椭圆偏振光
ch5-7椭圆偏振光的获得和检验
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Ex = A0 cos ωt 则经过波片后 = E y A0 cos(ωt ± π / 2)
Ex E = ± x0 Ey Ey0
y Ey0 E
结论：椭圆蜕变为直线，合振动仍为平面偏振光。 合振动的振动方向与x轴夹角：
θ
Ex0 x
tan θ =
Ey Ex
=±
Ey0 Ex0
2 x0 2 y0
y E Ay0
θ
合振动的振幅：
E0 = E + E
Ax0
x
E x = E x 0 cos(ωt ) E y = E y 0 cos(ωt − δ )
左旋 右旋
δ =0
π/4
π/2
3π/4
π (−π)
5π/4 (-3π/4)
3π/2 (-π/2)
7π/4 (-π/4)
2π
两正交平面偏振光的合成
③圆偏振光：δ =±(2m+1)π/2（m=0, 1, 2, 3, ···），且Ex0=Ey0=E0。 椭圆方程简化为：
2 E x2 + E y = E02
合光矢量末端的轨迹为一个椭圆，该椭圆与以 Ex=±Ex0 和 Ey=±Ey0 为界的矩形框 内切，其旋转方向及长短轴的方位与两叠加光波的相位差δ 有关。
y Ey0
Ey wt Ex Ex0 x
正交振动的合成
①平面偏振光： δ =±mπ （m=0, 1, 2, 3, ···），即两光波同相（或反相） 椭圆方程简化为：
椭圆偏振光椭圆形状的测定
椭圆偏振光椭圆形状的测定
椭圆偏振光椭圆形状的测定可以通过使用椭圆偏振仪或正交线偏振器进行测量。
如果采用正交线偏振器，可以用调制器将偏振光线调制到椭圆偏振状态，然后使用偏振光纤收集调制后的偏振光，并将其传输到偏振分析仪，以测量椭圆偏振状态。
另一种方法是使用椭圆偏振仪，它可以生成椭圆偏振光，将其传输到需要测量的椭圆偏振光源，然后再传输到偏振分析仪，以测量椭圆偏振状态。
最后，还可以使用椭圆偏振实验仪进行椭圆偏振测量，它可以实现多种高分辨率偏振测量。
此外，该仪器也可以测量多边形偏振。
此外，还可以使用双自由度的偏振分析仪来测量椭圆偏振光，即可以用它来测量多种偏振状态，以获得更为复杂和准确的结果。
最后，可以使用偏振控制器来控制椭圆偏振光的振幅和相位分布，以实现更精确的椭圆偏振测量。
另外，针对复杂的偏振状态，还可以使用偏振激元法、偏振场矩阵、偏振流形以及偏振增强成像等技术来进行椭圆偏振测量。
椭圆偏振光光矢量旋转方向的几种判断方法
椭圆偏振光光矢量旋转方向的几种判断方法椭圆偏振光（Elliptically Polarized Light，EPL）指的是在极化态上具有水平、竖直两个极性组合的椭圆波动的光矢，其中的椭圆轴按照当前的极化方向而定。
EPL的特征表征了这种光矢的旋转性，以及它们对于极化态的响应。
由于EPL具有不同的极化态，其在多种科学过程中都扮演着重要的角色。
因此，确定EPL旋转方向是非常重要的，而目前存在有不同的方法来判断EPL旋转方向，包括：通过椭圆形谱仪（Ellipsometer）测量定义的椭圆偏振度（Ellipticity）和旋转角（Retardation）；使用彩色滤片（Colour Filters）来测量EPL的旋转度；使用结构化光谱波谱仪（Structured Light Spectrometer）直接测量EPL状态；以及利用偏振子（Polarizer）变换器将EPL转换为不同的极化态来检测旋转方向。
首先，椭圆形仪（Ellipsometer）可以用于测量EPL状态，其原理是利用夹角基底原理将检测到的EPL状态转换为两个角：椭圆度（Ellipticity）和旋转角（Retardation），根据这两个角就可以判断EPL的旋转方向。
其次，彩色滤片（Colour Filters）也可以用于测量EPL的旋转度，它可以发那它EPL状态，并将其转换成红色、绿色和蓝色，然后通过比较滤片之间的颜色明暗程度来判断EPL的旋转方向。
此外，利用结构化光谱波谱仪（Structured Light Spectrometer）也可以用于测量EPL的状态，结构化光谱波谱仪使用的是散射诱导的光学截止波，它可以直接测量EPL状态，进而判断EPL旋转方向。
最后，偏振子（Polarizer）变换器可以用来检测EPL的旋转方向，它可以将EPL转换为不同的极化态，并利用夹角基底原理测量数据，以确定EPL旋转方向。
总而言之，14早圆偏振光光矢旋转方向可以通过椭圆形谱仪（Ellipsometer）、彩色滤片（Colour Filters）、结构化光谱波谱仪（Structured Light Spectrometer）以及偏振子（Polarizer）变换器等不同的方法来确定。
椭圆偏振光和圆偏振光ppt课件
(no
ne )d
4
这时相应地相位差为
2
(no
ne )d
2
则两束光通过晶片后叠加的结果是一正椭圆偏振光，其厚度为 d 4(no ne )
此时，如果再使=/4，则Eo=Ee，通过晶片的光即成为圆 偏振光。
使o光和e光的光程差等于四分之一波长的晶片成为四分之 一波片。显然，四分之一波片是对特定波长而言的。
光就是椭圆偏振光。椭圆偏振光可以看成是两个偏振方向互 相垂直、频率相同、有一定相位差的线偏振光的合成.
迎着光的传播方向看，若光矢量沿顺时针方向转动，称为 右旋椭圆偏振光，反之称为左旋的。
2. 圆偏振光
在椭圆偏振光中，如果两个分振动的光振幅相等，即 E0x=E0y, 而且两个分振动的相位差2-1=/2，此时 椭圆轨迹变为圆，这样的光就是圆偏振光。
3. 椭圆偏振光的获得
图中P为偏振片，C为单轴晶片，与P平行放置，其厚度为 d，主折射率为no和ne，光轴平行于晶面并与p的偏振化方 向成夹角。
单色自然光通过偏振片P成为线偏振光，其振幅为E，光振动 方向与晶片光轴的夹角为。此线偏振光垂直射入晶片C后，
产生双折射，o光振动垂直于光轴，振幅为 Eo E sin
当入射到检偏器上的光是圆偏振光或椭圆偏振光时，随着 检偏器的转动，对于圆偏振光，其透射光强将和自然光的 情况一样，光强不变化；对于椭圆偏振光，其透射光强的 变化和检验部分偏振光是的情况一样。因此，仅用检偏器 观察光强的变化，无法将圆偏振光和自然光区分开来；同 样也无法将椭圆偏振光和部分偏振光分开。
圆偏振光和自然光或者椭圆偏振光和部分偏振光的根本区 别是相位关系的不同。圆偏振光和椭圆偏振光是由两个有确 定相位差的互相垂直的光振动合成的，合成光矢量作有规律 的旋转。而自然光和部分偏振光在不同振动面上的光振动是 彼此独立的，因而表示它们的两个互相垂直的光振动之间没 有恒定的相位差。根据这一区别就可以将它们区分开。
第五章光的偏振椭圆偏振光与圆偏振光
14
C X
(5)如果1/4波片的厚度为：
2
3 4
5 4
3 2
正椭圆偏振光
7 4
2
10
二. 椭圆偏振光和圆偏振光的获得
由前面的学习知道，要获得椭圆（或圆）偏振光， 首先必须先有两束同频率、振动方向相互垂直，且有确 定的相位关系，并沿同一方向传播的线偏振光。 这可以让一束线偏振光通过波片来实现。
4）当Δφ 取除±kπ 以及±(2k+1)π/2且Ax=Ay之外的值，光
矢量E的矢端的轨迹是一个椭圆。椭圆偏振光也有右旋和左 旋之分。
正椭圆偏振光。长、短轴分别与X、Y轴重合。
1
当 0<< 时，为右旋椭圆偏振光； 当 << 2 时，为左旋椭圆偏振光； ( 2 k 1) 且 A x A y 时， 是 特别地,当 2
把一个起偏器透振方向与1/4波片的光轴成450 组成的器件，称为圆偏振器或圆起偏器。
17
总结：
偏振态
E x Ax cos(t kz) E y Ay cos(t kz )
当Δφ 取不同值时，光振动有不同的状态，这就是光的 偏振态。 光的偏振态有：圆偏振，椭圆偏振，线偏振，自然光 和部分偏振光。前3种可以说是纯偏振态。
E 2Ex E y E 0 A A Ax A y
2 x 2 x
椭圆偏振光的产生及检测
椭圆偏振光的产生及检测03级物理系 黄柳容 指导老师：江俊勤摘要 椭圆偏振光是两列频率相同，振动方向互相垂直，且沿同一方向传播的线偏振光的合成。
其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。
要获得一般的椭圆偏振光，只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。
而要对其进行检测则需要根据形成椭圆偏振光的不同来设计不同的检验方案。
关键词 椭圆偏振光 相位差 1/4波片 检偏器 起偏器 透射光强1 引言光的偏振是大学物理教学中的一个重点和难点。
本文只选取了椭圆偏振光这一部分内容，详细的讲述了它的成因、各种偏振形态，并根据形成椭圆偏振光的方法不同，详细的叙述了三种情况下的检验方法。
从而使学生对椭圆偏振光有更深层次的了解。
2 椭圆偏振光的产生椭圆偏振光是两列频率相同，振动方向互相垂直，且沿同一方向传播的线偏振光的合成。
其电矢量的端点在波面内描绘的轨迹为一椭圆。
要获得一般的椭圆偏振光，只需令自然光连续通过一个起偏器和一个波晶片。
起偏器将自然光变为线偏振光，波晶片将线偏振光分解为o 光和e 光，由于它们在晶体内的传播速度不同，产生了一定的相位差δ，射出晶片后，o 光和e 光合成在一起便得到椭圆偏振光。
把射出晶片的两个分量写成x E =x A cos ωty E =y A cos(ωt+δ) （1）由（1）式有：xx E A sin(ωt+δ) - y y E A sin ωt=sin δ (2) xx E A cos(ωt+δ) - y yE A cos ωt=0 (3) (2)、(3)式平方后相加得22x x E A +22yyE A -2x x E A y y E A cos δ=2sin δ (4)这是个一般椭圆方程。
它与x E =±x A y E =±y A 为界的矩形框相内切。
如图[2]1图1此外，任意一个场点电矢量的端点沿椭圆运动的方向与相位差δ有关。
如图2表示各种形态的椭圆，图上横坐标是x 轴，纵坐标是y 轴，图上所注δ表示的y E 振动超前于 x E 的相位(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h) (i)图2当沿着光的传播方向观察时，若一个场点的电矢量端点描出的椭圆沿顺时针方向旋转，称之为右旋．．椭圆偏振光．．．．．。
椭圆偏振光与旋光现象
椭圆偏振光与旋光现象光是一种电磁波，它具有波动性和粒子性。
一束自然光通过一个偏振片后变为偏振光，而偏振光的方向则取决于偏振片的方向。
在偏振光中，椭圆偏振光是一种特殊的偏振光，它与旋光现象有着密切的关系。
首先，我们来解释一下椭圆偏振光的概念。
椭圆偏振光是指在时间的不同阶段，其振动方向沿着一个椭圆轨迹运动的光。
椭圆偏振光可以分为左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光两种。
左旋椭圆偏振光的振动方向沿逆时针方向旋转，而右旋椭圆偏振光的振动方向则沿顺时针方向旋转。
那么，椭圆偏振光与旋光现象有什么联系呢？旋光现象指的是光线在通过一些特殊的物质时，光的振动方向会发生旋转。
这种旋转可以是顺时针旋转，也可以是逆时针旋转。
旋光现象常常与手性分子有关，手性分子是指分子的立体结构对称性不具备镜面对称性的分子。
光在通过含有手性分子的物质时，会发生旋转，产生旋光现象。
椭圆偏振光与旋光现象的关系可以通过一个简单的实验来解释。
我们可以将椭圆偏振光通过一个手性分子的溶液，如果光的特性与手性分子相互作用，光的振动方向会发生旋转。
如果溶液中的手性分子对光的旋转是顺时针方向的，那么右旋椭圆偏振光的振动方向会进一步旋转，变为一个更小的椭圆轨迹。
相反，如果溶液中的手性分子对光的旋转是逆时针方向的，那么左旋椭圆偏振光的振动方向会进一步旋转，变为一个更小的椭圆轨迹。
之所以会发生旋光现象，与手性分子的立体结构有着密切的关系。
左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光在通过手性分子溶液时，会与手性分子发生分子间的相互作用。
由于手性分子的立体结构不具备镜面对称性，所以左旋椭圆偏振光和右旋椭圆偏振光在通过手性分子溶液时会与分子间的电子云发生相互作用。
这种相互作用会导致光的振动方向发生旋转，造成旋光现象的产生。
椭圆偏振光与旋光现象的研究在光学领域有着重要的意义。
旋光现象不仅仅是一种基础的物理现象，还在化学、生物学等领域中有着广泛的应用。
通过对椭圆偏振光和旋光现象的研究，科学家们可以更好地理解光与物质相互作用的机制，为解决实际问题提供理论基础和实验手段。
圆偏振与椭圆偏振光
圆偏振与椭圆偏振光在日常生活中，我们经常接触到各种类型的光。
有些光线是直线传播的，称为线偏振光；而另一些光线则具有一定的弯曲特性，称为圆偏振光或椭圆偏振光。
本文将探讨圆偏振与椭圆偏振光的概念、性质以及应用领域。
首先，我们来了解一下圆偏振光的概念。
圆偏振光是指电场矢量在光传播方向上作圆周运动的光。
具体来说，电场矢量的大小保持不变，但方向随时间变化，呈现出一个完整的圆周轨迹。
圆偏振光可以按照其旋转方向分为左旋圆偏振光和右旋圆偏振光。
左旋圆偏振光中，电场矢量逆时针旋转；而在右旋圆偏振光中，电场矢量顺时针旋转。
与圆偏振光相比，椭圆偏振光的电场矢量在光传播方向上呈现出一个椭圆轨迹。
椭圆偏振光可以看作是左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的叠加。
椭圆偏振光的椭圆轨迹的长轴方向和旋转方向决定了光的性质，如偏振程度、主轴方向和相位差等。
圆偏振和椭圆偏振光在许多领域中都有重要的应用。
例如，在通信领域，光纤传输中常用到的光信号就是圆偏振光。
圆偏振光可有效减小传输过程中的光信号损失，并提高数据传输的速率和可靠性。
此外，圆偏振光在光电子器件中的应用也十分广泛，如偏振片、偏振旋转器等。
另外，椭圆偏振光在显微镜领域也有重要的应用。
对于某些材料，例如生物样品，它们对特定偏振方向的光敏感。
通过使用椭圆偏振光，可以改变光的偏振状态，从而观察和分析材料的特性，以及检测样品中可能存在的缺陷或异常。
此外，圆偏振与椭圆偏振光还可以用作光学显微镜、光谱分析等领域的研究工具。
通过研究光在物质中的传播和相互作用的过程，我们可以更深入地了解物质的性质和结构。
这对于科研工作者和工程师来说具有重要意义，有助于他们设计和优化光学器件，实现更高效的光学功能。
总结起来，圆偏振与椭圆偏振光是光学中的重要概念。
它们具有各自独特的性质和应用领域。
通过探索其原理和特性，我们可以更好地理解光的行为和物质的相互作用规律，为科学研究和工程应用提供有力支持。
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1-1 偏振光概述
2、偏振光（Polarized light）：
光矢量的方向和大小有规则变化的光
线偏振光（Linearly polarized light）：光矢量方向 不变，其大小随位相变化。
圆偏振光（Circularly polarized light）：光矢量大 小不变，其方向绕传播方向均匀转动， 且矢量末端轨迹为圆。 椭圆偏振光（Elliptically polarized light）：光矢量 大小和方向都在有规律地变化，且矢量 末端轨迹为椭圆。
y0 x0
1、线偏振光的归一化(Normalization)琼斯矢量 若光矢量沿x轴，Ex0=1 Ey0=0 =0 ，则： E 1
0
若光矢量沿y轴，Ex0=0 Ey0=1 =0 ，则：
0 E 1
若光矢量与x 轴成q 角，振幅为a的线偏振光，
E x E x 0 cos(t z ) E y E y 0 cos(t z )
在 Ex-Ey 平面上,电矢量的轨迹为一直线:
Ex E y Ex 0 E y 0 const
2) 圆偏振光(Circularly polarized light)
Ex0 Ey 0
迎着光的传播方向观察
第一章
光控器件的基础
第一节 光的偏振 第二节 晶体光学基础 第三节 电光控器件的物理基础
第四节 声光、磁光控制器件的物理基础
第五节 激光信号调制的基本理论
第一节 光的偏振
光的偏振（Polarization of light）现象的发现
Found by Etienne Louis Malus (1775-1812) who is French army officer and engineer ； One evening in 1808 while standing near a window in his home in Paris, Malus was looking through a crystal of Iceland spar(冰洲石）at the setting sun reflected in the windows across the street. As he turned the crystal about the line of sight, the two image of the sun seen through the crystal became alternately darker and brighter, changing every 90o of rotation. After this accidental observation Malus followed it up quickly by more solid experimental work and concluded that the light by reflection on the glass, became polarized. （polarize：偏振、极化）
z
。Ey超前 Ex
2
2
右旋
。Ey滞后 Ex
2
左旋
2
3) 椭圆偏振光 (Elliptically polarized light) 电矢量端点轨迹的投影为椭圆。 每一时刻的电矢量可分解为 z
Ex Ex 0 cos(t z ) E y E y 0 cos(t z )
2 偏振光（Polarized light）的数学描述 偏振光方程
E＝E x x E y y E x E x 0 cos(t z ) E y E y 0 cos(t z )
1）线偏振光 (Linearly polarized light) 振动平面： 光矢量与传播方向组 成的平面称为线偏振 光的振动平面;
有Ex a cosq , Ey a sinq , 0
1 acosq E a asinq cos q q sin
则
2、圆偏振光的归一化(Normalization)琼斯矢量
2Ex E y E 2 cos 1 E E y 0 Ex0 E y 0
2 x 2 x0
2 Ey
0 2
左旋 右旋
仅当X,Y方向分量的 相位相差±π/2时， 才为正椭圆。
3、部分偏振光( Partially polarized light)
自然光在传播过程中，由于外界的作用造成振动方 向上强度不等，使某一方向上的振动比其它方向上的振 动占优势。
1 E x 0 e j x 0 j x 0 E y0 E0 E e j j y 0 x0 e E e y0 Ex0 21的列矩阵表示：
为琼斯矢量
Ex0 e j x 0 E y 0 e j 此时排除系数的 2 2 E Ex0 E y 0 x0 称为归一化的琼斯矢量 矩阵为琼斯矩阵。 1
1-1 偏振光概述
一、偏振光与自然光（Polarized light and Natural light）
1、自然光：具有一切可能的振动方向的许多光波之和。 特点：振动方向的无规则性。 表示：可用两个振动方向垂直的、强度相等的、
位相关系不确定的光矢量表示。
沿各个方向振动的几率都相同。 自然光 Natural light
自然光 Natural light
部分偏振光 Partial polarized light
1-2 偏振光的矩阵表示
j ( kzt ) j ( kzt y 0 ) j ( kzt x 0 ) E ( z , t ) Ex 0 e x E y 0e y E0e j y 0 j x 0 E0 Ex 0e x E y 0e y