[科普中国]-偏振方向

偏振性与偏振方向

对于平面电磁波，电场强度矢量——光矢量的振动方向与传播方向垂直。

光矢量的振动方向总是与光的传播方向垂直的，即光矢量的横向振动状态，相对于传播方向不具有对称性，这种光矢量的振动相对于传播方向的不对称性，称为光的偏振性。

偏振方向，即此时的振动方向与传播方向不一致时的方向。

只有横波才具有偏振现象，振动方向与传播方向垂直，而纵波不存在偏振问题，振动方向与传播方向一致。

偏振方向的测量原理折射光的偏振方向一束平行的单色光，入射到三棱镜的AB面，经折射后由另一面Ac射出，如图1所示。入射光和AB面法线的夹角i称为入射角，出射光和AC面法线的夹角i'称为出射角，入射光和出射光的夹角△称为偏向角。可以证明，当入射角i等于曲射角i’时，入射光和出射光之间的夹角最小，称为最小偏向角。三棱镜的折射率可由下式(1)给出：

式中A为三棱镜顶角，可用分光仪分别测出三棱镜顶角A和最小偏向角δ。

反射光的偏振方向根据布儒斯特定律，反射光偏振的程度决定于入射角i，当i等于某一定值i0，即满足时，反射光成为完全偏振光，即偏振方向与入射面垂直，如图2所示。i0称为布儒斯特角。空气中n1=1。

用分光仪测出三棱镜顶角A和最小偏向角δ，由(1)式算出三棱镜折射率n。由(2)式算出布儒斯特角i0，平行光以i0入射三棱镜，反射光是垂直于入射面的平面偏振光(入射面是由入射光与法线组成的平面)，如图2所示1。

测量方法(1)调分光仪。望远镜垂直于仪器转轴，并聚焦无穷远、调平行光管平行于望远镜，且产生平行光。

(2)调三棱镜。测出两个三棱镜S1、S2顶角A1、A2，最小偏向角δ1，δ2，由(1)式算出n1、n2，由(2)式算出i10、i20。

(3)分光仪平行光管分别以i10、i20入射三棱镜S1、S2，望远镜分别找到三棱镜S1、S2的反射光，把偏振片
P1、P2分套在望远镜物镜上，旋转偏振片，望远镜观察消光，则偏振片P1、P2水平方向是其偏振方向1。

偏振方向对阵列光束远场能量分布的影响现代许多领域中都需要有高功率、高能量、高光束质量的激光源，比如要求激光的输出功率在100kW 以
上,但对于单个激光器，由于激光器自身内部物理因素以及结构因素的限制如存在热效应 、增益饱和、介质损伤
等现象，要想提高单个激光器输出功率是十分困难的。

从原理上讲，激光合成主要有非相干合成和相干合成两种。非相干合成就是通过一系列光束整形和变换，
将多台激光器发射的激光组合在一起输出，这种合成技术只是能量上的一种简单叠加，这种合成技术能使总的
激光输出功率提高，但光束质量下降。而相干合成是使在空间上分离的激光光源(波长相同，偏振相同，相位固
定)相干叠加,能量在空间上重新分配，是一种在保持光束质量的同时，成倍提高激光输出功率的有效手段。而偏振方向的改变会使远场的峰值光强减小，中心光斑能量降低，而且使远场的对比度降低。因此，相干合成时为了得到高的峰值功率，应当使用偏振控制器以确保各个发光单元的偏振方向相同2。

激光偏振方向对分光光强的影响双光路补偿强度调制型光电检测系统中，采用分光镜后透射光强和反射光强会随着激光光源偏振方向和强度的变化而变化，严重破坏了强度补偿机理。

当光源采用普通内腔式激光器时，若激光器输出强度不变，而偏振方向随机变化，则分光后反射光强和透射光强反向涨落；若激光器输出不仅偏振方向随机变化且强度也变化时，则分光后反射光强和透射光强的变化具有不确定性。实际上，普通内腔式激光器的输出偏振方向和强度都是随机变化的，这严重影响了检测系统的强度补偿效果。

解决这个问题的根本办法是充分保证入射线偏振光的偏振方向恒定不变。 我们可采取两种措施来达到这个目的。 一是直接采用带布儒斯特窗的线偏振激光器作光源；二是用普通的 He-Ne 激光器作光源，但在分光镜前的主光路中插入一个偏振片以限定入射光的偏振方向3。