请问YVO4双折射晶体作为激光介质时，为什么输出是线偏阵光[原创]

m0314

谢谢大家！它的原理是什么？

土豆

我也想知道，我认为这将最终揭开“偏振”之迷？

zgzxb

可能是与晶体各向异性的特性有关！！！！

ocrcgg

其实单色光就是完全的偏振光。线偏振光属于完全偏振光的一种。YVO4是一种单轴晶体，呈现光学各向性异性。一般来说，由于激光单色性极好，所以它的偏振度接近于1，也就是完全偏振光。

zemax

楼上的朋友关于完全偏振光的理解是不全面的,完全偏振光包括线偏振光,圆偏振光,
和椭圆偏振光三种.
做激光晶体的是掺杂后的YVO4, 如Nd:YVO4, 当激光的传播方向与光轴方向垂直的时候,输出激光的偏振是沿着光轴的方向,原因其实很简单,因为不同偏振的激光增益不一样,e光的增益高,在产生激光的时候具有较强的竞争能力,所以它会起振耗掉粒子数反转,从而抑制了o光的起振.

zemax

至于为什么e光的增益高,偶就不知道了.
只知道泵浦吸收也是e光的强.

土豆

小型二极管泵浦固体激光器可参见：
http://power.luneng.com/power/library/jgyhw/jgyh99/jgyhw9903/990301.htm

其中激光方向不是垂直于光轴的，而是垂直于晶体的纵轴---C轴，
所以按这个放置角度，如果不是钒酸钇YVO4（人造冰洲石）发光，而是被照射，
就会如同一般的双折射实验那样---出射光是两个激光点，
不过现在是YVO4发光，情况可能就不同了？

我买了两块全透明的天然冰洲石（6面抛光），
其外形与晶格的形状是一样的，是个斜菱形---斜4棱柱（柱面为菱形），
正棱柱的任意顶点处的3个交面角都是直角，
而菱形斜4棱柱有4个顶点处的3个交面角是锐角，另外4个是钝角，

估计激光介质中的激光方向不是“光轴”方向，
因为沿光轴方向的光是两光点重合，但就不是偏振光了，
而晶体激光输出的都是很强的线偏振光，
而且“光轴”方向也不是垂直于晶体C轴的，

可是为什么YVO4激光输出的不是两个光点呢？
估计原因是：
激光的方向是平行于晶体任意4个棱的，
虽然激光与“内折射面”不垂直，
（“内折射面”是4棱顶点所定的晶体“内斜面”，
而晶体“外入射面”可以加工成与光束垂直），
但是由于在4个棱上的原子振动方向都基本相同---沿棱方向传播，
所以不会受“内折射面”的折射影响，所以不会出现两个光点？

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另外对于晶体内的晶面“内折射”（非常折射）有个特点：
由于这种晶体内部是按6个方向分层的（晶格的6个面方向），
每一层相当于是很多极薄的“内折射面”叠合在一起，
所以折射光不是连续直线，而是一条带有微小阶梯的折线，
（所以双折射晶体一般都有“折射梯度”这个指标？）

不过由于两层的间距太小，层间的“密到疏”光角度恢复不足，
结果可能还会使内部折射e光按一条曲线前进，
所以从外表面的出射光（由密到疏）不再是平行于入射光的了，
（注意：此时“入射面”是平行于“出射面”的，
如果折射光只是“微阶梯折线”的话，按说e出射光应该平行于入射光的）

何以见得呢？
一般都知道那个“e绕o轴旋转”的实验，
试一下就知道了，e与o明显不是平行的，
因为投影到近处的屏幕上，e与o间距很小，
投到远处的屏幕上，e与o间距就明显加大了许多，
（实际中，由于晶内是按6个方向分层的，
所以这种o光其实很难得到，不过两个e光之间也是成角度的，
即：两条e光都是不平行于入射光的，但倾角不同）

还可以用能看到激光束的眼镜，加上高倍放大，
估计就可以清晰的看到e激光在晶体内的“曲线折射”了？
（晶体越厚越好，我用的是20*20*10mm）
还请各位指点这种眼镜能买到吗？很贵吗？
记得电影里007是在玻璃上涂了一种什么东西？
有条件的朋友能帮验证一下吗？

可是现在的教材上一般都不讲e光的这种“非常”特点，
只说e折射率不是一个常数，一般也不在入射平面内，
应该说清它是分晶层折射的，所以晶体中的折射光是一条折线或曲线，
由于“内折射面”与入射面不平行，所以e才会不在入射平面内，
而且e出射光是不平行于入射光的，
可是为什么不说清楚呢？不太明白，没有必要吗？
这种分层结构意味着什么？偏振的本质？

土豆

有一段需要修正一点：

另外对于晶体内的晶面“内折射”（非常折射）有个特点：
由于这种晶体内部是按6个方向分层的（晶格的6个面方向），
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每一层按其法线方向，有很多极薄的“内折射面”重复叠合，
由于这些“内折射面”的间距远小于光波长，形成了“极端衍射”---偏振，
实际是一种极端窄缝对光的微分化---极端衍射，
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所以折射光不是连续直线，而是一条带有微小阶梯的折线，
（所以双折射晶体一般都有“折射梯度”这个指标？）

土豆

我认为对于冰洲石这样的双折射晶体，两个相对晶面是平行的，
即：有三对平行晶面，但其6个晶面都是彼此互不垂直的，
这样，入射光最多只能平行于其中的4个晶面，而这样必然与其它两个晶面不垂直，
如果你使光线垂直于其中两个晶面，就不可能平行于其它4个晶面，
由于“内折射”作用的存在，就不可能有“寻常光”存在了？
（不管你把晶体加工成什么形状，“内折射面”的角度关系是改变不了的）

所以我有个猜想：
双折射实验中，不可能存在“寻常光折射”？
（暂不考虑沿光轴入射的情况）
有实践经验者能否给予一点指点？

m0314

我在Ｎｄ：ＹＡＧ作为激光介质的实验中，在一定条件下也可以出现线偏振光，但是它的晶格结构和Ｎｄ：ＹＶＯ４的不同，所以我感觉也不能单纯从晶格的内折射来考虑

土豆

“我在Ｎｄ：ＹＡＧ作为激光介质的实验中，在一定条件下也可以出现线偏振光，”

想问一下，一般是在什么条件下出现线偏振光呢？

土豆

我对电光调Q有些不明白，怎么实际的电光调Q方法与书上讲的不太一样吧？
书上说电光调Q要用偏振器来接通或阻断来自双折射晶体的线偏振光，
外加电场使得双折射晶体的e和o光的相位差发生变化，于是导致偏振面旋转，
结果e和o光都不能通过偏振器了，造成了腔内的低Q状态，
电场消失（或反向？）则相反---高Q状态，

可问题是：
1、从资料介绍看，实际的电光调Q并没有使用偏振镜或镀偏振膜的说明？
参见：《小型二极管泵浦固体激光器》
http://power.luneng.com/power/library/jgyhw/jgyh99/jgyhw9903/990301.htm
是否一般的电光调Q实际都不需要偏振器？果真如此的话，理论上又如何解释呢？

2、从资料看，实际上激光是经过双折射晶体后射出的，这与书上讲的也不太一样，
书上说的是激光通过“双晶”后，再全反射回（或全被阻断）工作介质，
而且都知道从“双晶”出来的激光并不是两个光点，
那么另一路折射光（e或o）跑到哪里取乐呢？
据zemax说，总之是有一路折射光被吸收掉了，所以只剩下了一路单光点输出，
可是细想起来，这与书上讲的就不同了，
如果少了一路折射光，那书上反复强调的o与e的相位差还有意义吗？
或者还有对电光调Q的最新解释？请各位指点，

书上的解释参见：《激光物理学》 ,伍长征 1989年9月第1版 , 第270页，（超星）

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我自己估摸着，这个外加电场只要能稍微改变一点激光穿过“双晶”的角度（来回多次改变），
再经过前后“部分透反镜”几次来回反射后，就会与腔轴成很大的角度了？
于是也就难以再反馈回工作介质（YAG）了，光损耗增加，形成了一定的低Q状态，
由于外加电场是脉冲式的，所以激光点可能就会随电场变化而上下跳动，
（上下跳动的角幅度是多少还不清楚，估计不会小到微不足道吧？）
但光束总有一瞬间是会与腔轴平行的，
就是这一瞬间的到来和结束（上、下跳沿）产生了高Q状态？

如果是这样的话，那么可能o光（或e光）总也不能作到平行于腔轴，
所以被“吸收”了？剩下了一路e偏振光？
不过假如e和o都能够先后有一瞬间平行于腔轴呢？
会出现输出光的调制频率倍增的情况吗？

另外，这样分析下来，电光调制的对象就不一定非得是双折射晶体了？
只要它对外加电场有足够的反应（折射角变化）就可以了？
这只是一些初步的看法，难免疏漏、偏视，还请各位指正，