[实用新型]一种庞加莱球仪

说明书

本实用新型公开了一种庞加莱球仪，涉及一种偏振光学的教学仪器。所述庞加莱球仪包括底座，支撑杆，固定架，球体，指示杆和指示小片；所述球体表面标有经线和纬线的刻度，并标示出H,V,R,L,+45°，‑45°6个特征点，用于标示光的偏振态；所述指示杆附着于球体表面，可调长度、方向与位置，用于指示双折射矢量的方向和大小；所述指示小片附着于球体表面并可移动，用于指示偏振态的变化；所述固定架设有转轴，用于连接所述球体使其转动。本实用新型将虚拟的庞加莱球具体地表现在客观实体上，利于观察和理解；设置指示小片和指示杆，显著地标明物理量的状态和相对关系，清晰明了；球体可以围绕转轴进行一维或多维的转动，便于观察。

技术领域

本实用新型涉及一种偏振光学的教学仪器，尤其涉及到关于演示偏振态变化的庞加莱球仪。

背景技术

偏振态是描述光的基本参数之一，当偏振光通过一个光学系统时，其输出偏振光也会发生变化。表征偏振态的参数非常多，包括偏振椭圆、复矢量、斯托克斯参数以及庞加莱球。由于人眼不能识别光的偏振态，因此，学生很难理解偏振态变化的概念。

庞加莱球(Poincare Sphere)是由法国人提出的用以描述偏振态的虚拟球体(在现实中并不存在)，它是一个建立在3坐标系的一个球体，其3个坐标(s₁,s₂,s₃)分别为

式中，表示光的电场强度在x,y两个方向的分量，包括大小和相位。不难计算出，因此，用3坐标(s₁,s₂,s₃)所描述的点始终处于一个半径为1的球上。这个球就被称为庞加莱球。

另一方面，当偏振光经过一个光学系统时，其输出偏振态(即对应的(s₁,s₂,s₃)点)的变化，总会绕着一个轴旋转，其旋转轴的方向称为双折射主轴，旋转的角度取决双折射的大小。这个具有大小和方向的量，称为双折射矢量。

因为庞加莱球在现实中并不存在，是一个想象中的虚拟球，因此当同学们学习到相关内容时，感觉非常困难。更困难的是，同学们无法想象出由于双折射矢量的存在而导致的偏振态在庞加莱球上的变化。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：

为了解决同学们对庞加莱球的理解困难问题，形象的看到偏振态在庞加莱球上绕着双折射矢量的移动，本实用新型提出了一种庞加莱球仪。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本实用新型提出了一种庞加莱球仪，包括底座，支撑杆，固定架，球体，指示杆和指示小片；

所述球体表面标有经线和纬线的刻度，并标示出特征点，用于配合所述指示杆和指示小片，标示双折射矢量和光的偏振态；

所述固定架设有第一转轴和第二转轴，分别与球体上两个沿直径相对的点连接，用于使所述球体能够以所述直径所在直线为轴转动；所述支撑杆一端连接所述固定架，另一端连接底座；

所述指示小片附着于球体表面，用于指示一个偏振态，并可在球体表面移动，指示偏振态的变化；

所述指示杆附着于球体表面，可调长度、方向与位置，用于指示一个双折射矢量的方向和大小。

如前所述的一种庞加莱球仪，进一步地，所述特征点包括：H点，位于赤道与0°经线的交点；V点，位于赤道与180°经线的交点；+45°点，位于赤道与90°经线的交点；-45°点，位于赤道与270°经线的交点；R点，位于北极；L点，位于南极。