第2章 无限大均匀各向同性介质中的光波.ppt

2.3 光波场的吸收、色散和散射  2.4 光波场的偏振态 1. 光波的完全偏振 1. 光波的完全偏振 2）线偏振与圆偏振 —椭圆偏振的特例！ 1)线偏振： 2)圆偏振： 2.4.2偏振态描述 两振动方向相互垂直光叠加椭圆偏振光： 两偏振光振幅比及其相位差决定该椭圆的长、短轴之比及其空间取向。因此，只需两个特征参量：就可表示任一光波的偏振念。 描述椭圆偏振光各参量之间关系的四种方法： 一、三角函数表示法 二、琼斯矢量法 三、斯托克斯矢量法 四、 图示法 一、三角函数表示法 二、Jones矢量法 用列矩阵表示电场矢量x、y分量： ——Jones矢量 ——Jones规一化矢量 二、Jones矢量法 线偏光： 右旋圆偏光： ?可以计算偏振光叠加；偏振光通过若干偏振片后的偏振态 引入Jones矩阵? 三、Stockes矢量法 四参量描述光强与偏振： 注：可描述非偏振与非单色光情况，比Jones矢量法描述对象范围更广 定义： 将讨论的光分别通过四块滤色片Fl，F2，F3和F4，测出通过滤色片后光强I1，I2，I3和I4则斯托克斯参量为:[I,M,C,S] 规一化Stockes矢量： 三、Stockes矢量法 四个滤色片的功能如下： ①每块滤色片对自然光透过率均为0.5； ②每块滤色片之通过面均垂直入射光； ③Fl是各向同性，对任何入射光作用相同； F2的透光轴沿x轴(对y方向振动的光完全吸收)； F3的透光轴与x轴夹角45度； F4对左旋圆偏振光不透明。 三、Stockes矢量法 入射光通过若干偏振元件情况 引入穆勒矩阵（Mueller matrix） 四、Poincare球 2.4.3 Jones矩阵与Mueller矩阵 光学元件的传输矩阵可以用2x 2的琼斯矩阵来表示，也可以用4x 4的穆勒矩阵来表示． 琼斯矩阵用琼斯矢量进行运算，而琼斯矢量与电场的振幅及相位相关； 穆勒矩阵用斯托克斯矢量进行运算，而斯托克斯矢量与光强成正比。 应用的场合比较： 部分偏振光问题时，用穆勒矩阵法； 偏振光发生干涉效应，选用琼斯矩阵法。 多光束问题中， 如果光束之间表现为强度相加，则宜采用穆勒矩阵法； 如果光束之间表现为相干．则宜采用琼斯矩阵法。 2.4.3 Jones矩阵与Mueller矩阵 以偏振器件(能够产生线偏振光的元件)为例： 设有一沿z方向传输的线偏振光，其偏振方向平行于x轴，垂直入射到偏振器表面，该偏振器保持入射线偏振态不变情况下的最大透过系数为tx，称此时偏振器的方向为x方向；相应条件下的最小透过系数为ty，则偏振器的待性可用这两正交方向(x，y)上的透过系数来表示。 穆勒矩阵为： Jones矩阵为： 对Mueller矩阵有转换矩阵： Mueller矩阵为： 2.4.4 Jones矢量与Stockes矢量关系 夹心矩阵 偏振光Jones矢量为 厄米共轭形式为： 偏振光Stockes矢量为： P1，P2，P3，P4为夹心矩阵，与Pauli旋转矩阵相关 2. 4. 5 应用举例 一、太阳仪器之双折射滤光器：冰洲石晶体双折射 一、双折射滤光器： 一、双折射滤光器： 二、椭偏测量术： 利用偏振光和物质相互作用而引起的各种效应： 可对许多参量进行测量。也可用于对介质本身的某些特性进行研究。 其基本过程是：偏振光波通过介质时与介质发生相互作用。这种相互作用将改变光波的偏振态，测出这种偏振态的变化，就可获得我们所需的重要信息。 三、偏振光位移传感器 伺服比较式位移传感器： 抗光强漂移 将被测量的直线位移x通过机械结构(线性地)转换为角位移，通过起偏器引入角位移，正交双检偏器和步进电机的主轴相连，跟踪起偏器转动。起偏器一侧装有发光元件(LED)，检偏器一侧装有关于发光元件对称的两个光电检侧元件(PD)。 该角位