基本介紹
- 中文名：瓊斯運算
- 外文名：Jones calculus
- 領域：光學
簡介,瓊斯向量,瓊斯矩陣,旋轉元件,偏振,參見,
簡介
在光學中，可以以瓊斯運算來描述偏振的現象。瓊斯運算是1941年由麻省理工學院的R. C. Jones教授所發明。偏振光的狀態以瓊斯向量表示，而其他線性的光學元件則以瓊斯矩陣表示。當偏振光通過偏振片或是波板時，把原來偏振狀態的瓊斯向量乘以光學元件的瓊斯矩陣，即可運算出新的偏振態。必須要注意瓊斯運算只適用於完全極化的光，如果是部分極化、無極化或不同調則需使用穆勒運算。
瓊斯向量
偏振態 | 瓊斯向量 |
偏振方向平行x軸的線偏振 |  |
偏振方向平行y軸的線偏振 |  |
偏振方向與x軸夾45°的線偏振 |  |
偏振方向與x軸夾-45°的線偏振 |  |
偏振方向與x軸夾{\displaystyle \theta }的線偏振 |  |
右旋偏振 |  |
左旋偏振 |  |
瓊斯矩陣
以下是常見的偏振片，以瓊斯矩陣的方式表示。
光學元件 | 瓊斯矩陣 |
穿透方向平行x軸的線偏振片 |  |
穿透方向平行y軸的線偏振片 |  |
穿透方向與x軸夾45°的線偏振片 |  |
穿透方向與x軸夾-45°的線偏振片 |  |
右旋偏振片 |  |
左旋偏振片 |  |
穿透方向與x軸夾  |  |
以下是常見的波片，以瓊斯矩陣的方式表示，其中
是相位延遲的量。
光學元件 | 瓊斯矩陣 |
光軸與x軸平行的波板 |  |
光軸與y軸平行的波板 |  |
光軸與x軸夾45°的波板 |  |
光軸與x軸夾{\displaystyle \Psi }的波板 |  |
旋轉元件
偏振
偏振（polarization）指的是橫波能夠朝著不同方向振盪的性質。例如電磁波、引力波都會展示出偏振現象。縱波則不會展示出偏振現象，例如傳播於氣體或液體的聲波，其只會朝著傳播方向振盪。如右圖所示，緊拉的細線可以展示出線偏振現象與圓偏振現象。
電磁波的電場與磁場彼此相互垂直。按照常規，電磁波的偏振方向指的是電場的偏振方向。在自由空間里，電磁波是以橫波方式傳播，即電場與磁場又都垂直於電磁波的傳播方向。理論而言，只要垂直於傳播方向的方向，振盪的電場可以呈任意方向。假若電場的振盪只朝著單獨一個方向，則稱此為“線偏振”或“平面偏振”；假若電場的振盪方向是以電磁波的波頻率進行旋轉動作，並且電場矢量的矢端隨著時間流意勾繪出圓型，則稱此為“圓偏振”；假若勾繪出橢圓型，則稱此為“橢圓偏振”；對於這兩個案例，又可按照在任意位置朝著源頭望去，電場隨時間流易而旋轉的順時針方向、逆時針方向，將圓偏振細分為“右旋圓偏振”、“左旋圓偏振”，將橢圓偏振細分為“右旋橢圓偏振”、“左旋橢圓偏振”；這性質稱為手征性。
光波是一種電磁波。很多常見的光學物質都具有各向同性，例如玻璃。這些物質會維持波的偏振態不變，不會因偏振態的不同而展現出不同的物理行為。可是，有些重要的雙折射物質或光學活性物質具有各向異性。因此，偏振方向的不同，波的傳播狀況也不同，或者，波的偏振方向會被改變。起偏器是一種光學濾波器，只能讓朝著某特定方向偏振的光波通過，因此，可以將非偏振光變為偏振光。
極化的英文原文也是“polarization”，在英文文獻里，偏振與極化兩個術語通用，都是使用同一個辭彙來表達，只有在中文文獻里，才有不同的用法。一般來說，偏振指的是任何波動朝著某特定方向振盪的性質，而極化指的是各個帶電粒子因正負電荷在空間裡分離而產生的現象。
參見
- 消偏器
- 徑向偏振
