瓊斯運算

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。

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

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
的線偏振片
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

如果光學元件M相對於本來的座標旋轉了{\displaystyle \theta },則旋轉過後的光學元件M'與M的關係如下:

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。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。
在涉及到橫波傳播的科學領域,例如光學地震學無線電學、微波學等等,偏振是很重要的參數。雷射光纖通信無線通信雷達等等套用科技,都需要完善處理偏振問題。
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

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