橢圓偏振光

自然光在晶體內所產生的尋常光（o光）和非常光（e光），雖屬頻率相同和振動方向相互垂直，但是，它們之間的位相差，即使在同一點，亦因時而異，不是固定的，所以這樣的o光和e光的合成不能產生橢圓偏振光。

然而,如果以一線偏振光代替自然光、光軸平行於晶面的單軸晶體的表面，並且令其振動平面與晶體光軸成一夾角θ，於是，在晶體表面上，振幅為A的線偏振光分解為振幅為Asinθ的o光和振幅為Acosθ的e光,並且此時o光和e光有相同的位相。當進入晶體內，o光和e光雖在相同的方向傳播，但是傳播速度不同，因而產生位相差。

式中n0和ne分別為該晶體對在真空中波長為λ0的o光和e光的主折射率,d為兩者透過晶體的厚度。由穿過不同厚度的o光和e光合成的光矢量末端的軌跡，除 δ=0和π外，都是橢圓形。這樣的光就是橢圓偏振光,顯然δ=0和π所對應的線偏振光可視為橢圓偏振光的特例；不難想到，當θ=45°時,與δ=π/2和3π/2對應的是圓偏振光。所以,系統即為產生橢圓偏振光或圓偏振光的簡單裝置。

線偏振光經過波片等相位補償器後，可分解為相互正交、具有固定相位差的兩電場分量，即

消去時間後，即可得到空間中一點橢圓偏振光的數學形式

如圖1所示，這是一個與座標軸夾角為

的橢圓，其中

為便於產生和分析各種橢圓偏振光，還需要有其他種產生橢圓偏振光的光學元件，巴俾涅補償器和索累補償器是其中最常見的兩種。

由光軸相互垂直的兩塊石英楔形板組成的複合稜鏡，其中楔形板的折射角α 很小。當線偏振光垂直地射入補償器時,在上楔板內，線偏振光分解為o光和e光兩部分,它們沿着同一方向傳播，o、e兩光的位相差δ1取決於它們在上楔板中所穿過的晶體厚度d1，但是在下楔板內，由於上、下兩楔板的晶體光軸相互垂直，所以在上楔板內的o光和e光進入下楔板內就分別變成了e光和o光，它們間的位相差 δ2取決於它們在下楔板內穿過的晶體厚度d2，於是，透過巴俾涅補償器的o光和e光的位相差為

在巴俾涅補償器內，當偏振光在兩楔的中央穿過,d1=d2，則自補償器出射的o光和e光之間位相差為零。當偏振光在上楔板中穿過的晶體厚度d1與在下楔板中穿過的晶體厚度d2不同時，則兩光間產生一定的位相差。所以隨着光通過楔板的不同水平位置,就能得到不同的位相差,也就是得到不同的橢圓偏振光。顯然，為了使光束截面上各點的位相差相同,這種補償器必須使用極細的光束,這是它的缺點。為了克服這一缺點，可以採用索累補償器。

由兩個光軸平行的石英楔板和一個光軸垂直於兩楔板光軸的石英平行平面板組成的複合稜鏡。上楔板可由微動螺旋使其本身作平行的移動。當上楔板這樣移動時，兩楔板的總厚度可連續改變。當兩楔板的總厚度等於下面石英平行平面板的厚度時，穿過補償器的o光和e光之間位相差為零。由改變兩楔板總厚度與石英平行平面板厚度之差即可得到較寬截面上有相同位相差的光束。