本书从光的电磁理论出发，全面论述了光的偏振特性、处理偏振光学问题的主要方法以及偏振光的典型应用。具体内容包括：光波在各向同性和各向异性介质中的传播规律，处理偏振光学问题的矩阵计算法和图示法，各种偏振器件（偏振器、波片和补偿器、隔离器、光纤偏振器、偏振控制器、消偏器以及偏振旋转器等）的性能与测试方法，晶体中的偏振效应及其在多重效应下的传输特性，光纤中的偏振效应以及偏振光在光通信和光传感领域的典型应用（磁光效应、电光效应、弹光效应、旋光效应以及萨尼亚克效应等的应用）等。
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第1章 光波在各向同性介质中的传输特性 1
1.1 光波的特性 2
1.1.1 光波与电磁波 麦克斯韦电磁场方程 2
1.1.2 平面波 球面波 柱面波 高斯光束 4
1.1.3 相速度与群速度 8
1.1.4 空间频率与空间频谱 11
1.1.5 光的横波性 16
1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射 17
1.2.1 反射定律和折射定律 17
1.2.2 菲涅耳公式 19
1.2.3 反射率和透射率 21
1.2.4 反射和折射的偏振特性 24
1.2.5 反射和折射的相位特性 25
1.2.6 全反射 27
1.3 光波在金属表面的反射和折射 32
1.3.1 导体中的电磁波 32
1.3.2 金属对光的反射和折射 33
参考文献 37
第2章 光波的偏振态及其分析方法 38
2.1 光波的偏振态 39
2.1.1 椭圆偏振 39
2.1.2 线偏振和圆偏振 39
2.2 偏振光的描述 41
2.2.1 三角函数表示法 41
2.2.2 琼斯矢量法 43
2.2.3 斯托克斯矢量法 44
2.2.4 图示法 45
2.2.5 琼斯矢量与斯托克斯矢量的关系 47
2.3 偏振光的分解 48
2.4 琼斯矩阵与缪勒矩阵 49
2.4.1 偏振器 49
2.4.2 光在分界面上的反射和折射 50
2.4.3 一般情况下的传输矩阵 53
2.4.4 琼斯矩阵与缪勒矩阵的关系 53
参考文献 54
第3章 光波在各向异性介质中的传播特性 55
3.1 晶体的光学各向异性 56
3.1.1 张量的基础知识 56
3.1.2 晶体的介电张量 60
3.2 理想单色平面电磁波在晶体中的传播 62
3.2.1 光在晶体中传播的解析法描述 62
3.2.2 光在晶体中传播的几何法描述 68
3.3 平面光波在晶体表面的反射和折射 80
3.3.1 光在晶体界面的双反射和双折射 80
3.3.2 单轴晶体中的光路 82
3.4 晶体的偏光干涉 85
3.4.1 平行光的偏光干涉 85
3.4.2 会聚光的偏光干涉 88
3.5 电光效应 94
3.5.1 线性电光效应 94
3.5.2 晶体的线性电光系数 96
3.5.3 晶体对称性对电光系数矩阵的影响 97
3.5.4 几种晶体的线性电光效应 100
3.5.5 晶体的二次电光效应 108
3.6 弹光效应 111
3.6.1 弹光效应和弹光系数 111
3.6.2 光弹性定律 113
3.6.3 偏振光中弹光效应的平面受力模型 116
3.6.4 声光衍射 117
3.7 法拉第效应 118
3.7.1 晶体的旋光效应 118
3.7.2 晶体的法拉第效应 120
参考文献 120
第4章 晶体的多重效应 121
4.1 多重效应下单轴晶体的光传输特性 122
4.2 多重效应下晶体的光传输矩阵 135
参考文献 137
第5章 光纤中的偏振光 138
5.1 单模光纤双折射的基本特性 139
5.1.1 单模光纤的偏振特性 139
5.1.2 单模光纤的分类 140
5.1.3 单模光纤中偏振态不稳定的原因 140
5.2 弱导光纤的线偏振模近似及微扰耦合模理论 142
5.2.1 微扰耦合模方程 142
5.2.2 微扰光纤中的本征模 143
5.3 光纤中双折射的微扰耦合模理论分析 144
5.3.1 理想圆单模光纤中的克尔效应 144
5.3.2 理想圆单模光纤中的法拉第效应 145
5.3.3 理想圆单模光纤中的椭圆双折射 146
5.4 单模光纤偏振特性的庞加莱球描述 147
5.4.1 光纤偏振特性的庞加莱球描述 147
5.4.2 纯线双折射(如克尔效应) 148
5.4.3 纯圆双折射(如法拉第效应) 149
5.4.4 椭圆双折射 149
5.5 扭光纤与旋光纤的偏振特性 149
5.5.1 扭光纤的偏振特性 150
5.5.2 偏振特性的庞加莱球描述 151
5.5.3 旋光纤的偏振特性 152
5.5.4 旋光纤的理论设计及数值分析方法 152
5.6 光纤中的偏振模色散 157
5.6.1 偏振模色散的定义 159
5.6.2 偏振主态与偏振模色散 159
5.6.3 偏振模色散测试技术的比较 161
5.6.4 偏振模色散的补偿技术 165
参考文献 166
第6章 偏振器件 168
6.1 偏振器 169
6.1.1 反射型偏振器 169
6.1.2 双折射型偏振器以及格兰-汤普森棱镜 173
6.1.3 散射型和二向色型偏振器 180
6.1.4 线栅偏振器 183
6.2 偏振分束器 186
6.2.1 概述 186
6.2.2 沃拉斯顿棱镜 187
6.2.3 罗雄棱镜 188
6.2.4 微角偏振分束棱镜与平行偏振分束镜 188
6.2.5 可调分束偏振棱镜 188
6.2.6 双反射偏振分束镜 189
6.2.7 薄膜干涉型偏振分束镜 189
6.3 波片和补偿器 191
6.3.1 波片 191
6.3.2 补偿器 196
6.4 隔离器 197
6.5 退偏器 198
6.5.1 单波长退偏器 199
6.5.2 宽光谱(白光)退偏器 201
6.6 光纤偏振器 201
6.6.1 光纤偏振控制器 203
6.6.2 保偏光纤偏振器 204
6.6.3 光纤1/4波片 205
6.6.4 光纤隔离器 211
6.6.5 光纤调制器 212
6.6.6 光纤法拉第旋转器 212
参考文献 214
第7章 偏振光的检测 215
7.1 偏振光的粗测 216
7.1.1 偏振态的检测 216
7.1.2 方位角的检测 216
7.2 偏光器件主透射比和消光比的测量 217
7.2.1 双镜测试法 218
7.2.2 高消光比的测量 220
7.3 波片相位延迟量的测量 221
7.3.1 补偿法 221
7.3.2 光电调制法 222
7.3.3 光谱法 223
7.4 斯托克斯参量的测量 223
7.4.1 偏光调制法 224
7.4.2 分振幅法 226
7.5 偏振光测量仪器 227
7.5.1 线偏光仪 227
7.5.2 圆偏光仪 229
7.5.3 塞纳蒙特补偿法 231
7.6 光纤双折射的测量 233
7.6.1 光纤双折射测量算法 233
7.6.2 偏振测量实验装置 235
7.6.3 保圆光纤双折射测量实验 239
7.6.4 低双折射单模光纤的测量 240
7.6.5 高双折射光纤拍长的测量 241
参考文献 248
第8章 偏振光的应用 249
8.1 萨尼亚克效应的应用—光纤陀螺 250
8.1.1 光纤陀螺的工作原理 251
8.1.2 光纤陀螺的偏振互易性问题 254
8.1.3 圆偏振光纤陀螺 256
8.1.4 片上集成光纤陀螺 256
8.1.5 保偏光纤环的偏振测试 256
8.2 法拉第效应的应用—光学电流传感器 258
8.2.1 法拉第效应测电流 258
8.2.2 全光纤偏振旋转型电流传感器 260
8.2.3 玻璃块型光学电流传感器 266
8.2.4 全光纤相位调制型电流传感器 276
8.2.5 混合型光学电流传感器 286
8.3 克尔效应的应用—磁光记录 287
8.3.1 克尔效应原理 287
8.3.2 克尔效应的测量 289
8.3.3 磁光记录 292
8.3.4 磁光偏频激光陀螺 294
8.4 电光效应的应用 296
8.4.1 光学电压传感器典型结构 296
8.4.2 光学电压传感器工作原理 297
8.4.3 泡克耳斯效应传感材料的选择 298
8.4.4 线性响应 299
8.4.5 电光晶体的光学特性 300
8.4.6 双光路补偿原理 304
8.4.7 空间光调制器 305
8.5 电光晶体乘法器 307
8.6 光学电功率传感系统 308
8.6.1 双晶体式光学电功率传感系统 309
8.6.2 单晶体式光学电功率传感系统 310
8.6.3 单光纤电功率传感系统 313
8.7 椭偏仪在薄膜测量中的应用 313
8.7.1 用椭圆偏振法测定光记录介质的光学常数 313
8.7.2 椭偏仪的其他应用 317
8.8 圆二色性 318
8.8.1 圆二色性的测量 318
8.8.2 圆二色性的应用 320
8.9 矿物结构的鉴定 321
8.9.1 单偏振器分析法 322
8.9.2 矿物薄片在平行偏光中的干涉现象 323
8.9.3 矿物薄片在锥光镜中的干涉现象 323
8.10 光纤中偏振效应的应用 324
8.10.1 马赫-曾德尔光纤干涉仪和迈克耳孙光纤干涉仪 324
8.10.2 压力和应力的测量 325
8.10.3 温度的测量 329
8.10.4 光纤偏振干涉仪 330
8.10.5 偏振光时域反射计 330
参考文献 333
京公网安备 11010102004214号