柚子快報(bào)邀請(qǐng)碼778899分享：筆記 偏振光基礎(chǔ)：分類與表征
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一、偏振光的定義與分類
? ? ? ?定義：光波的電場(chǎng)矢量與磁場(chǎng)矢量都在與光波的傳播方向垂直的平面內(nèi)振動(dòng)，具有偏振特性。偏振是光的固有屬性之一，光在介質(zhì)傳輸過程中，其電場(chǎng)矢量有不同的振動(dòng)狀態(tài)，使得光表現(xiàn)出不同的振動(dòng)狀態(tài)。
? ? ? ?分類：通過電矢量的末端在垂直于傳播方向內(nèi)的平面內(nèi)振動(dòng)軌跡分為 自然光(非偏振光)、部分偏振光、完全偏振光。
線偏振光與橢圓偏振光示意圖
? ? ? ?當(dāng)光波沿著 z 軸傳輸時(shí)，在各個(gè)方向的電場(chǎng)分量分別表示為：
? ? ??：角頻率；t：時(shí)間；k：波矢量(表示波的空間周期性)；Eox 和 Eoy：振幅；1 和?2：相位
? ? ? ?為了得到電場(chǎng)矢量端點(diǎn)的軌跡，聯(lián)立上式消去?t-kz?即可得：?
? ? ? ?該式為橢圓方程，因此一般情況下，光波沿傳播方向投影軌跡為一橢圓
? ? ? ??當(dāng) x, y 方向的相位滿足?=?2-1=m?(m=0, 1, 2, ...) 時(shí)，電場(chǎng)矢量的軌跡會(huì)成為一條直線，稱電場(chǎng)矢量為線偏振：
? ? ? ? 當(dāng)Ex，Ey方向的振幅相等且相位差為/2的奇數(shù)倍，Ex=Ey且 =?2-1=m/2 (m=1, 3,?5?...) 時(shí)，橢圓軌跡退化為一個(gè)圓，稱電場(chǎng)矢量為圓偏振：
? ? ? ? 當(dāng)?? =?2-1=-/2+2m(m=0, 1, 2, ...)，即Ex的相位比Ey超前/2時(shí)，其合成矢量端點(diǎn)為一逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的圓，也為面對(duì)光波觀察時(shí)電場(chǎng)矢量沿著逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，被稱為左旋圓偏振光。
?二、偏振態(tài)表征：斯托克斯矢量 瓊斯矢量
? ? ? ? 瓊斯矢量：利用一個(gè)列向量表示一般的橢圓偏振光的電場(chǎng)矢量的x、y分量
? ? ? ? ?斯托克斯矢量：利用四個(gè)矢量S=(I, Q,U, V)?表征一束光的偏振態(tài)， 可以由電場(chǎng)分量Ex 和Ey 表示：
? ? ? ? ? I ：光強(qiáng)；Q：水平和垂直線偏振方向的強(qiáng)度差；U：為45°和135°線偏振方向的強(qiáng)度差；
? ? ? ? ? V：右旋和左旋圓偏振的強(qiáng)度差
常見偏振態(tài)的斯托克斯矢量與瓊斯矢量
? ? ? ? ? ?光的偏振特性可以由偏振度、線偏振度、圓偏振度以及偏振角描述
? ? ? ? ? ?偏振度：?
? ? ? ? ? ?線偏振度：?
? ? ? ? ? ?圓偏振度：?
? ? ? ? ? ?偏振角：?
? ? 三、偏振光通過光學(xué)元件時(shí)，偏振態(tài)的變化?
? ? ? ? ? ?光學(xué)元件的偏振特性可以用瓊斯矩陣或者穆勒矩陣表征，分別利用瓊斯矩陣和斯托克斯矢量建立起入射光和出射光之間的聯(lián)系：
? ? ? ? ? ?其中2x2瓊斯矩陣J 和4x4穆勒矩陣M能夠由偏振元件的偏振特性決定
? ? ? ? ? ?若偏振光依次通過n個(gè)偏振元件，則出射偏振光的偏振態(tài)由瓊斯矢量和斯托克斯矩陣表示為：?
? ? ? ? ? ? 穆勒矩陣的測(cè)量是偏振成像的基礎(chǔ)。通常，對(duì)于特定入射角和散射角下的特定目標(biāo)，可以通過分別入射四種不同偏振態(tài)：
? ? ? ? ? ? (1,1,0,0)，(1,-1,0,0)，(1,0,1,0)，(1,0,0,1)
? ? ? ? ? ? 根據(jù)接受到的偏振態(tài)，計(jì)算樣本對(duì)應(yīng)矩陣矩陣的16個(gè)元素
? ? ? ? ? ??對(duì)于理想線偏振片，其穆勒矩陣表達(dá)式由其偏振方向與定義的參考方向(通常為0°)之間夾角為?決定：
? ? ? ? ? ? ?因而將設(shè)定為不同的數(shù)值即對(duì)應(yīng)不同偏振方向的線偏振片，而通常的線性相位延時(shí)器的穆勒矩陣表達(dá)式為：
? ? ? ? ? ? ? 其中??為延時(shí)器的快軸與慢軸之間的夾角，phi為快軸的角度。
? ? ? ? ? ? ? 對(duì)于1/4波片，當(dāng)快軸方向沿垂直和水平方向時(shí)，對(duì)應(yīng)的穆勒矩陣分別為：
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