线偏振光通过偏振片之后振动方向转过90度角,则至少需要让这束光通过2块理想偏振片,在此情况下,透射光强最大是原来的1/4 倍. 5. 两个偏振片叠放在一起,强度为I 0的自然光垂直入射其上,若通过两个偏振片后的光强为I/8,则此两偏振片的偏振化方向间的夹角为（取锐角）是60度,若在两片之间再插入一片偏振片, 其偏振化方向间的夹角（取锐角）相等,则通过三个偏振片后的投射光强度为9/32 I 0. 6. 某种透明媒质对于空气的临界角（指全反射）等于450, 则光从空气射向此媒质的布儒斯特角是54.70, 就偏振状态来说反射光为完全偏振光, 反射光矢量的振动方向垂直入射面, 透射光为部分偏振光. 7. 一束自然光从空气透射到玻璃表面上（空气折射率为1）, 当折射角为300 时, 反射光是完全偏振光, 则此玻璃的折射率等于1.732. 8. 一束钠自然黄光(λ=589.3×10-9m)自空气(设n=1)垂直入射方解石晶片的表面, 晶体厚度为0.05 mm, 对钠黄光方解石的主折射率n 0=1.6584、n e =1.4864, 则o 、e 两光透过晶片后的光程差为 8.6 μm , o 、e 两光透过晶片后的相位差为91.7 rad. 9. 在杨氏双缝干涉实验中, 若用单色自然光照射狭缝S, 在屏幕上能看到干涉条纹. 若在双缝S 1和 S 2后分别加一个同质同厚度的偏振片P 1、P 2, 则当P 1与P 2的偏振化方向互相平行或接近平行时, 在屏幕上仍能看到清晰的干涉条纹. 10. 二．计算题 11. 有一束自然光和线偏振光组成的混合光, 当它通过偏振片时改变偏振片的取向, 发现透射光强可以变化7倍. 试求入射光中两种光的光强度各占总入射光强的比例. 解：设入射光的光强为0I , 其中线偏振光的光强为01I ,自然光的光强为02I .在该光束透过偏振片后, 其光强由马吕斯定律可知:

光的偏振计算题及标准答案

光的偏振计算题及答案

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