[科普中國(guó)]-透射比

透射比是指或又叫做“透射系數(shù)”。透射光通量與人射光通量之比。其值取決于人射光方向、材料的分子結(jié)構(gòu)與厚度等問(wèn)題1。

簡(jiǎn)介在菲涅耳公式、相位匹配條件和多光束干涉理論的基礎(chǔ)上，將晶體偏光棱鏡的各參量表示為合理的幾何模型，得出了光強(qiáng)透射比隨空間入射角的變化關(guān)系，并設(shè)計(jì)了驗(yàn)證光強(qiáng)透射比的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論推導(dǎo)相一致。結(jié)果表明 :膠合層間的多光束干涉對(duì)棱鏡光強(qiáng)透射比的影響不可忽略，對(duì)于空氣隙型偏光棱鏡，由于空氣隙間多光束干涉的影響，光強(qiáng)透射比隨任意角度變化較大，而用膠合介質(zhì)膠合的棱鏡，其透射比對(duì)空間入射角不是很敏感。

晶體偏光棱鏡光強(qiáng)透射比研究晶體偏光棱鏡以其消光比好 ,抗光損傷閾值高等優(yōu)點(diǎn) ,在光纖通訊、激光調(diào)制、光信息處理、生物組織研究以及其他許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。最普遍采用的格蘭型棱鏡 ,按光軸與切割面的方位關(guān)系主要分為 :

1) 光軸與切割面平行結(jié)構(gòu)類 ；

2) 光軸與入射端面法線和切割面法線所組成的平面平行結(jié)構(gòu)類。

偏光棱鏡的主要制作材料冰洲石晶體 ,在近紅外和可見光范圍內(nèi)對(duì)光幾乎無(wú)吸收 ,然而偏光棱鏡的光強(qiáng)透射比因設(shè)計(jì)形式的不同差別很大 ,尤其是在斜入射時(shí)。作為棱鏡的一個(gè)重要參量的偏光透射比 ,人們大都只考慮平面光波垂直入射棱鏡的情況 ,而對(duì)于平面光波斜入射和會(huì)聚光束入射情況的探討 ,現(xiàn)有的文獻(xiàn)中報(bào)道非常少。

偏光棱鏡的光強(qiáng)透射比理論以入射端面的法線 n1 為界限,稱切割面的法線 n2 與 n1 所組成的平面中含有切割斜面法線的半平面為 K 面;稱系統(tǒng)光軸的方向n0與n1 所組成的平面中,含有入射光線的半平面為入射面 1 入射端面上的折射光波沿 n′方向 1 在偏光棱鏡的視場(chǎng)角范圍內(nèi)入射的光束在任意方位角φ′(入射面繞 n1 軸順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到 K面所轉(zhuǎn)過(guò)的角度) 面內(nèi)入射時(shí),入射端面和出射端面的光能反射比均可以按照正入射時(shí)進(jìn)行計(jì)算。而在切割斜面上因入射角度要明顯增大,能量反射比對(duì)入射角的變化較為敏感,但光波法線在此面上的方位角在 180°左右微小的范圍內(nèi)變化,可按方位角為 180°時(shí)的公式進(jìn)行分析計(jì)算。入射光會(huì)在兩切割面內(nèi)發(fā)生多次的反射和透射,形成多光束干涉，并且由于棱鏡切割面上光能反射比的不同使得光強(qiáng)透射比隨入射角的變化發(fā)生了波動(dòng)。

光強(qiáng)透射比實(shí)驗(yàn)及分析由于在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，所用的激光器輸出的光均為部分偏振光和準(zhǔn)線偏振光，很難獲得自然光入射被測(cè)晶體，并且直接驗(yàn)證光強(qiáng)透射比隨各參量之間的關(guān)系較為困難。為此 ,我們將實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證馬呂斯定律的實(shí)驗(yàn)相結(jié)合 ,以線偏振光入射被測(cè)晶體。建立的光路 ,讓激光依次通過(guò)起偏器、檢偏器、光探測(cè)器和光信息處理系統(tǒng)。起偏器選用高消光比的Glan-Taylor 型棱鏡 ,檢偏鏡是待測(cè)棱鏡 ,檢偏器在步進(jìn)電機(jī)控制下旋轉(zhuǎn) ,步進(jìn)角可調(diào)。系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集處理和步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)均由微機(jī)控制自動(dòng)完成。以 n″待測(cè)棱鏡旋轉(zhuǎn)軸的方向 ,設(shè) n″偏離 n1的角度為α, n′偏離 n″的角度為β, n1 與 n2 的夾角為 S ( S 亦稱待測(cè)棱鏡的結(jié)構(gòu)角的大小)。從以上的理論和實(shí)驗(yàn)曲線看出 ,切割斜面間形成的多光束干涉對(duì)光強(qiáng)透射比的影響不可忽視。激光偏光棱鏡對(duì)空間任意角度入射的光束光強(qiáng)透射比隨各參量的連續(xù)變化均產(chǎn)生周期性的抖動(dòng)，相同條件下，膠合型棱鏡的光強(qiáng)透射比振蕩的振幅較小，空氣隙型偏光棱鏡的振蕩幅度較大。對(duì)于空氣隙型偏光棱鏡，此影響較大。對(duì)于膠合棱鏡，光入射角、方位角、膠合層的厚度也會(huì)一定程度的影響其光強(qiáng)透射比，但這種影響比空氣隙型設(shè)計(jì)的棱鏡要小得多。只要膠合介質(zhì)相同，光強(qiáng)透射比隨方位角、入射角和厚度變化的周期都是相同的。同時(shí)我們也注意到，并非只要調(diào)整光束與入射端面完全垂直就可以得到最大的光強(qiáng)透射，在棱鏡的膠合層厚度處于某些值時(shí)，輸出光強(qiáng)也可能較小，在使用 Glan-Foucault

棱鏡時(shí)尤其需要注意這一點(diǎn)。適當(dāng)?shù)恼{(diào)整棱鏡入射光束的入射角和方位角可以得到大的透射比。但由于空氣隙型偏光棱鏡對(duì)入射角敏感，所以當(dāng)平面光波入射時(shí)，可以適當(dāng)調(diào)節(jié)入射角 ,使透射光達(dá)最大值。對(duì)于光強(qiáng)分布均勻的非平面光波入射時(shí)，透射比對(duì)入射角和方位角的敏感也將使出射光斑的均勻性受到很大影響，尤其是空氣隙型偏光棱鏡，膠合型偏光棱鏡對(duì)出射光斑的影響則相對(duì)小得多，對(duì)出射光斑，光強(qiáng)可以看作是均勻分布的2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

黃頭生 - 副教授 - 華北電力大學(xué)