基础光学第3章光的偏振

其中x和y分别是x，y轴分量的初相位，δx与δy表示x， y轴分量的实际相位。简略共同时间项 exp(i t)
E%x E0x exp(i x )

E%y

E0 y
exp(i
y
)
琼斯矢量 形式
E


E%x E%y



E0 x E0 y
exp(i exp(i
各光矢量之间无固定的 相位关系。
可用两个相互垂直的光 矢量表示自然光，但两 者之间也无固定的相位 关系。
Ax aix Ay aiy
I0 Ax2 Ay2
x
z
y
I x Ax2
I A y
2 y Ax aix
（非相干迭加）
Ix

Iy

I0 2
线偏振光
光矢量 E 只沿一个固定方向振动。
或
P Imax Imin
Imax Imin
自然光 线偏振光 部分偏振光
P =0, 又称为非偏振光； P=1，又称为全偏振光； 0 < P < 1。
圆偏振光
光的电矢量绕传播方向匀速转动。
光的电矢量的瞬时值大小不变， 其
端点描绘的的轨迹为圆。
w
某时刻光矢量沿传播方向的改变
圆偏振光
y E0
x y
) )
光强归一化形式
I E%x 2 E%y 2 E%x E%x* E%y E%y* E02x E02y
E
1 E02x E02y

E%x E%y


1 E0x exp(i x )
E02x E02y

E0
y
exp(i
y
)
y E0y
-E0x
O
E0x
-E0x
x
O
E0x
x
-E0y (a) 0
-E0y (b)
马吕斯定律
P0
P1
I0
a
I1
P0
A0
a
A2
P1 A1
A1 A0 cos
I1 I0 cos2
2 , 3 2 I1 0
起偏器:将入射光变成线偏振光的器件。
检偏器:检查入射线偏振光的电矢量振动方向的器件。
光的电矢量的端点在波面内描绘的轨 迹为一椭圆的光。
������������
������������
O
������������
y Ay
O
E Ax x
Ex E0x cos( t kz)

E
y

E0 y
cos(
t

kz
)
0 右旋椭圆偏振光 2 左旋椭圆偏振光
y E0
-E0
O
E0
-E0
O
x
E0 x
-E0
(a) (右旋） 2
Ex E0 cos( t kz)

Ey

E0
cos( t
kz
)
-E0 (b) (左旋）
2
( 或 - )
2
2
取正负π2时，分别表示右旋、左旋圆偏振光
椭圆偏振光
0
1 4
1 2
3 4

5 4
3 2
7 4
2
9 4
k
k 0,1, 2,L
为直线
k
为椭圆
(2k 1)
2
为正椭圆
E0x = E0y= E0 为圆
【例3.2】一束部分偏振光由自然光和线偏振光混合组成，当 它通过一转动的偏振片时，透射光光强的最大值是最小值的 5 倍。求入射光中自然光和线偏振光的光强各占入射光光强 的几分之几？
3.1 光波的偏振态
纵波：波的振动方向与波的传播方向相同的波。
横波：波的振动方向与波的传播方向相互垂直的波。
偏振：波的振动方向对于传播方向的不对称性。 偏振性是横波区别于纵波的重要特征。 光是特定频率范围内的电磁波。
光起作用的是电场强度矢量，称为光矢量。
光矢量的振动方向与光的传播方向垂直，这一特 征称为光的偏振。
部分偏振光
部分偏振光：在垂直于传播方向的平面内一切可能的振动 方向上同时存在着电矢量的振动，但其在某个振动方向上 的电矢量振幅比其他方向更占优势。
z (a)
z (b)
部分偏振光可以看作是线偏振光和自然光的混合
部分偏振光
自然光
线偏振光
偏振度：部分偏振光中线偏振成分所占的比例
P IP IP IN
椭圆偏振光
Ex E0x exp(i t) exp[i(kz x )] E0x exp(i t) exp(i x ) Ey E0y exp(i t) exp[i(kz y )] E0y exp(i t) exp(i y ) x kz x , y kz y
I max

1 2
I10

I20
/2 时，透射光强取最小值
I min

1 2
I10
Q Imax 5Imin
I20 2I10
1 2
I10

I20

5
1 2
I10
I10 1 I0 3
I20 2 I0 3
3.2 完全偏振光的琼斯矩阵表示
琼斯矢量：任一偏振光由其光矢量的两个分量构成的一列矩 阵（列矢量）来表示。
偏振片
作用：当一束光照射并通过偏振片时，某一个方向 振动的光矢量成分可以顺利透过。
原理：某个方向的的电矢量不吸收，垂直方向的电 矢量全部吸收。
光的偏振态（五种）
自然光 偏振光
完全偏振光
线偏振光
椭圆偏振光 圆偏振光
部分偏振光
自然光
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由于原子发光的独立性与随机性， 对于普通光源所发的光，光矢量分 布各向均匀。
振动面：光矢量方向与光的传播方向构成的平面。
线偏振光的电矢量可以分解为方向任意但相互垂直的 两个电矢量
E Exx0 Eyy0
两方向的电矢量的相位差 恒定为0或者π
Ex E0x cos( t kz)

E
y

E0 y
cos( t
y

kz + )
E0y
( 0 或 )
考虑相位差和振幅比
E

E0x exp(i x )
E02x E02y


E0
1
exp(i )
其中
E0

E0 y E0x
， y x
【解】设入射光光强为 I0 其中，自然光强度为 I10 线偏振光强度为 I20
I0 I10 I20
设三者通过偏振片后的光强分别为
I , I1, I 2
则有
1 I1 2 I10
I2 I20 cos2
则
I

I1

I2

1 2
I10

I 20
cos2

0 时，透射光强取最大值