偏振稜鏡是利用晶體的雙折射現象而製成的偏振器件，無論是自然光還是偏振光通過偏振稜鏡後就變成振動方向由稜鏡偏振方向所決定的線偏振光。偏振稜鏡的種類很多，常見的偏振稜鏡有尼科耳(Nicol)稜鏡、格蘭(Glan)稜鏡和沃拉斯頓(Wollaston)稜鏡等。
基本介紹
- 中文名：偏振稜鏡
- 外文名：偏振稜鏡
- 屬性：偏振器件
- 作用：改變光線方向
- 常見類型：尼科耳稜鏡、格蘭稜鏡等
- 所屬學科：光學
尼科耳稜鏡,格蘭稜鏡,沃拉斯頓稜鏡,其他偏振稜鏡,
尼科耳稜鏡
尼科耳稜鏡的製作方法如右圖（a）所示。取一塊長度約為寬度3倍的優質方解石晶體，將兩端面磨去一部分，使平行四邊形AECF中的71°角減小到68°，變為A'EC'F，然後將晶體沿著垂直於A' EC' F 及兩端面的平面A'BC'D 切開，把切開的面磨成光學平面，再用加拿大樹膠膠合起來，並將周圍塗黑，就成了尼科耳稜鏡。
尼科耳稜鏡的光軸方向xx′在平面A'EC'F 內，斷面(即膠合面)垂直於這個平面，A'C'是它們的交線。光軸位於圖面內，和入射端面A'E 所成的角為48°。
加拿大樹膠是一種各向同性的物質，它的折射率n比尋常光的折射率小，但比非常光的折射率大。例如對於 λ=589.3mm的鈉黃光來說，方解石晶體no=1.6584，ne=1.4864；加拿大樹膠n=1.53。因此，o光和e光在膠合層反射的情況是不同的。對於o光來說，它是由光密介質(方解石)到光疏介質(膠層)，在這個條件下有可能發生全反射。發生全反射的臨界角為θc=sin-1(n/no)=sin-1(1.53/1.6584)≈68 °。當自然光沿稜鏡的長邊方向入射時，入射角為22°，o光的折射角約為13°，因此，在膠層的入射角約為77°，比臨界角大，就發生全反射，被稜鏡壁吸收。對於e光，它是由光疏介質到光密介質，因此，不發生全反射，可以透過膠層從稜鏡的另一端射出。顯然，所透射出的偏振光的光矢量與入射面平行。
尼科耳稜鏡的孔徑角約為±14°。如上圖（b）所示，當入射光在 S1側的孔徑角超過 14°時，o光在膠層上的入射角就小於臨界角，不發生全反射；當入射光在S2側的孔徑角超過14°時，由於e光的折射率增大而與o光同時發生全反射，結果沒有光從稜鏡中射出。因此，尼科耳稜鏡不適用於高度會聚或發散的光束。
格蘭稜鏡
尼科耳稜鏡的出射光束與入射光束不在一條直線上，這在儀器中會帶來不便。格蘭稜鏡是為了改進尼科耳稜鏡的這個缺點而設計的。
右圖是格蘭稜鏡的斷面圖，它也用方解石製成，不同之處在於端面與底面垂直，光軸既平行於端面也平行於斜面，亦即與圖面垂直。當光垂直於端面入射時，o 光和 e 光均不發生偏折，它們在斜面的入射角就等於稜鏡斜面與直角面的夾角θ。選擇θ使得對於o光來說，入射角大於臨界角，發生全反射而被稜鏡壁的塗層吸收；對於e光來說，入射角小於臨界角能夠透過，從而射出一束線偏振光。
組成格蘭稜鏡的兩塊直角稜鏡之間可以用加拿大樹膠膠合，這時θ角約為 76.5°，孔徑角約為±13°。用加拿大樹膠膠合有兩個缺點：一是對紫外光吸收很厲害，二是膠合層容易被大功率的雷射束所破壞。在這兩種情況下往往用聚四氟乙烯薄膜作為兩塊稜鏡斜面的墊圈，一方面可以產生空氣層，另一方面也具有使斜面微調平行的作用。這時θ角約為38.5°，孔徑角約為±7.5°。
當一束雷射從稜鏡通過，除了產生偏振外，出射光束與入射光束還會有微量平移。由右圖可以求出出射光束相對入射光束的平移距離。在ΔABO中，
，在ΔACO中，
，所以，平移距離為
沃拉斯頓稜鏡
沃拉斯頓稜鏡能產生兩束互相分開的、光矢量互相垂直的線偏振光。如右圖所示，它是由兩塊直角方解石稜鏡膠合而成。這兩個稜鏡的光軸互相垂直，又都平行於各自的表面。
當一束很細的自然光垂直入射到AB面上時由第一塊稜鏡產生的o光和e光不分開，但以不同的速度前進。由於第二塊稜鏡的光軸相對於第一塊稜鏡轉過了90°，因此在界面AC處，o光和e光發生了轉化。在第一塊稜鏡中的o光，在第二塊稜鏡中卻成了e光。由於方解石的no>ne，這樣o光通過界面時是從光密介質進入光疏介質，因此將遠離界面法線傳播；而e光通過界面時是從光疏介質進入光密介質，因此將靠近界面法線傳播，結果兩束光在第二塊稜鏡中分開。這樣經過CD面再次折射由沃拉斯頓稜鏡射出的是兩束按一定角度分開，光矢量互相垂直的線偏振光。不難證明，當稜鏡頂角θ不很大時，兩支光差不多對稱地分開，它們之間的夾角為
。
其他偏振稜鏡
除了上述的幾種稜鏡外，人們還根據實際的需要，設計出其他偏振稜鏡，如右圖所示。圖(a)被稱為洛匈(Rochon)稜鏡；圖 (b)被稱為塞納蒙特(Se’narmont)稜鏡；圖(c)被稱為福斯特(Foster)稜鏡；圖(d)被稱為格蘭-湯姆遜(Glan-Thomson)稜鏡。
洛匈稜鏡o光和e光的分離角約為10°；塞納蒙特稜鏡o光和e光的分離角略小於洛匈稜鏡；福斯特稜鏡可以使o光和e光從兩個垂直面輸出；格蘭-湯姆遜稜鏡o光和e光雖然不是以90°分開，但分離角也很大，而且o光的損耗比福斯特稜鏡小很多。
