《现代光学基础教学课件》04章.ppt

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1、第四章偏振光学矩阵第四章偏振光学矩阵§4.1偏振光的第一种矩阵表示：琼斯列矩阵§4.2偏振光的第二种矩阵表示：斯托克斯列矩阵第四章偏振光学矩阵1、光的偏振性纵波：波的振动方向和波的传播方向相同。横波：波的振动方向和波的传播方向相互垂直。纵波对于波传播方向具有对称性通过波的传播方向所作的所有平面内，振动情况都是一样的。横波对于波传播方向没有对称性通过波的传播方向所作的诸多平面中，包含振动方向的那个平面和其他平面不同。2、光的偏振态电矢量的各种不同的振动状态。常见的光的偏振态：光波：光波是横波，具有偏振性。振动方向对于传播方向的不

2、对称性叫做光的偏振。只有横波才有偏振现象。自然光部分偏振光线偏振光圆偏振光椭圆偏振光§4.1偏振光的第一种矩阵表示：琼斯列矩阵一、偏振光的琼斯列表示各种偏振态的光，都可用振动互相垂直的两列波的叠加来描述光波的复指数表达式：其中：且琼斯列矩阵§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵归一化琼斯列矩阵：偏振光强度：琼斯列矩阵电矢量端点轨迹的投影为圆。迎着光的传播方向观察。圆偏正光§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵偏振态琼斯列矩阵强度归一化的琼斯列矩阵右旋正椭圆左旋正椭圆右旋圆偏振左旋圆偏振§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵偏振态琼斯

3、列矩阵强度归一化的琼斯列矩阵一，三象限线偏振二，四象限线偏振沿Y轴线偏振沿X轴线偏振1、时，旋向为左；时，旋向为右。2、椭圆长轴位于一、三象限椭圆长轴与x轴成角椭圆长轴位于二、四象限椭圆长轴与x轴成角3、一、三象限线偏光线偏光与x轴成角二、四象限线偏光线偏光与x轴成角右旋正椭圆偏振光右旋圆偏振光4、左旋正椭圆偏振光左旋圆偏振光§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵二、偏振光的叠加与分解一束单位强度的左旋圆偏光与右旋圆偏光相加强度为2沿X轴的线偏光与X轴夹角为的线偏光（一）叠加：1、两束光位相相同：2、前者比后者位相超前一束与

4、X轴成角，在一、三象限振动的单位线偏振光一束与X轴成角，在二、四象限振动的单位线偏振光沿X轴的线偏振光1、两束光位相相同：右旋圆偏振光2、后者比前者位相落后§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵笛卡儿基矢量对（二）分解：1、正交琼斯矢量（正交偏振）正交归一的矢量对：两个琼斯矢量正交且强度均为1任一琼斯矢量可分解为：即：§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵选取任意的椭圆偏振基矢（强度为1，可不必正交）为任意复数2）广义琼斯矢量§4.1琼斯列矩阵第四章偏振光学矩阵三、坐标旋转引起的琼斯矩阵的变化（为酉矩阵，）此变换波的强度不变第

5、四章偏振光学矩阵§4.2琼斯列矩阵在偏振光学中的应用例如：旋光介质的琼斯矩阵线偏振光通过旋光介质，振动面发生旋转，旋转角旋光现象：为介质厚度，称为旋光比例系数解释线偏光可以看作是两列同方向传播的旋转方向相反的圆偏振光的合成。在旋光介质中，左旋和右旋的圆偏振光传播的速度不同。在晶体中，经过距离d后，位相滞后为和。即相对于原来的电矢量分别转过和角，导致合成后的线偏光振动面旋转略去共同因子：第四章偏振光学矩阵§4.2琼斯列矩阵在偏振光学中的应用振动面逆时针转动，则作业：1.一束与轴成角在一、三象限振动的单位线偏振光，和一束与轴成角在

6、二、四象限振动的单位线偏振光，后者比前者位相超前，用琼斯矩阵表示法求合成光，并说明合成光的偏振态。2.将沿轴振动的线偏振光分解为两个旋转方向相反的圆偏振光。第四章偏振光学矩阵§4.3斯托克斯列矩阵§4.2偏振光的第二种矩阵表示：斯托克斯列矩阵一、斯托克斯列矩阵：X、Y坐标系中，任意单色光波的琼斯矢量为:该光波可以以各种方式分解成两个相互正交的偏振分量。1、分解成分别沿X、Y轴振动的线偏振分量：两个分量的强度分别为：2、分解成分别沿与X轴成450和1350振动的线偏振分量：两个分量的强度分别为：3、分解成一对左、右旋偏振光分量：

7、两个分量的强度分别为：斯托克斯列矩阵包含四个分量：为可测的实数量，量纲与光强相同称为斯托克斯列矩阵令将其归一化，则可表示为第四章偏振光学矩阵§4.3斯托克斯列矩阵第四章偏振光学矩阵§4.3斯托克斯列矩阵其中：§4.3斯托克斯列矩阵，线偏振光，左、右旋圆偏振态斯托克斯列矩阵沿Y方向斯托克斯列矩阵琼斯列矩阵左旋圆偏振态右旋圆偏振态圆偏振态沿与OX成角方向沿X方向线偏振态§4.3斯托克斯列矩阵第四章偏振光学矩阵§4.3斯托克斯列矩阵第四章偏振光学矩阵长轴沿X轴或或斜椭圆态长轴沿Y轴正椭圆态斯托克斯列矩阵各分量的直观意义：光波的总光强

8、光振动的“优势方向”（线偏振光的振动方向或椭圆偏振光的长轴方向）优势方向接近X轴优势方向接近Y轴优势方向在450或1350方向，或为圆偏振光从另一方面说明光振动的“优势方向”反映光振动的旋向右旋左旋线偏振光优势方向接近450线优势方向接近1350线优势方向在X轴或Y轴上，或为