光子学设计基础：偏振棱镜的应用

刚才阐述的思想，也可以应用在能产生比偏振片的偏振度更高的线性偏振光装置中。偏振片具有本征损耗，而该装置没有本征损耗（而对“允许”的方向，还是有大的损耗）。为了说明这种概念的应用，可以参考刚才讨论过的两种装置，另外还有其他几种装置（在大部分标准的光学教科书中都有论述）。

第一种是尼科尔（Nicol）棱镜，如图3.11所示。两个方解石晶体光楔切割成图3.11所示形状，其光轴位于相同方向（在纸面内），并用“加拿大树脂胶”将其胶合在一起。树脂胶材料在可见光范围内的折射率位于n_e和n_o之间。当未经过偏振的光平行于棱镜光轴入射（见图3.11）并与前端面成某一角度时，正如通常看到的，会分成e和o两个分量，每个分量各有自己的折射率，根据Snell定律也都有自己的折射角。方解石是负单轴晶体，所以n_o>n_e。当光传播到两个光楔之间的加拿大树脂胶界面时就会发现，几何光路图和折射率使寻常光线o有较大的偏折角，以大于全内反射（TIR）角的角度入射到该界面上，因而没有进入第二个光楔。而非寻常光线e是通过的，从棱镜中出射的只有光线e，从而形成了线性偏振。尽管该全内反射条件对入射角的要求非常严格，而且偏振器对接受角会有限制（约14°），但这个棱镜偏振器还是很有效的。

图3.11　尼科尔（Nicol）棱镜的作用

下面讨论的第二块棱镜已广泛应用在实际的偏振光学装置中，如图3.12所示，称为渥拉斯顿（Wollaston）棱镜。

再次使用两块正单轴晶体光楔，外形尺寸相同。将两者放置在一起组成一个矩形晶体块（有时是一个立方棱镜），如图3.12所示，其光轴正交。(www.xing528.com)

一束波从左侧垂直入射，光线e和光线o以不同速度传播，并以相同角度入射到光楔之间的界面上。接触到界面后，一束波的折射率出现正的变化（n_e-n_o），另一束光波的折射率是负的变化（n_o-n_e），所以它们会以相等的角度分别向上下发生偏折（见图3.12）。当从棱镜出射时，光线o和光线e会发散，或者分离，或者同时被观察（或者探测）到，但有一定的间隔。很显然，让棱镜绕着传播轴旋转，就可以使两个棱镜的位置颠倒过来。

以这种受控方式将两个正交偏振分量分离的方法是特别有用的。

图3.12　渥拉斯顿（Wollaston）棱镜的作用