矩阵光学中的琼斯矩阵方法与其在偏振光中的应用

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1、西南民族大学学报·自然科学版第40卷第5期Sept2014___________________________________________________________________JournalofSouthwestUniversityforNationalitiesNaturalScienceEditiondoi:10.3969/j.issn.1003-4271.2014.05.26矩阵光学中的琼斯矩阵方法与其在偏振光中的应用何启浩(西南民族大学电气信息工程学院,四川成都610041)摘要:分析和探讨了线偏振光、椭圆(圆)偏振光

2、和常用起偏方法与偏振光学器件以及矩阵光学中的琼斯矩阵方法,结合一些实例的计算与分析,探讨了偏振光的叠加与合成和偏振光通过组合偏振光学器件后出射光的偏振态,进一步分析和探讨了琼斯矩阵在偏振光中的应用.关键词:偏振光;矩阵光学;琼斯矩阵与应用中图分类号:O436文献标识码:A文章编号:1003-4271(2014)05-0772-04矩阵光学是将矩阵应用于光学,这对于描述和表述一些繁琐的光学问题(例如几何光学计算、薄膜干涉等)[1-2]以及解决一些实际光学问题提供了方便和有效方法.1941年美国物理学家琼斯(R.C.Jones)提出了任意偏振光[3

3、-9]可以由它的光矢量的两个分量构成的一个列矩阵来表示,这个列矩阵称为琼斯矢量.用琼斯矩阵描述光的偏振态及其叠加与变换,不仅形式简洁,而且可以方便地计算得到偏振光通过不同组合的偏振光学器件后出射光的偏振态.本文分析和探讨了偏振光和琼斯矩阵的方法,结合一些实例的计算与分析,探讨了琼斯矩阵在偏振光中的应用.1偏振光1.1线偏振光(平面偏振光)和椭圆(圆)偏振光光矢量在光传播中始终保持在一个固定平面上振动的光称为线偏振光(也称平面偏振光).椭圆(圆)偏振光是指光矢量绕着光的传播方向旋转,光矢量的端点轨迹是一个椭圆(圆).椭圆(圆)偏振光可分解为两束振

4、动方向相互垂直的、不等幅(等幅)的、相位差恒定的线偏振光的叠加.有右旋椭圆(圆)偏振光与左旋椭圆(圆)偏振光.1.2常用起偏方法与偏振光学器件1.2.1偏振片[3-7]某些物质(例如硫酸碘奎宁晶体、电气石等)能吸收某一方向的光振动,而只让与这个方向垂直的光振动通过,这种性质称二向色性.偏振片是以利用晶体的各向异性对某一方向的光振动有强烈吸收;另一方向可以通光(称为偏振化方向).偏振片既可用于“起偏”;也可用于分析、检验光束的偏振状态,即“检偏”.1.2.2光在各向异性介质中的传播“起偏”[3-4]双折射起偏:一束光入射到具有各向异性的晶体媒质(

5、如方解石、石英等)中分成两束(e光,o光)光的现象称为双折射现象.光在这种晶体内沿光轴传播时无双折射.其余情况则均得到两束分开的线偏振光.用双折射晶体可制成各种波片和补偿器.例如沃拉斯顿(Wollston)棱镜、尼科耳(Nicol)棱镜;巴俾涅(Babinet)补偿器等.1.2.3光在两种介质界面上的反射“起偏”当自然光在两种介质界面上反射和折射后变为部分偏振光的现象:反射光中垂直于入射面光矢量的分量比例大;折射光中则平行于入射面光矢量的分量比例大.当入射角i变,反射光、折射光的偏振度也变.当自然光[3-9]以布儒斯特角(起偏振角)ib入射时:

6、反射光为线偏振光,光矢量振动方向垂直于入射面.___________________________收稿日期：2014-07-24作者简介：何启浩(1959-),男,汉族,重庆人,副教授;研究方向:光学.____________________________________________________________第5期何启浩:矩阵光学中的琼斯矩阵方法与其在偏振光中的应用_______7732偏振光和偏振光学器件的琼斯矩阵2.1偏振光的琼斯矩阵2.1.1线偏振光琼斯矩阵(归一化形式)[3-7]10光矢量沿x轴;光矢量沿y轴

7、01o11cos光矢量与x轴夹角为±45光矢量与x轴夹角为±θ21;sin2.1.2圆偏振光琼斯矩阵:1111左旋右旋2i;2i[9]椭圆偏振光的琼斯矩阵形式为:1111正椭圆:左旋;右旋12i12i11Ey0一般椭圆:i;其中振幅比;y0x0相位差12eEx0[3-7]2.2常用偏振光学器件的琼斯矩阵2.2.1线偏振器1000透光轴分别在x方向和y方向等：川西獐牙菜多糖的提取及含量测定0

8、001111o透光轴与x轴夹角为±45211透光轴与x轴夹角为θ2.2.21/4波片1010快轴分别在x方向和y方向