偏振光的Stokes列矩陣表示及應用.pdf

《偏振光的Stokes列矩陣表示及應用.pdf》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第26卷第2期光學儀器Vol.26,No.22004年4月OPTICALINSTRUMENTSApril,2004文章編號:1005-5630(2004)02-0042-05X偏振光的Stokes列矩陣表示及應用陳衛(wèi)斌,顧培夫(浙江大學現(xiàn)代光學儀器國家重點實驗室,浙江杭州310027)摘要:介紹了光學系統(tǒng)的偏振效應以及常用的偏振分析方法,引入了Stokes列矩陣來表示入射光波的偏振特性,并給出了Stokes各參量的實驗測定方法與計算公式。關(guān)鍵詞:Stokes列矩陣;偏振效應;偏振度;偏振類型中圖分類號:O484.4文獻標識碼:AUsingStokesvectorexpresspolarize

2、dlightandapplicationCHENWei-bin,GUPei-fu(StateKeyLaboratoryofModernOpticalInstrumentation,ZhejiangUniversity,Hangzhou310027,China)Abstract:Polarizationeffectsinopticalsystemsandcommonmethodsofpolarizationanalysisarepresented.Stokesvectorisinducedtoexpressthepolarizationofinputlight.Experimenttomeas

3、ureStokesvectorandtheformulasarealsodiscussedbriefly.Keywords:Stokesvector,polarizationeffect,degreeofpolarization,polarizationtype1引言對光學系統(tǒng)偏振效應的準確建模是評估光學系統(tǒng)性能一個非常重要的工具。偏振分析建?？梢苑譃閮蓚€方面:一是入射光束的建模,比如對入射光束各種偏振態(tài)的建模;二是對改變光束偏振態(tài)的各光學元[1]件的建模。要對整個光學系統(tǒng)的偏振效應進行分析建模,這兩方面都是極其重要的。如果對所有光學元件界面的偏振分析僅僅局限在全偏振光,其應用范圍將大受限制

4、。所以,建模的時候應該包括對部分偏振光和非偏振光的建模。這樣的建模提高了在任何入射光條件下對光學系統(tǒng)偏振特性進行分析的準確性。所以,必須進行對入射光束偏振特性進行全面的描述。常用的偏振分析方法有Jones算法、Mueller算法、偏振光線追[2]跡算法三種,分別用Jones矢量、Stokes矢量、三維偏振矢量來表示入射光束的偏振特性。2Stokes列矩陣的引入[4]對于如圖1所示的橢圓偏振光,可以用兩種方式表示其橢圓偏振態(tài)。第一種表達方式是ExEx′cosB=R(-H)=R(-H)(1)EyEy′jsinBX收稿日期:2003-11-30作者簡介:陳衛(wèi)斌(1981-),男,浙江溫嶺人,在讀碩

5、士生,主要從事薄膜偏振器件的研究工作。第2期陳衛(wèi)斌等:偏振光的Stokes列矩陣表示及應用·43·b式中:tgB=±(2)atgB為橢圓率,b為短半軸長度,a為長半軸長度,“±”規(guī)定:右旋為“+”,左旋向為“-”。B的定義域為(-P/4,P/4),B>0為右旋,B<0為左旋。圖1橢圓偏振光的特征參量第二種表達方式是:j

6、Ex,Ey,<在測量的時候被認為是恒定的。為了處理部分偏振光和非偏振光,特引入Stokes列矩陣。如圖二所示的Poincare球表示的偏振光,可得1S1=cos2Bcos2H21S2=cos2Bcos2H(5)21S3=sin2B2Stokes參量由S0,S1,S2,S3來表示光波的振幅、相位和偏振。他們可以用電場矢量在直角坐標下的分量來[3]表示:22S0=〈Ex〉+〈Ey〉22S1=〈Ex〉-〈Ey〉(6)S2=2〈ExEycos<〉S3=2〈ExEysin<〉其中,<=

7、5°和-45°偏振分量的光強差,S3表示右旋和左旋圓偏振分量的光強差。如果S2、S3或者S4分量不為零,則表示光波存在偏振特性。Stokes參量是可以測量的量,其量綱是光強。它不僅可以描述全偏振光,還可以描述部分偏振光和自然光。用強度表示的Stokes參量為:S0=I0=Ix+Iy=I+45°+I-45°=Il+IrS1=Ix-Iy(7)S2=I+45°-I-45°S3=Il-Ir·44·光學儀器第26卷歸一