《現(xiàn)代光學基礎(chǔ)教學》04章

第四章偏振光學矩陣第四章偏振光學矩陣§4.1偏振光的第一種矩陣表示：瓊斯列矩陣§4.2偏振光的第二種矩陣表示：斯托克斯列矩陣編輯ppt第四章偏振光學矩陣編輯ppt1、光的偏振性縱波：波的振動方向和波的傳播方向相同。橫波：波的振動方向和波的傳播方向相互垂直?？v波對于波傳播方向具有對稱性通過波的傳播方向所作的所有平面內(nèi)，振動情況都是一樣的。橫波對于波傳播方向沒有對稱性通過波的傳播方向所作的諸多平面中，包含振動方向的那個平面和其他平面不同。編輯ppt2、光的偏振態(tài)電矢量的各種不同的振動狀態(tài)。常見的光的偏振態(tài)：光波：光波是橫波，具有偏振性。振動方向?qū)τ趥鞑シ较虻牟粚ΨQ性叫做光的偏振。只有橫波才有偏振現(xiàn)象。自然光部分偏振光線偏振光圓偏振光橢圓偏振光編輯ppt§4.1偏振光的第一種矩陣表示：瓊斯列矩陣一、偏振光的瓊斯列表示各種偏振態(tài)的光，都可用振動互相垂直的兩列波的疊加來描述光波的復指數(shù)表達式：編輯ppt其中：且瓊斯列矩陣編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣歸一化瓊斯列矩陣：偏振光強度：瓊斯列矩陣編輯ppt電矢量端點軌跡的投影為圓。

迎著光的傳播方向觀察。圓偏正光編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣偏振態(tài)瓊斯列矩陣強度歸一化的瓊斯列矩陣右旋正橢圓左旋正橢圓右旋圓偏振左旋圓偏振編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣偏振態(tài)瓊斯列矩陣強度歸一化的瓊斯列矩陣一，三象限線偏振二，四象限線偏振沿Y軸線偏振沿X軸線偏振編輯ppt1、時，旋向為左；時，旋向為右。2、橢圓長軸位于一、三象限橢圓長軸與x軸成角橢圓長軸位于二、四象限橢圓長軸與x軸成角編輯ppt3、一、三象限線偏光線偏光與x軸成角二、四象限線偏光線偏光與x軸成角右旋正橢圓偏振光右旋圓偏振光4、左旋正橢圓偏振光左旋圓偏振光編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣二、偏振光的疊加與分解一束單位強度的左旋圓偏光與右旋圓偏光相加強度為2沿X軸的線偏光與X軸夾角為的線偏光（一）疊加：1、兩束光位相相同：2、前者比后者位相超前編輯ppt一束與X軸成角，在一、三象限振動的單位線偏振光一束與X軸成角，在二、四象限振動的單位線偏振光沿X軸的線偏振光1、兩束光位相相同：右旋圓偏振光2、后者比前者位相落后編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣笛卡兒基矢量對（二）分解：1、正交瓊斯矢量（正交偏振）正交歸一的矢量對：兩個瓊斯矢量正交且強度均為1任一瓊斯矢量可分解為：即：編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣選取任意的橢圓偏振基矢（強度為1，可不必正交）為任意復數(shù)2）廣義瓊斯矢量編輯ppt§4.1瓊斯列矩陣第四章偏振光學矩陣三、坐標旋轉(zhuǎn)引起的瓊斯矩陣的變化（為酉矩陣，）此變換波的強度不變編輯ppt第四章偏振光學矩陣§4.2瓊斯列矩陣在偏振光學中的應(yīng)用例如：旋光介質(zhì)的瓊斯矩陣線偏振光通過旋光介質(zhì)，振動面發(fā)生旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角旋光現(xiàn)象：為介質(zhì)厚度，稱為旋光比例系數(shù)解釋

線偏光可以看作是兩列同方向傳播的旋轉(zhuǎn)方向相反的圓偏振光的合成。在旋光介質(zhì)中，左旋和右旋的圓偏振光傳播的速度不同。在晶體中，經(jīng)過距離d后，位相滯后為

和

。即相對于原來的電矢量分別轉(zhuǎn)過

和

角，導致合成后的線偏光振動面旋轉(zhuǎn)

編輯ppt略去共同因子：第四章偏振光學矩陣§4.2瓊斯列矩陣在偏振光學中的應(yīng)用振動面逆時針轉(zhuǎn)動，則編輯ppt作業(yè)：1.一束與軸成角在一、三象限振動的單位線偏振光，和一束與軸成角在二、四象限振動的單位線偏振光，后者比前者位相超前，用瓊斯矩陣表示法求合成光，并說明合成光的偏振態(tài)。2.將沿軸振動的線偏振光分解為兩個旋轉(zhuǎn)方向相反

的圓偏振光。編輯ppt第四章偏振光學矩陣§4.3斯托克斯列矩陣§4.2偏振光的第二種矩陣表示：

斯托克斯列矩陣一、斯托克斯列矩陣：X、Y坐標系中，任意單色光波的瓊斯矢量為:該光波可以以各種方式分解成兩個相互正交的偏振分量。編輯ppt1、分解成分別沿X、Y軸振動的線偏振分量：兩個分量的強度分別為：編輯ppt2、分解成分別沿與X軸成450和1350振動的線偏振分量：兩個分量的強度分別為：編輯ppt3、分解成一對左、右旋偏振光分量：兩個分量的強度分別為：編輯ppt斯托克斯列矩陣包含四個分量：編輯ppt為可測的實數(shù)量，量綱與光強相同稱為斯托克斯列矩陣編輯ppt

令將其歸一化，則可表示為第四章偏振光學矩陣§4.3斯托克斯列矩陣編輯ppt第四章偏振光學矩陣§4.3斯托克斯列矩陣其中：編輯ppt§4.3斯托克斯列矩陣，線偏振光，左、右旋圓偏振態(tài)斯托克斯列矩陣編輯ppt沿Y方向斯托克斯列矩陣瓊斯列矩陣左旋圓偏振態(tài)右旋圓偏振態(tài)圓偏振態(tài)沿與OX成角方向沿X方向線偏振態(tài)§4.3斯托克斯列矩陣第四章偏振光學矩陣編輯ppt§4.3斯托克斯列矩陣第四章偏振光學矩陣長軸沿X軸

或

或斜橢圓態(tài)長軸沿Y軸正橢圓態(tài)編輯ppt斯托克斯列矩陣各分量的直觀意義：光波的總光強光振動的“優(yōu)勢方向”（線偏振光的振動方向或橢圓偏振光的長軸方向）優(yōu)勢方向接近X軸優(yōu)勢方向接近Y軸優(yōu)勢方向在450或1350方向，或為圓偏振光編輯ppt從另一方面說明光振動的“優(yōu)勢方向”反映光振動的旋向右旋左旋線偏振光優(yōu)勢方向接近450線優(yōu)勢方向接近1350線優(yōu)勢方向在X軸或Y軸上，或為圓偏振光編輯ppt例：已知橢圓偏振光可計算得：優(yōu)勢方向在一、三象限中靠近X軸為右旋偏振光編輯ppt二、斯托克斯參量的物理意義及其對非偏振光的描述第四章偏振光學矩陣§4.3斯托克斯列矩陣斯托克