矩陣光學中的瓊斯矩陣方法與其在偏振光中的應(yīng)用

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1、西南民族大學學報·自然科學版第40卷第5期Sept2014___________________________________________________________________JournalofSouthwestUniversityforNationalities?NaturalScienceEditiondoi:10.3969/j.issn.1003-4271.2014.05.26矩陣光學中的瓊斯矩陣方法與其在偏振光中的應(yīng)用何啟浩(西南民族大學電氣信息工程學院,四川成都610041)摘要:分析和探討了線偏振光、橢圓(圓)偏振光

2、和常用起偏方法與偏振光學器件以及矩陣光學中的瓊斯矩陣方法,結(jié)合一些實例的計算與分析,探討了偏振光的疊加與合成和偏振光通過組合偏振光學器件后出射光的偏振態(tài),進一步分析和探討了瓊斯矩陣在偏振光中的應(yīng)用.關(guān)鍵詞:偏振光;矩陣光學;瓊斯矩陣與應(yīng)用中圖分類號:O436文獻標識碼:A文章編號:1003-4271(2014)05-0772-04矩陣光學是將矩陣應(yīng)用于光學,這對于描述和表述一些繁瑣的光學問題(例如幾何光學計算、薄膜干涉等)[1-2]以及解決一些實際光學問題提供了方便和有效方法.1941年美國物理學家瓊斯(R.C.Jones)提出了任意偏振光[3

3、-9]可以由它的光矢量的兩個分量構(gòu)成的一個列矩陣來表示,這個列矩陣稱為瓊斯矢量.用瓊斯矩陣描述光的偏振態(tài)及其疊加與變換,不僅形式簡潔,而且可以方便地計算得到偏振光通過不同組合的偏振光學器件后出射光的偏振態(tài).本文分析和探討了偏振光和瓊斯矩陣的方法,結(jié)合一些實例的計算與分析,探討了瓊斯矩陣在偏振光中的應(yīng)用.1偏振光1.1線偏振光(平面偏振光)和橢圓(圓)偏振光光矢量在光傳播中始終保持在一個固定平面上振動的光稱為線偏振光(也稱平面偏振光).橢圓(圓)偏振光是指光矢量繞著光的傳播方向旋轉(zhuǎn),光矢量的端點軌跡是一個橢圓(圓).橢圓(圓)偏振光可分解為兩束振

4、動方向相互垂直的、不等幅(等幅)的、相位差恒定的線偏振光的疊加.有右旋橢圓(圓)偏振光與左旋橢圓(圓)偏振光.1.2常用起偏方法與偏振光學器件1.2.1偏振片[3-7]某些物質(zhì)(例如硫酸碘奎寧晶體、電氣石等)能吸收某一方向的光振動,而只讓與這個方向垂直的光振動通過,這種性質(zhì)稱二向色性.偏振片是以利用晶體的各向異性對某一方向的光振動有強烈吸收;另一方向可以通光(稱為偏振化方向).偏振片既可用于“起偏”;也可用于分析、檢驗光束的偏振狀態(tài),即“檢偏”.1.2.2光在各向異性介質(zhì)中的傳播“起偏”[3-4]雙折射起偏:一束光入射到具有各向異性的晶體媒質(zhì)(

5、如方解石、石英等)中分成兩束(e光,o光)光的現(xiàn)象稱為雙折射現(xiàn)象.光在這種晶體內(nèi)沿光軸傳播時無雙折射.其余情況則均得到兩束分開的線偏振光.用雙折射晶體可制成各種波片和補償器.例如沃拉斯頓(Wollston)棱鏡、尼科耳(Nicol)棱鏡;巴俾涅(Babinet)補償器等.1.2.3光在兩種介質(zhì)界面上的反射“起偏”當自然光在兩種介質(zhì)界面上反射和折射后變?yōu)椴糠制窆獾默F(xiàn)象:反射光中垂直于入射面光矢量的分量比例大;折射光中則平行于入射面光矢量的分量比例大.當入射角i變,反射光、折射光的偏振度也變.當自然光[3-9]以布儒斯特角(起偏振角)ib入射時:

6、反射光為線偏振光,光矢量振動方向垂直于入射面.___________________________收稿日期：2014-07-24作者簡介：何啟浩(1959-),男,漢族,重慶人,副教授;研究方向:光學.____________________________________________________________第5期何啟浩:矩陣光學中的瓊斯矩陣方法與其在偏振光中的應(yīng)用_______7732偏振光和偏振光學器件的瓊斯矩陣2.1偏振光的瓊斯矩陣2.1.1線偏振光瓊斯矩陣(歸一化形式)[3-7]?1??0?光矢量沿x軸??;光矢量沿y軸?

7、??0??1?o1?1??cos??光矢量與x軸夾角為±45??光矢量與x軸夾角為±θ??2??1?;?sin??2.1.2圓偏振光瓊斯矩陣:1?1?1?1?左旋??右旋??2??i?;2?i?[9]橢圓偏振光的瓊斯矩陣形式為:1?1?1?1?正橢圓:左旋??;右旋??1??2??i?1??2???i?1?1?Ey0一般橢圓:?i??;其中??振幅比;???y0??x0相位差1??2???e?Ex0[3-7]2.2常用偏振光學器件的瓊斯矩陣2.2.1線偏振器?10??00?透光軸分別在x方向和y方向?等：?川西獐牙菜多糖的提取及含量測定???0

8、0??01?1?1?1?o透光軸與x軸夾角為±45??2??11?透光軸與x軸夾角為θ2.2.21/4波片?10??10?快軸分別在x方向和y方向??