光学知识整理-偏振光

目录

基础概念

1. 光是横波：光是电磁波,其电场分量(电场强度)E、磁场分量(磁感应强度)B都与光的传播方向(用波矢k表示)垂直,所以光波是横波.（P62）
2. 偏振：振动方向相对于传播方向的不对称性（P62）
3. 二向色性：只有振动方向和透振方向一致的光才能从晶体透射
4. 起偏：通过某种方法或使用某种光学元件,使光变为具有偏振特性.
5. 检偏：检偏通过某种方法或使用某种光学元件,检验光的偏振特性.
6. 透偏方向：透振方向从偏振器件通过的光的电矢量的振动方向.例如,上述金属线栅中垂直于金属丝的方向就是透振方向.
7. 超声波：超出人正常能听到的频率的声波
8. 自然光通过起偏器后,如果不考虑起偏器对光强的吸收,则透射光强为入射光强的一半.

基础概念的补充

证明光是横波的两种方法

• 双散射实验
• 二向色性晶体透射实验

光波和其他的波的区别

• 比普通的电磁波和机械波频率要高的多
• 不可控，是通过原子或者离子跃迁自发进行的

证明：自然光通过起偏器后,如果不考虑起偏器对光强的吸收,则透射光强为入射光强的一半.

平面偏振光（线偏振光）

概念

自然光经过起偏器(二向色性晶体、偏振片等)后,由于只有平行于起偏器透振方向的电矢量能够通过,因而透射光只包含单一振动方向的电矢量.这种电矢量始终在一个平面内振动的光,或者电矢量振动的投影是一条直线的光,就是平面偏振光(plane-polarized light)或线偏振光(linearly polarized light).

马吕斯定律

其中，如果使平面偏振光垂直地射向偏振片，而该偏振片的透振方向与入射光的偏振平面之间的夹角为ɵ

部分偏振光

概念

如果光的偏振特性介于自然光和线偏光之间,则被称作部分偏振光

偏振度

其中，用偏振片检验透过的光强,则在某个方向,透射光强最大,记为Imax ;在与其垂直的方向,透射光强最小,记为Imin.

结果分析：偏振度0≤P≤1.如果Imax=Imim ,就是自然光，即每个方向都一致,偏振度P=0;如果Imin=0,就是平面偏振光,偏振度P=1，即于平面偏振光方向垂直光强为0.

圆偏振光

概念

圆偏振光正确的物理图像应该这样描述:在一个与波矢垂直的固定平面内,其光矢量(电矢量)以固定的角速度绕波矢旋转.

分解为两个平面偏振光

由波的矢量叠加可以判断,圆偏振光可以分解为两个振幅相等的相互垂直的平面偏振光,这两个平面偏振光具有Π/2的相位差，分解后场强表示为：

其中k是波长的倒数，w是角速度

椭圆偏振光

概念

与圆偏振光相比，旋转时光矢量数值变化如椭圆

正交分解

椭圆长轴或短轴与坐标轴的夹角为

计算方法：先转化为标准形式，再按照下列公式计算

椭圆旋转方向

联系

例题

计算方法：将偏振光分解为两个平面偏振光，并假设光强最大透射方向为椭圆长轴方向，计算光强投影分量即可

菲涅耳公式

数学表达式

透射率和反射率

3.3.5等式的转换方式是根据根据斯涅尔定律（Snell’s Law）进行转化，即折射角和入射角之间的关系可以由下式给出：
n1 * sin(θ1) = n2 * sin(θ2)

能流透射率

相位关系

折射角

反射角

结论：

反射折射所引起的偏振态的改变

垂直入射

布儒斯特定律

例题3.4.2总结

• 折射光振幅计算是根据i1+i2=Π/2转换
• 光强其实就是振幅的平方乘以透射率
• 折射光的偏振度就是比较两个分量，相当于是椭圆

折射光变为偏振光

布儒斯特窗

斯托克斯倒逆关系

重要参数

消光比

消光比=最小透射光强/最大透射光强
其中，透射光强的计算用马吕斯定律

插入损耗

插入损耗是Insertion Loss（通常简称为IL），主要是指光纤中两个固定点之间损耗的光的度量。可以理解为光通信系统光纤链路中由于光器件的介入而引起的光功率的损失，单位是dB。
计算公式： IL=-10 lg（Pout /Pin）， Pout 为输出光功率，Pin 为输入光功率。

结果分析：插入损耗的数值越小表示性能越好，例如，插入损耗为0.3dB优于0.5dB。