1、雷射導論實習報告(ONE)實習項目：光偏振的量測(用 FRED)組別： 班級:光電二 A學號：4980B009 姓名：洪鼎鈞學號：4980B019 姓名：謝宜龍指導老師：楊朝欽 (帥哥)實驗、光偏振的量測實驗目的：瞭解偏振光干涉的原理與應用。實驗器材：FRED 軟體實驗步驟：假設有兩道光波如下：水平偏振光：設 Ex0=1, Ey0=0。a. 垂直偏振光：設 Ex0=0, Ey0=1。b. 45線偏振光：設 Ex0=1, Ey0=1,=0。c. 右旋圓偏振光：設 Ex0=1, Ey0=1,= 90。d. 左旋圓偏振光：設 Ex0=1, Ey0=1,= - 90。觀察者在光波的前方觀察。用 FRE
2、D 軟體來模擬以下的實驗：這裡的四分之一波片是將 減去 90，也就是其 jones matrix 為 或01iixx0yyE(z,t)cos(kz-t)xy45線 偏 振 光 =0 右 旋 圓 偏 振 光 =90 -45線 偏 振 光 =180 左 旋 圓 偏 振 光 =270 圖、偏振光的相位關係。(1)打開 Quarter WavePlate.frd：(2)先觀察光源的偏振態(先將透鏡的 traceable 屬性取消)：將背景設成白色：水平偏振光： 按 trace and render，選 Analyses/Polarization Spot Diagram，然後將 background
3、color 設為白色。可以看到光通過 len 的偏振情況(但觀察者的眼睛是往光的行進方向觀察)得到垂直偏振光：45線偏振光：右旋圓偏振光： 左旋圓偏振光： (3)觀察光源經過偏振片的情形(將透鏡的 traceable 屬性復原)：先將光源設為水平偏振光 產生一新的鍍模(coating)並命名，選擇此 coating 的形式為 Polarizer/waveplate coating(Jones matrix)，並確定其為 X linear Polarizer(X 方向線性偏振片):將此 coating 指定到 Lens 1 的 surface 2：(不要將 coating 直接拉到 lens 1
4、，否則 surface 1和 surface 2 都會用到這個 coating，後面作波片時會有問題)得到的還是水平偏振：將光源改為垂直偏振，發現就看不到結果，表示光無法到達分析面：可嘗試把偏振片改成 Y 方向線性偏振片後試試看結果如何！(4)觀察光源經過四分之一波片的情形：設定輸入 45線偏振光並觀察其偏振狀態：將 len1 重新命名為 waveplate(波片)：進入 coating 中的 1/4 Wave(四分之一波片)，將下面的 coating 設定如下(使 EY 相位增加 90 度等效於使 EX 相位減少 90 度)。此設定表示四分之一波片的 Jones matrix 為 ，因此 會
5、增加相位差 = -90。01ixE將此 coating 指定給 waveplate 的 surface 2 並觀察結果，發現得到左旋圓偏振光：(5)測量 stokes 參數：新增一客製化元件，並取名為 Polarizer：在其上按右鍵，選擇產生新的表面(Create New Surface)：將鍍模 X polarizer 指定給這個表面，並且設定光線追跡為允許穿透光(Transmitted Spectular)：在 Location/Orientation 中以下面步驟將偏振片在 Z 方向移動 3mm：得到下面的架構圖：執行後得到下圖：選擇 Analyzes 下的 surface incid
6、ent/absorted power：可發現在 waveplate 的 surface 1 處入射的功率為 1W，但是到了 Elem 1.Detector 處變成0.48W。(1)I(0)為當偏振片為 0(水平偏振片)時量得的光強度。(X)I(90)為當偏振片為 90(垂直偏振片)時量得的光強度。(Y)I(45)為當偏振片為 45時量得的光強度。I(135)為當偏振片為 135時量得的光強度。(-45)I(RCP)為四分之一波片加上 45偏振片時量得的光強度。(右旋)I(LCP)為四分之一波片加上-45偏振片時量得的光強度。(左旋)(2)測量以下偏振光的 stokes 參數：I(0)I(45)
7、I(90)I(135)I(RCP)I(LCP)Stokes 參數 筆算的結果水平偏振光 0.960.48 0 0.48 0.48 0.48 1，0.96，0，01，1，0，0垂直偏振光 0 0.48 0.96 0.48 0.48 0.48 1-0.96，0，01，-1，0，045線偏振光 0.480.96 0.48 0 0.48 0.48 1，0，0.96，02，0，2，0右旋圓偏振光 0.480.48 0.48 0.48 0.96 0 1，0，0，0.962，0，0，2左旋圓偏振光 0.480.48 0.48 0.48 0 0.96 1，0，0，-0.962，0，0，-2試將筆算的結果與軟體
8、的結果做比較(要列式子，(d)、(e)要附操作過程)。(a)水平偏振光(設 Exo=1，Eyo=0)I=1+0=1Q=(1*1)+0=0.96-0U=2*1*0*cos0=0.48-0.48V=2*1*0*sin0=0.48-0.48=I Q U V/I=?1，1，0，0/1(b)垂直偏振光(設 Exo=0，Eyo=1)I=0+1=1Q=0+(1*1)=0-0.96U=2*0*1*cos90=0.48-0.48V=2*0*1*sin90=0.48-0.48=I Q U V/I=?1，-1，0，0/1(c)45線偏振光設(Exo=1，Eyo=1，=0 )I=1+1=2Q=1+(1*1)=0.48
9、-0.48U=2*1*1*cos0=0.96-0V=2*0*1*sin0=0.48-0.48=I Q U V/I=?2，0，2，0/2(d)右旋圓偏振光(Exo=1，Eyo=1，=90 )I=1+1=2Q=1+(1*1)=0.48-0.48U=2*1*1*cos90=0.48-0.48V=2*0*1*sin90=0.96-0=I Q U V/I= 2，0，0，2/2(e)左旋圓偏振光(Exo=1，Eyo=1，=-90 )I=1+1=2Q=1+(1*1)=0.48-0.48U=2*1*1*cos-90=0.48-0.48V=2*0*1*sin-90=0-0.96=I Q U V/I= 2，0，0
10、，-2/2問題：(盡量能以圖形說明)(1)說明光的偏振的應用(如 3D 眼鏡、相機鏡頭等)。例:市面上販售的防眩光檯燈(參考網址 http:/.tw/gdsale/gdsale.asp?gdid=2643771&act=gdsearch)(2)說明波片的原理。光波可具有不同偏振態，實際工作中經常需要改變光波的偏振態或檢測光波的偏振態。由於光波的偏振態是由其正交振動的振幅比與相位差所决定，因此改變這兩個参量，就可以改變光波的偏振態。利用光通過晶體，聚合物或液晶可以改變入射光的相位差的特片而制作的一類光學器件，我們稱之為波片，或相位延遲器（retarder）。例:1/4 波片1/4 波片是可以使線偏振光延遲 1/4 波长，使線偏振光轉变成圓偏振光。相反的，它們也能把圓偏振光轉變成線偏振光。與一個線偏振器结合，石英波片能被用在一种抗反射隔離器上。參考資料 : http:/ 波振器结合，石英波片能被用在一种抗反射隔离器上。
