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第一章 光波在各向同性介质中的传输特性1

1.1 光波的特性1

1.1.1 光波与电磁波麦克斯韦电磁场方程1

1.1.2 平面波球面波柱面波高斯光束3

1.1.3 相速度和群速度9

1.1.4 空间频率与空间频率谱12

1.1.5 光的横波性18

1.2 光波在各向同性介质界面上的反射和折射19

1.2.1 反射定律和折射定律19

1.2.2 菲涅耳公式21

1.2.3 反射率和透射率23

1.2.4 反射和折射时的偏振特性28

1.2.5 反射和折射的相位特性30

1.2.6 全反射32

1.3 光波在金属表面上的反射和折射38

1.3.1 导体中的电磁波38

1.3.2 金属对光的反射和折射40

参考文献44

第二章 光波的偏振态及其分析方法45

2.1 光波的偏振态45

2.1.1 椭圆偏振45

2.1.2 线偏振和圆偏振46

2.2 偏振光的描述47

2.2.1 三角函数表示法47

2.2.2 琼斯矢量法49

2.2.3 斯托克斯矢量法51

2.2.4 图示法52

2.2.5 琼斯矢量与斯托克斯矢量的关系55

2.3 偏振光的分解56

2.4 琼斯矩阵与穆勒矩阵57

2.4.1 偏振器件57

2.4.2 光在分界面上的反射和折射59

2.4.3 一般情况下的传输矩阵61

2.4.4 琼斯矩阵与穆勒矩阵的关系62

参考文献63

3.1 晶体的光学各向异性64

3.1.1 张量的基础知识64

第三章 光波在各向异性介质中的传播特性64

3.1.2 晶体的介电张量70

3.2 理想单色平面电磁波在晶体中的传播71

3.2.1 光在晶体中的传播的解析法描述71

3.2.2 光在晶体中的传播几何法描述80

3.3 平面光波在晶体表面上的反射和折射94

3.3.1 光在晶体界面上的双反射和双折射94

3.3.2 单轴晶体中的光路96

3.4 晶体的偏光干涉100

3.4.1 平行光的偏光干涉101

3.4.2 会聚光的偏光干涉104

3.5 电光效应110

3.5.1 线性电光效应110

3.5.2 晶体的线性电光系数112

3.5.3 晶体对称性对电光系数矩阵的影响114

3.5.4 几种晶体的线性电光效应118

3.5.5 晶体的二次电光效应127

3.6 声光效应130

3.6.1 弹光效应和弹光系数130

3.6.2 声光衍射131

3.7 法拉第效应133

3.7.1 晶体的旋光效应133

3.7.2 晶体的法拉第效应135

参考文献136

第四章 晶体的多重效应137

4.1 引言137

4.2 多重效应下单轴晶体的光传输特性138

4.2.1 多重效应下单轴晶体的介电张量139

4.3 多重效应下晶体的光传输矩阵153

参考文献155

第五章 光纤中的偏振光156

5.1 引言156

5.2 单模光纤双折射的基本特性157

5.2.1 单模光纤偏振特性的描述157

5.2.2 单模光纤的分类158

5.2.3 单模光纤中偏振态不稳定的原因158

5.3 弱导光纤的线偏振模近似以及微扰耦合模理论160

5.3.1 微扰耦合模方程160

5.3.2 微扰光纤中的本征模161

5.4.1 理想圆单模光纤中的克尔效应162

5.4 光纤中双折射的微扰耦合模理论分析162

5.4.2 理想圆单模光纤中的法拉第效应163

5.4.3 理想圆单模光纤中椭圆双折射164

5.5 单模光纤偏振特性的邦加球描述165

5.5.1 光纤偏振特性的邦加球描述165

5.5.2 纯线双折射（如克尔效应）167

5.5.3 纯圆双折射（如法拉第效应）168

5.5.4 椭圆双折射168

5.6 扭光纤以及旋光纤的偏振特性169

5.6.1 扭光纤的偏振特性169

5.6.2 扭光纤偏振特性的邦加球描述170

5.7.1 引言172

5.7 光纤中的偏振模色散172

5.6.3 旋光纤的偏振特性172

5.7.2 偏振模色散的定义173

5.7.3 偏振主态与偏振模色散174

5.7.4 偏振模色散测试技术的比较176

5.7.5 偏振模色散的补偿技术181

参考文献183

第六章 偏振器件184

6.1 反射型偏振器184

6.1.1 反射型偏振器的结构184

6.1.2 反射型偏振器的理论分析185

6.2 双折射型偏振器190

6.2.1 引言190

6.2.2 格兰－汤普森棱镜193

6.3 散射型和二向色型偏振器199

6.3.1 散射型偏振片199

6.3.2 二向色型偏振片200

6.4 线栅偏振器202

6.5 偏振分束器205

6.5.1 概述205

6.5.2 沃拉斯顿棱镜206

6.5.3 罗雄棱镜207

6.5.4 微角偏振分束棱镜和平行偏振分束镜207

6.5.5 可调分束角棱镜207

6.5.6 双反射偏振分束镜208

6.5.7 薄膜干涉型偏振分束镜209

6.6 波片和补偿器211

6.6.1 引言211

6.6.2 波片212

6.6.3 补偿器216

6.7 隔离器217

6.8 光纤偏振器件219

6.8.1 引言219

6.8.2 光纤偏振控制器221

6.8.3 保偏光纤偏振器223

6.8.4 光纤隔离器225

6.8.5 光纤调制器225

6.9.1 引言226

6.9 退偏器226

6.9.2 单波长退偏器227

6.9.3 宽光谱（白光）退偏器229

参考文献230

第七章 偏振光的检测231

7.1 引言231

7.2 偏振光的粗测231

7.2.1 偏振态的检测231

7.2.2 方位角的检测232

7.3 偏光器件主透射比和消光比的测量233

7.3.1 双镜测试法233

7.3.2 高消光比的测量236

7.4.2 光电调制法238

7.4 波片相位延迟量的测量238

7.4.1 补偿法238

7.4.3 光谱法239

7.5 斯托克斯参量的测量240

7.5.1 偏光调制法241

7.5.2 分振幅法243

7.6 偏振光测量仪器245

7.6.1 线偏光仪245

7.6.2 圆偏光仪247

7.6.3 塞纳蒙特补偿方法250

7.7 单模光纤双折射的测量252

7.7.1 低双折射单模光纤的测量252

7.7.2 高双折射光纤拍长的测量254

参考文献262

8.1 引言263

第八章 偏振光的应用263

8.2 法拉第效应的应用264

8.2.1 法拉第效应测电流（磁场）264

8.2.2 全光纤型光学电流传感器266

8.2.3 玻璃块型光学电流传感器273

8.2.4 混合型光学电流传感器284

8.3 克尔效应的应用286

8.3.1 克尔效应原理286

8.3.2 克尔效应的测量288

8.3.3 磁光记录292

8.3.4 磁光偏频激光陀螺294

8.4.1 光学电压传感器典型结构296

8.4 电光效应的应用296

8.4.2 光学电压传感器工作原理298

8.4.3 泡克耳斯效应传感材料的选择300

8.4.4 线性响应300

8.4.5 电光晶体的光学特性302

8.4.6 双光路补偿原理306

8.4.7 空间光调制器307

8.5 电光晶体乘法器310

8.6 光学电功率传感系统312

8.6.1 引言312

8.6.2 双晶体式光学电功率传感系统312

8.6.3 单晶体式光学电功率传感系统314

8.7.2 光弹性定律317

8.7.1 引言317

8.6.4 单光纤电功率传感系统317

8.7 光弹性317

8.7.3 平面受力模型在线偏振光中的光弹效应——等色线、等倾线的形成321

8.7.4 平面受力模型在圆偏振光中的光弹效应——用1/4波片消除等倾线322

8.8 椭偏仪在薄膜测量中的应用322

8.8.1 引言322

8.8.2 用椭圆偏振法测定光记录介质的光学常数323

8.8.3 椭偏仪的其他应用举例327

8.9 圆二色性328

8.9.1 引言328

8.9.2 圆二色性的测量328

8.10.1 引言331

8.10 矿物结构的鉴定331

8.9.3 圆二色性的应用331

8.10.2 单偏振器分析法333

8.10.3 矿物薄片在平行偏光中的干涉现象334

8.10.4 矿物薄片在锥光镜中的干涉现象335

8.11 光纤中偏振效应的应用335

8.11.1 引言335

8.11.2 马赫－曾德尔光纤干涉仪和迈克耳孙光纤干涉仪335

8.11.3 压力和应力的测量337

8.11.4 温度的测量341

8.11.5 光纤偏振干涉仪343

参考文献343