光波的偏振态
光的偏振现象原理
光的偏振现象原理
光的偏振现象是指光在传播过程中，电矢量的振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
这个平面称为光的振动方向或偏振方向。
光的偏振现象可以通过介质对光波进行滤波或反射来实现。
光波的振动方向与电场矢量方向之间有着固定的关系，这种关系可以用偏振方程来描述。
光的偏振状态可以分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振三种。
线偏振是指光波振动方向沿着特定的直线进行。
线偏振可以通过通过透明介质上的透明膜或光栅来实现，这样只有特定方向的电场分量才能透过，并达到偏振的效果。
圆偏振是指光波振动方向沿着特定的圆弧进行。
圆偏振可以通过将线偏振光经过适当的光学元件（如1/4波片或1/2波片）进行转换而实现。
椭圆偏振是指光波振动方向在一个特定的平面内进行，且振动方向沿着椭圆轨迹变化。
椭圆偏振可以通过将圆偏振光或线偏振光经过适当的光学元件进行转换而实现。
光的偏振现象具有重要的应用价值。
例如，在光学显微镜中，通过选择特定偏振方向的光来观察样品，可以获得更清晰的图像。
在液晶显示器中，利用液晶分子的偏振特性，可以控制光的透射和反射，实现图像的显示。
总之，光的偏振现象是光在传播过程中，电场矢量振动方向只在一个特定平面内进行的现象。
通过透明介质的滤波或光学元件的转换，可以实现光的偏振效果。
高二物理竞赛光的五种偏振态课件
A2
1 2
I0
当圆偏振光入射到偏振片上时，随着偏振片旋转，出射光的光强不发生变化
12
光
学
第六章 偏 振 第一节 光的五种偏振态
3．五种偏振光入射到偏振片后出射光情况
椭圆偏振光和部分偏振光：：当椭圆偏振光和部分偏振光入射到偏 振片上时，随着偏振片旋转，出射光的光强将发周期性的大小变化， 但无消光位置。
光学
1
光
学
第六章 偏 振
第一节 光的五种偏振态
1、偏振光概述
根据电磁波理论，光是横波，即振动的电矢量或磁矢量与波的传
播方向垂直。这样就会出现一列光波的振动矢量仅仅在某个平面内的 形象，这就是所谓光的偏振性。事实上，广义光的偏振应该包括五种 状态：
（1）线偏振光
X
X
P
Y
Y
2
光
学
第六章 偏 振
第一节 光的五种偏振态
对于部分偏振光，定义偏振度的概念：
P I MAX I MIN I MAX I MIN
自然光：当自然光入射到偏振片上时，随着偏振片旋转，出射光的光强 不发生变化，与圆偏振光相似。
可以证明，出射光强是入射光强的一半：
1 I 2 I0
13
入射光强为 I A2 I0
设偏振方向与偏振片光轴方向夹角为
，则出射的偏振光振动方程为
E Acos cost
偏振方向与偏振片光轴一致
光轴方向
出射光强为 I A2 cos2 I0 cos2 —— 马吕斯定律
出射光强随着光轴的转动而变化，最大光强为I0，最小光强为零，称作消光
11
光
学ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第六章 偏 振
P点的振动方程可以表示成所选取的坐标系上的分量
光的偏振与干涉光波的特性与干涉现象
光的偏振与干涉光波的特性与干涉现象引言：光是一种电磁波，具有波粒二象性。
在光学当中，光的偏振与干涉是两个重要的概念。
本文将探讨光的偏振性质以及干涉现象，并介绍其特性与应用。
一、光的偏振1.1 光波光波是一种电磁波，振动方向与传播方向垂直。
根据光波的振动方向，可以将光分为不同的偏振态。
1.2 偏振光当光波的振动方向限制在一个特定的平面上时，称为偏振光。
偏振光具有明显的方向性，其振动方向可以用线性偏振、圆偏振或椭圆偏振三种方式进行描述。
1.2.1 线性偏振光线性偏振光的振动方向固定在一个平面上，可以沿任意方向旋转。
线性偏振光可通过偏振片进行产生和分析。
常见的线偏光有水平偏振光和垂直偏振光。
1.2.2 圆偏振光当光波的振动方向沿着一个圆的轨迹旋转时，称为圆偏振光。
圆偏振光可以通过波片或光学元件来产生和分析。
1.2.3 椭圆偏振光椭圆偏振光是振动方向在一个椭圆上旋转的光。
椭圆偏振光具有两个不同的主要轴向，并伴随着椭圆的长短轴比例。
二、干涉光波的特性2.1 干涉现象当两束或多束光波相遇时，会产生叠加干涉现象。
干涉现象的特点是明暗相间的干涉条纹。
2.2 干涉光的性质干涉光可以分为自然光干涉和相干光干涉两种。
自然光干涉是波导中不同频率分量相互干涉形成的，而相干光干涉是来自同一光源、具有相同频率和相位的光波相互干涉形成的。
2.3 干涉光的产生与展示干涉光通常通过干涉仪器或装置来产生和展示。
干涉仪器包括杨氏双缝干涉仪、迈克尔逊干涉仪和马赫-曾德干涉仪等，这些仪器可以展示干涉光的特性和现象。
三、干涉现象的应用3.1 光学显微镜干涉显微镜利用干涉现象来提高显微镜的分辨能力。
通过光的干涉产生明暗的干涉条纹，从而提高显微镜的分辨率，使细小的样品结构更加清晰可见。
3.2 干涉测量干涉仪器可以被应用于长度测量、薄膜厚度测量等领域。
例如，白光干涉仪可以测量出非常小的长度差异，从而应用于微米级尺寸的测量。
3.3 相位测量干涉技术在相位测量中有着广泛的应用，如相位计、干涉测量仪等。
光的横波性与五种偏振态解读
结论：
（1）圆偏振光可以分解为两个互相垂直 的振幅相等、相位差为 / 2 的线偏振光。 （2）可以由这两束线偏振光来代替 这束圆偏振光。
4）圆偏振光的总光强：
I A A 2A
2 x 2 y
2
5）左旋圆偏振光与右旋圆偏振光
（1）定义： 迎着光线传播方向观看， 若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋圆偏振光，此时： / 2 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为 左旋圆偏振光，此时： / 2
I0
自然光
P
I
1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I I0 2
若入射的自然光强为：I 0
3）试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。
自然光由无数条非相干的线偏振光组成 数密度： 单位夹角内包 含的 线偏振光的条数 ( ) 0 角内包含的线偏振 光的条数：
A
注意：
（1）只适用于线偏振光 （2）马吕斯定律公式上的 三角函数项是平方项。
5）起偏器和检偏器
起偏器：任何偏振态的光通过后透射 光都变为线偏振光的器件。 检偏器：检查入射光偏振态的器件 线偏振射光通过此器件后光 强变为零。 偏振片既是起偏器，又是检偏器。
6）一束线偏振光可以分解为两束 互相垂直的线偏振光
若振动矢量 E 顺时针旋转就称为 右旋椭圆偏振光， 若振动矢量 E 逆时针旋转就称为
左旋椭圆偏振光。
6）各种相位差对应的椭圆偏振态图
（1）当坐标系为如图所示时 （2）参量方程为：
Ex Ax cos(t )
Ey Ay cos( t )
y
x
（3）就有如下的各种相位差对应的椭圆偏振态图
第四章 光的偏振知识点归纳
第四章光的偏振知识点归纳
1. 光的偏振概念
- 光的偏振是指光波在传播方向上的振动方式。
- 垂直于传播方向的振动称为横向电场，确定了光的偏振方向。
2. 光的偏振态
- 线偏振：光波只在一个平面上振动，偏振方向垂直于传播方向。
- 圆偏振：光波沿着一个圆轨迹振动，偏振方向沿传播方向旋转。
- 椭圆偏振：光波沿着一个椭圆轨迹振动，是线偏振和圆偏振
的组合。
3. 偏振器
- 偏振器是用于选择或限制特定偏振方向的光的器件。
- 偏振片是常用的偏振器，能够选择性地通过或阻止某个特定
方向的偏振光。
4. 偏振现象
- 偏振衍射：光通过狭缝或衍射光栅时，只允许某些偏振方向
的光传播。
- 偏振散射：非金属表面上的光被散射时，会发生偏振。
水平
偏振光被散射后变为垂直偏振光。
5. 光的偏振应用
- 光学仪器：偏振片在显微镜和摄影领域中被广泛使用。
- 3D影像：通过控制光的偏振状态，实现立体影像效果。
- 光通信：利用偏振保持光信号的传输质量和减少干扰。
6. 光的偏振研究
- 光的偏振是物理学和光学研究中的重要领域。
- 学者通过实验和理论研究，深入探索光的偏振现象和应用。
以上是第四章光的偏振知识点的简要归纳，希望对您有所帮助。
光波的偏振态
In I x I y 2I x 2I y
自然光 — 振动垂直、振幅（强度）相等且相位完全 无关的两个线偏振合成
• 部分偏振光及偏振度 光波=完全偏振光+自然光部分偏振光 设非偏振光强度 I n 总强度 偏振度 偏振光的强度 I P
I In IP
——部分偏振光中偏振成分的相对强度
E Exi E y j
Ex A cos(t kz0 )
光矢量在X-Y平面内投影仍是圆
E y A cos(t kz0 ) 2
迎着光的方向看，顺时针为右旋偏振光 逆时针为左旋偏振光
• 椭圆偏振光 —光矢量在前进的X-Y平面上扫描出一个椭圆
由在X方向和Y方向的两个相位差为 的简谐光 振动合成
E Exi E y j E x A cos( kz0 t ) E y A cos( kz0 t )
由 的值可得椭圆偏振光的右旋和左旋
• 自然光—非偏振光 光波的发射由元辐射组成，各个元辐射的发光时间、 振动方向、和相位都相互独立、彼此无关。 --振动方向和初相位都在作随机变化 --实际普通光场--在任意时刻-大量振动 --各种振动方向及相位都独立无关
IP IP p I In IP
部分线偏振光 线偏振光沿Y方向Iy
I N I x I x 2I x
I P (I x I y ) I N I y I x
IP P IN IP
P Iy Ix Iy Ix
I x 0 p 1 线偏振 I x I y p Байду номын сангаас0 自然光 0 p 1
光的振动方向在振动面内不变 如振动与X轴的夹角为
x
实验中测量光的偏振状态的方法与注意事项
实验中测量光的偏振状态的方法与注意事项光的偏振是光学中一个重要的概念，它描述了光波中电场矢量的振动方向。
在实验中测量光的偏振状态是光学研究中一个常见而关键的任务。
本文将介绍几种常用的测量光的偏振状态的方法，并探讨一些注意事项。
一、偏振片法偏振片法是最常用的测量光的偏振状态的方法之一。
偏振片可以通过选择性地透过一种或多种特定偏振方向的光来实现偏振滤波。
当光通过一个固定方向的偏振片时，只有与该方向偏振的光可以透过，其余方向的光则被吸收或反射。
通过逐步旋转偏振片，可以确定光的偏振状态。
然而，使用偏振片测量光的偏振状态也存在一些注意事项。
首先，偏振片的性能需要稳定和准确。
其次，由于偏振片对光的亮度有一定的损失，因此在测量低强度光时需注意提高光的强度以避免信噪比过低。
此外，偏振片的选择也应根据实验要求进行，以适应不同的波长和场景。
二、干涉法干涉法是一种利用光的干涉现象来测量光的偏振状态的方法。
在干涉仪中，通过将光分裂成两束，再使其重叠产生干涉，可以获得关于光的偏振状态的信息。
例如，将光分成两束，分别通过一面偏振片，再汇合成一束，利用干涉现象可以得到光的偏振状态。
干涉法具有高精度和高灵敏度的优点，适用于测量特定的偏振状态。
然而，由于干涉仪的构造较为复杂，对实验环境与仪器稳定性要求较高，因此在使用干涉法测量光的偏振状态时需注意实验条件和仪器校准。
同时，干涉法也对光源的波长和相干性有一定要求，需要选择合适的光源来保证实验结果的准确性。
三、偏振态分析法偏振态分析法是一种利用偏振态分析器具体测量光的偏振状态的方法。
偏振态分析器是一种具有可选择偏振方向的光学器件，可以通过测量光在不同偏振方向上的功率来确定光的偏振状态。
常见的偏振态分析器包括波片和偏振束分束器等。
偏振态分析法具有快速、便捷和高精度的特点，适用于测量光的偏振状态。
但同时应注意光源的波长和相干性，选择合适的偏振态分析器来进行分析。
此外，还需关注仪器的稳定性和校准，以确保测量结果的准确性。
光的横波性与五种偏振态解读
光的干涉和衍射现象只表明光是一种波动，光的 偏振现象则清楚地显示光是横波（振动方向与传 播方向垂直）而不是纵波。 1．光的偏振现象与光的横波性
1）机械波的横波性的检验
如图，将橡皮绳的一端固定，手拿着另一 端上下抖动，于是横波沿绳传播，在波的 传播路径中放置两个栏杆G1、G2， 若二者缝隙方向一致（a），则通过G1的 振动可无阻碍地通过G2，若二者缝隙方向 垂直（b），则通过G1的振动传到G2 处就被挡住，在G2后不再有波动。这只可 能是横波。
I M 与 I m 的振动方向互相垂直
I M 与 I m 是所有线偏振光在这两个互相 注意：
垂直方向上的投影分量的非相干叠加。
IM Im 4）偏振度： P IM Im I M＝I m 时，P 0 ，为自然光
3）部分偏振光的总光强 I I M I m
I m 0 时，P 1 ，是线偏振光
I0
自然光
P
I
1 旋转偏振片P一周，出射光强均为： I I0 2
若入射的自然光强为：I 0
3）试证明自然光通过偏振片后 出射光强为入射光强的一半。
自然光由无数条非相干的线偏振光组成 数密度： 单位夹角内包 含的 线偏振光的条数 ( ) 0 角内包含的线偏振 光的条数：
0
5．部分偏振光
1）部分偏振光的定义：
在垂直光传播方向的平面上， 所有方向均有横振动，但不同 方向的振动幅度不相等，形成 如图的振幅分布。
2）部分偏振光通过 偏振片后的光强度
部分偏振光
P
I0
若入射的部分偏振光强为 I 0
I
旋转偏振片P一周，出射光强的变化为：
I I M I m I M ，没有消光现象出现
光的偏振态
在与传播方向垂直的平面内光矢量E还可能有各式各样的振动状态，该平面内的具体振动方式称为光的偏振态完全偏振光非偏振光即自然光部分偏振光？完全偏振光：设光的传播方向Z，E位于XY平面，根据正交分解法，任何形式的光振动总可分解E X ，E Y 。
如果这两个分振动完全相关，即有完全确定的相位关系，则相应的光称为完全偏振光（偏振光）完全偏振光—线偏振光，圆偏振光、椭圆偏振光光的偏振状态MAXWELL：E ⊥K ，光波具有横波性（偏振性）椭圆偏振光可看作两个相互垂直、但振幅不相等、有固定相位差Δϕ的线偏振光的合成线偏振光和圆偏振光都可看作椭圆偏振光的特例线偏振光可看作两个相互垂直Δϕ=0,±π的线偏振光的合成对于两个垂直振动的合成，不论相位差Δϕ为何值，E X ⊥E Y ，总有I=I X +I Y ，即合振动的强度简单地等于两个垂直分振动的强度之和。
这对线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光都是适用的偏振片的起偏和检偏，马吕斯定律•起偏：从自然光获得偏振光要得到偏振光往往要通过光与物质的相互作用使自然光的偏振形态产生某种改变•起偏器:起偏的光学器件根据输出光的偏振形态：线起偏器、圆起偏器等•起偏的原理：利用某种光学的不对称性各种起偏器的作用过程都必须包含某种不对称性，它可以是介质在不同作用条件（例如不同的入射角）下的不同响应，更多的则是介质本身的各向异性反射和折射时光的偏振一、反射光的偏振：自然光反射时，可产生部分偏振光或完全偏振光晴朗的日子里，蔚蓝色天空所散射的日光多半是部分偏振光。
散射光与入射光的方向越接近垂直，散射光的偏振度越高。
阳光斜入射时，反射光具有明显的偏振性质S。
用适当的偏振眼镜可减少前方太阳光通过路面（或水面）反射所致的眩目；拍摄水上景物，镜头前加偏振片。
有反射光干扰的橱窗在照相机镜头前加偏振片消除了反射光的干扰i 0。
光的偏振知识点
光的偏振知识点光的偏振是指光波中电场振动方向的特性。
在光的传播过程中，电磁波的电场矢量在空间中做振动。
根据电场矢量振动的方向，可以将光波分为不同的偏振态。
偏振光的分类1. 线偏振光（Linearly polarized light）：电场矢量沿着一条直线振动。
线偏振光可以分为水平偏振光和垂直偏振光，它们的电场矢量分别平行于水平和垂直方向。
2. 圆偏振光（Circularly polarized light）：电场矢量在垂直平面上以圆形轨迹振动。
圆偏振光可以分为左旋偏振光和右旋偏振光，它们的电场矢量在垂直平面上形成逆时针和顺时针旋转的圆形轨迹。
3. 椭偏振光（Elliptically polarized light）：电场矢量在垂直平面上以椭圆形轨迹振动。
椭偏振光由两个成分构成，一个为水平分量，一个为垂直分量。
偏振器偏振器是一种光学器件，可以选择性地通过特定方向的偏振光。
常见的偏振器包括偏振片、偏振棱镜和偏振滤镜。
使用偏振器可以将非偏振光转化为偏振光，也可以改变偏振光的偏振态。
光的偏振应用光的偏振在许多领域都有广泛的应用：1. 光学显微镜中的偏振镜可以消除光的散射，提高图像的清晰度。
2. 电子显示器中使用偏振光来调节显示效果，实现不同的视觉效果。
3. 光通信中使用偏振分束器将光信号分为不同的偏振态，提高信息传输效率。
4. 3D电影中使用偏振技术将左右眼看到的不同偏振光分别显示在屏幕上，使观众可以获得逼真的空间立体效果。
5. 偏振光还在生物领域中得到广泛应用，例如通过偏振显微镜观察生物细胞的结构。
这些都是光的偏振在各个领域中的重要应用。
光的偏振知识有助于我们理解光的性质，并在实际应用中发挥作用。
大学物理 第三章 光的偏振
9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 9.请将下列各图中反射光及折射光的偏振态 画出来. 画出来.图中i0 = tg-1 n2/n1 i≠i0
(E) I 0 cos α .
4
(B) 0.
1 2 (D) I 0 sin α. 4
[ C ]
6.如图,P1, P2为偏振化方向间夹角为α的两个偏 如图, , 为偏振化方向间夹角为α 如图 振片.光强为I 的平行自然光垂直入射到P 表面上, 振片.光强为 0的平行自然光垂直入射到 1表面上, 1 I cos α. 则通过P 的光强I= 则通过 2的光强 2
3. 晶体的光轴 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 当光在晶体内沿某个特殊方向传播时不发生 双折射,该方向称为晶体的光轴 光轴. 双折射,该方向称为晶体的光轴. 例如,方解石晶体(冰洲石) 例如,方解石晶体(冰洲石) 光轴是一特殊的方向 , 凡 平行于此方向的直线均为光 轴. 单轴晶体: 单轴晶体:只有一个光轴的晶体
υ e → ne =
c
υe
根据n 的关系可分为正, 根据 0 ,ne的关系可分为正,负晶体 负晶体 : ve > v0 方解石 : ve < v0 正晶体 英 ne< no,如 ne> no,如石
5. 单轴晶体的主平面 主平面: 主平面:单轴晶体中光的传播方向与晶体 光轴构成的平面. 光轴构成的平面.
α = 0,I = I max = I 0 三. 检偏
消光 α = ,I = 0 ——消光
2
旋转一周 2 明2 暗 自然光 部分偏振光
π
用偏振器件 分析, 分析,检验 光的偏振态
?
堆叠在一起, 例1. 三个偏振片 P1,P2与P3 堆叠在一起, 的偏振化方向相互垂直, P1 与 P3 的偏振化方向相互垂直 , P2 与 P1 的偏振化方向间的夹角为 30 ° .强度为 I0 的自然光垂直入射到偏振片 P1,并依次透过 偏振片 P1 , P2 与 P3 , 若不考虑偏振片的吸 收和反射,则通过三个偏振片后的光强为: 收和反射,则通过三个偏振片后的光强为:
第2章24偏振光与应用
四、日常生活中
1、汽车夜间行驶： 驾驶室的前窗玻璃和车灯的玻璃罩都装有偏振片，
而且规定它们的偏振化方向都沿同一方向并与水平面 成45度角，那么，司机从前窗只能看到自己的车灯发 出的光，而看不到对面车灯的光，这样，汽车在夜间 行驶时，不熄灯，也不减速，也可以保证安全行车。 2、在阳光充足的白天驾驶汽车，从路面或周围建筑物 的玻璃上反射过来的耀眼的阳光，常会使眼睛睁不开。 由于光是横波，所以这些强烈的来自上空的散射光基 本上是水平方向振动的。因此，只需带一副只能透射 竖直方向偏振光的偏振太阳镜便可挡住部分散射光。 3、观看立体电影——特制眼镜
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
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） 44
四、Poincare球
①赤道上任一点代表不同振动方向的线偏振光； ②球的北极 (x /4) 表示右旋圆偏振；南极 (x /4)表示左旋圆偏振。 ③北半球上的每个点表示右旋椭圆偏振形式，南 半球上的每个点表示左旋椭圆偏振形式，椭圆相 应的方位角和椭圆度分别为该点经度和纬度值的 一半。因此， const 所有点表示所有方位角相
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。
光学如何分析光的偏振现象
光学如何分析光的偏振现象光的偏振现象是指光波在传播过程中振动方向的特性。
在光学领域中，准确分析和描述光的偏振现象对于理解光的传播和应用具有重要意义。
以下是光学中常用的分析偏振现象的方法和技术。
一、偏振光的性质偏振光是指在一个方向上振动的光波，而非在所有方向上均匀振动。
通过分析偏振光的性质，可以得到有关光的偏振状态的重要信息。
1. 偏振态的描述偏振态的描述通常采用“偏振方向”和“偏振度”两个指标。
偏振方向表示光波在某个方向上的振动情况，可以用角度来表示，如0°、45°、90°等；而偏振度则用于描述光波的偏振程度，其取值范围为0到1，偏振度为0表示非偏振光，为1表示完全偏振光。
2. 偏振光的传播偏振光在传播过程中会遵循一定的规律。
其中，马吕斯定律是最基本的描述偏振光传播规律的原理。
根据马吕斯定律，光的振动方向垂直于偏振器的光轴时，光波将完全被吸收；而光的振动方向与偏振器光轴平行时，光波将完全通过。
二、偏振光的分析方法光的偏振分析方法多种多样，下面介绍其中几种常用的方法。
1. 偏振片偏振片是最常用的分析偏振光的工具之一。
偏振片是一种特殊的光学元件，能够选择性地透过或阻挡振动方向与其光轴相匹配的光波。
通过旋转偏振片，可以改变透过光的偏振方向，从而精确地分析偏振态。
2. 波片波片是另一种常见的分析偏振光的工具，也称为四分之一波片或半波片。
波片能够改变透过光的相位，从而改变光的偏振状态。
通过调整波片的角度，可以实现对偏振光的分析和调节。
3. 干涉仪干涉仪是一种高精度的光学仪器，能够分析光的相位差和干涉现象。
其中，迈克耳孙干涉仪是常用的一种。
通过干涉仪，可以对偏振光进行精确的分析，并得到与偏振状态相关的相位差数据。
4. Stokes矢量Stokes矢量是描述偏振光偏振状态的数学工具。
通过测量不同方向上的光强和光强差，可以计算出Stokes矢量的各个分量，从而获得偏振光的详细信息。
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1 2
i 1 , er
1 1
2
i
39
E1
E2
f11 f21
f12
f22
e1
e2
40
41
28
29
30
（4）图示法
31
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33
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（5）Jones矢量与Stokes矢量的关系
36
37
1.3 偏振态的分解
由于偏振光可用二维列矩阵形式的琼斯矢量来表示，如果两个琼斯矢量满 足下列条件：
E1 E2 E2 E1 0 Ei Ei 1 (i 1, 2)
这里，＋表示转置复共扼。这样两个琼斯矢量E1、E2组成正交完备系， 可以表示任意琼斯矢量E：
其中， 2 1
上式是椭圆方程，因为其系数行列式大于零。
3
想一想，磁场矢量的端点轨迹，电场矢量 E与磁场矢量H的关系如何？
4
（2）线偏振与圆偏振
线偏振是指光波电场矢量E的方向始终保持不变。 圆偏振是指光波电场矢量E的端点轨迹是圆。
5
讨论： 如何判断偏振光矢量端点的旋转方向？
6
总结：
7
8
如，归一化的x方向线偏振光与归一化的y方向线偏振光对应的琼斯矢量 (e1,e2)；归一化的右旋圆偏振光与归一化的左旋圆偏振光对应的琼斯矢 量(er,el)。
38
[e1
e2 ] el
er
2 i
2
1
1 i
转换矩阵
A
2 i
2
1
1
i
为酉矩阵。
因为矩阵A满足：A-1 = A+
这里：
1 0 e1 0 , e2 1 , el
（3）偏振光器件
（1）直线偏振器P （2）直线位相器R （3）旋光器T
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1.2 偏振态的描述
由于两振动方向相互垂直的偏振光叠加时，一般形成椭圆偏振光，两
偏振光的振幅比以及相位差确定了椭圆的长短轴及其空间取向。因此，
只需两个特征参量
就可确定任意光波的偏振态。
（1）三角函数表示法
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1. 光波的偏振态及其 分析方法
1.1 光波的偏振态
（1）椭圆偏振
平面电磁波是横波，电场与磁场彼此正交。假定光沿z方向传输， 则电场只有x,y方向的分量。平面波方程为：
E E0 cos(t kz 0 )
令 t kz, 写成分量形式：
2
为了求得电场矢量端点所描绘的曲线，消去参量 ，得到：
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（2）Jones矢
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例1：左右圆偏振光的合成
考虑频率相同、振幅相等、而位相不同的左右圆偏振光的合成。
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例2：正交偏振光
证明：
例3：偏振光器件的Jones矩阵
（1）部分直线偏振器
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（2）
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（3）旋光器
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（3）Stockes矢量表示法