线性偏振器件(4)
常见偏振器件的jones矩阵
常见偏振器件的jones矩阵常见偏振器件的Jones矩阵1. 引言偏振光是指在特定方向上振动的光波。
为了描述偏振光的性质和行为，人们使用了一种被称为Jones矩阵的工具。
Jones矩阵是一种描述偏振光传播过程中的线性光学器件的数学方法。
在本文中，我们将探讨几种常见的偏振器件，并分析它们的Jones矩阵。
2. 偏振器的基本概念偏振器是一种用于过滤、操作和分析偏振光的器件。
它们根据其内部结构和特性可以分为很多不同的类型。
在讨论Jones矩阵之前，让我们先了解一些常见的偏振器件和它们的特点。
2.1 偏振片偏振片是最基本的偏振器件之一。
它们由具有特殊光学性质的材料制成，可以将非偏振光转化为具有特定偏振方向的偏振光。
偏振片的Jones矩阵非常简单，它只有一个元素，即眯式参数（transmittance）。
2.2 波片波片也是一种常见的偏振器件，它们可以将一个偏振状态的光波转化为另一个偏振状态。
波片的Jones矩阵取决于其光学轴的方向和波片的类型。
最常见的波片类型是快轴在特定角度上旋转的正交波片和半波片。
2.3 偏振旋转器偏振旋转器是可以通过改变其内部光学路径或材料，改变输入偏振态的偏振角度的器件。
偏振旋转器的Jones矩阵是一个旋转角度相关的矩阵，并且可以由绕轴旋转操纵。
3. 常见偏振器件的Jones矩阵3.1 线性偏振器件线性偏振器件是最简单的偏振器件之一，它们只能产生特定方向上的线偏振光。
对于一个线性偏振器件，它的Jones矩阵可以表示为：```J = [cos^2θ sinθcosθ][sinθcosθ sin^2θ ]```其中，θ表示偏振方向与输入光方向之间的夹角。
3.2 偏振分束器偏振分束器是一种可以将输入光分成两个正交偏振态的器件。
它们的Jones矩阵可以表示为：```J = [ T R][ R T]```其中，T表示透过的光的振幅传输率，R表示反射灯（Reflectance）。
3.3 光电调制器光电调制器是利用外部控制电场的变化来改变光的偏振状态的器件。
大学物理-光的偏振省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
硝基苯 k 1.44 1018 m2 / V2 ，若l =3cm,
d=0.8cm,λ=600nm旳黄光，则产生 k=
时旳电压 V 2 104 V 。
克尔盒旳应用 : ... 克尔盒旳缺陷 : ...
2. 泡克尔斯效应(1893年)
P1 K
K P2
·电光晶体 ·
+。。-
泡克尔斯盒
• 不加电场→ P2 不透光 • 加电场→晶体变双轴晶体→原光轴方
电气石晶片
y x
分子型
入射 电磁波
z
z
线栅起偏器
• 偏振片旳起偏 P
非偏振光I0
···
二. 马吕斯定律
I0
P
线偏振光 I
偏振化方向 (透振方向)
E0
I
I
1 2
I0
P
E=E0cos
I0
E
2 0
,
IE
2
E
2 0
cos
2
I I0 cos2 马吕斯定律（1809）
0，I
，I
2
Imax I0
0 ——消光
四. 磁致旋光
磁致旋光物质
B
d
旋转旳角度 V d B
V─费德尔常量，V ~ 104 105 m1 T1
• 对自然旋光物质，振动面旳左旋或右旋是由
旋光物质本身决定旳，与光旳传播方向无关。
左旋
入射光
反射镜
反射光
左旋
反射镜
• 对磁致旋光物质，光沿B 与逆B 方向传 播，振动面旋向相反。
起偏振角
i = i0 时，反射光只有S分量 i 0 — 布儒斯特角或 起偏角 i0 +r0 = 90O
光偏振现象的研究实验报告
光偏振现象的研究实验报告一、引言光偏振现象是指光波在传播过程中，振动方向只在一个平面内的现象。
光偏振现象的研究对于理解光学原理及其应用具有重要意义。
本实验旨在通过测量不同偏振方向下透射光强度的变化，探究光偏振现象的基本原理及其应用。
二、实验原理1. 光偏振概念当一束光波在传播过程中，振动方向只在一个平面内时，称为偏振光。
如果此时所选平面与传播方向垂直，则称为线性偏振光。
2. 偏振片偏振片是一种能够选择或制造出特定偏振方向的器件。
常见的有各种材料制成的线性偏振片、四分之一波片和半波片等。
3. 马吕斯定律马吕斯定律指出：当线性偏振光通过另一个线性偏振片时，透射光强度与两者间夹角θ满足cos2θ关系。
4. 假设条件本实验中所涉及到的所有器件均为理想器件，忽略了实际器件的各种不完美因素。
三、实验装置1. He-Ne激光器2. 偏振片（线性偏振片、四分之一波片、半波片）3. 透镜4. 探测器四、实验步骤1. 将He-Ne激光器放置于台架上，开启电源，调节激光束方向，使其垂直于偏振片的传播方向。
2. 将线性偏振片插入激光束路径中，并旋转偏振片，观察透射光强度的变化。
3. 将四分之一波片插入激光束路径中，并旋转四分之一波片和线性偏振片，观察透射光强度的变化。
4. 将半波片插入激光束路径中，并旋转半波片和线性偏振片，观察透射光强度的变化。
5. 通过探测器测量不同角度下透射光强度，并记录数据。
五、实验结果与分析1. 线性偏振片当线性偏振片与激光束的偏振方向垂直时，透射光强度为0。
随着偏振片旋转，透射光强度呈现出cos2θ的变化规律，符合马吕斯定律。
2. 四分之一波片四分之一波片能够将线性偏振光转化为圆偏振光。
当线性偏振片与四分之一波片的快轴和慢轴夹角为45°时，透射光强度最大；当夹角为0°或90°时，透射光强度为0。
3. 半波片半波片能够将线性偏振光转化为相反方向的线性偏振光。
当线性偏振片与半波片的快轴和慢轴夹角为45°时，透射光强度最大；当夹角为0°或90°时，透射光强度为0。
阿氏圆的推导
阿氏圆的推导
阿氏圆是波动光学中描述偏振光经过光学元件后产生偏振状态变化的一种工具。
下面是阿氏圆的推导过程：
假设我们有一个偏振光波经过一个线性偏振器，然后通过一个退偏器，最后达到一个偏振分析器。
1.线性偏振器：假设光波在到达线性偏振器之前是无偏振光
波，经过线性偏振器后，光的偏振方向被限制在一个确定
的方向上。
2.退偏器：退偏器是一个具有像普通波片一样特性的元件，
可以沿着不同方向改变光的偏振状态。
退偏器有两个特殊
方向，一个是快轴方向（K）和一个是慢轴方向（S）。
3.偏振分析器：最后一个元件是偏振分析器，它只允许通过
一个特定偏振方向的光。
根据上述假设，我们可以将光的波矢表示为一个旋转矢量。
这个旋转矢量可以由具有两个垂直传播方向的复数分量表示，一个对应于快轴方向（K），另一个对应于慢轴方向（S）。
设它们的复数分量分别为X 和Y。
考虑光沿着S方向通过退偏器，然后传播到偏振分析器。
通过调整退偏器的角度，可以改变X 和Y的相对幅值和相位差。
最后，通过改变退偏器的角度，我们可以得到光在Poincaré球上描绘出的一条闭合曲线，即阿氏圆。
阿氏圆的直径对应于光的振幅，而圆上的每个点代表光的偏振状态。
具体
来说，当阿氏圆是一个圆时，光是线性偏振的；当阿氏圆是一个椭圆时，光是部分偏振的；当阿氏圆退化为一个点时，光是完全偏振的；当阿氏圆退化为直线时，光是圆偏振的。
从阿氏圆中，我们可以获得有关光的偏振状态和光学元件参数的有用信息。
阿氏圆广泛应用于光学领域的偏振分析和测量，以及光学器件的设计和优化。
光的偏振物理实验报告
一、实验目的1. 观察和验证光的偏振现象。
2. 理解偏振光的产生原理和特性。
3. 掌握偏振片、波片等光学元件在偏振光产生与检验中的应用。
4. 验证马吕斯定律，理解偏振光强度的变化规律。
二、实验原理光是一种电磁波，具有横波特性。
在自然光中，光波的振动方向是随机分布的。
当自然光经过某些光学元件后，其振动方向会变得有规律，这种现象称为光的偏振。
偏振光的产生通常需要以下光学元件：1. 起偏器（偏振片）：将自然光变为线偏振光。
2. 波片（1/4波片、1/2波片）：改变光的偏振状态，产生椭圆偏振光或圆偏振光。
马吕斯定律指出，当线偏振光通过一个与其偏振方向成θ角的偏振片时，透射光的强度I与入射光的强度I0之间的关系为：\[ I = I_0 \cos^2\theta \]三、实验仪器与用具1. 自然光源（如激光器）2. 偏振片（起偏器）3. 波片（1/4波片、1/2波片）4. 检偏器（另一个偏振片）5. 光具座6. 光屏7. 秒表（用于测量时间）8. 记录本和笔四、实验步骤1. 自然光与偏振光的产生：- 将激光器发出的光束照射到偏振片上，观察光屏上的光斑。
- 旋转偏振片，观察光斑的变化。
当偏振片的透振方向与光屏上的光斑垂直时，光斑消失，说明光已变为线偏振光。
2. 马吕斯定律验证：- 将偏振片与检偏器放置在光具座上，使它们的透振方向互相垂直。
- 观察光屏上的光斑，记录光斑消失的位置。
- 将偏振片旋转，使透振方向与检偏器的透振方向成θ角，记录光斑再次消失的位置。
- 改变θ角，重复上述步骤，记录光斑消失的位置。
- 利用马吕斯定律，计算每次实验中光斑消失时的透射光强度。
3. 波片的性质及利用：- 将1/4波片放置在偏振片与检偏器之间，观察光屏上的光斑。
- 旋转1/4波片，观察光斑的变化。
当1/4波片的光轴与偏振片的透振方向垂直时，光斑消失，说明1/4波片的光轴方向与偏振片的透振方向成45°角。
- 改变1/4波片的光轴方向，观察光斑的变化。
光的偏振3(2014)
ΔL ( n0 ne )d
四分之一波片 2 (no ne )d 2
(no ne )d 4
线偏振光 光轴 d
o光
e光
对不同波长的光，四分之一波片的厚度不同（P133） 二分之一波片 2 (no ne )d
例2 、如图所示，在两偏振片P1、P2之间插入四分之 一波片，并使其光轴与 P1 的偏振化方向间成 45o 角。 光强为 I 的单色自然光垂直入射于 P1 ，转动 P2 求透过 C P1 P2 P2的光强I'。
45o
解：线偏振光在本题条件下通过四分之一波片后成为 圆偏振光，因 45 它的两个互相垂直的分振动的振幅相等，为 转动P2,透过光强不变。透过光强度可如下求出：
•
S
A
B
P
C
作业
6.9; 6.10
o
760
（吸收涂层） 方解石 no=1.658,
加拿大树胶
ne 1.486
ng 1.55
no n
可产生全反射! 其临界角 θC 69012
结论：入射方向在水平线上下不超过 140 出射的是一束振动方向在纸面内的线偏振光。
2、渥拉斯登棱镜：能给出振动面垂直的两线偏振光。
四分之一玻片
部分偏振光
部分偏振光
线偏光
四分之一玻片
出射光光强变 化,无消光。 线性起偏器
4–6–4
P1
自然光 线偏光
C
椭偏光
P2
线偏光
线性起偏器
波片
线性起偏器
E1
C Ee
E1
P2
基于方形开口环的太赫兹偏振转换器设计
基于方形开口环的太赫兹偏振转换器设计
聂梦雪;张天宇;谢裴曜;刘盛纲;胡旻
【期刊名称】《太赫兹科学与电子信息学报》
【年(卷),期】2024(22)4
【摘要】基于方形开口环与金属棒组合的超材料结构,提出一种新型透射式太赫兹偏振转换器件。
研究了基本结构单元的不同组合方式对偏振转换特性的影响,并通过优化结构单元的相关参数,提高了偏振转换功能的工作带宽。
最终在0.45~1.30 THz范围内实现了高效的X-Y方向交叉极化偏振转换,有望用于集成化太赫兹偏振转换器件的研究和应用中。
【总页数】5页(P360-364)
【作者】聂梦雪;张天宇;谢裴曜;刘盛纲;胡旻
【作者单位】电子科技大学电子科学与工程学院;太赫兹技术教育部重点实验室【正文语种】中文
【中图分类】O436.3
【相关文献】
1.基于单层超表面的双频太赫兹波线偏振变圆偏振转换器
2.基于谐振环的太赫兹宽带偏振转换器件研究
3.微带方形开口环的高效太赫兹波吸收器研究
4.一种基于半圆形开口谐振环结构的太赫兹环偶极子超表面设计
5.基于线性偏振转换器的太赫兹波段超宽带成像系统设计
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磁光调制简介和应用举例
(7)
又由 nR nL 正比于磁场强度，便可以得到公式(1)。 若 nR nL ，有 θ F 0 ，表示右旋；若 nR nL ，有 θ F 0 ，则表示左旋。 应用举例 [5] 磁光调制法测量玻璃内应力 玻璃存在内应力时，加工好的光学零件表面会随时间而变形，严重影响成像 质量。应力分布不均匀还会引起光学均匀性质量降低，造成折射率分布不一致， 从而使经过光学玻璃的波面发生变形,导致像质变坏。 带有准直透镜的激光光源发出的光束通过起偏器获得线偏振光， 线偏振光通 过外加正弦交变调制磁场的磁光玻璃时， 其偏振方向发生了偏转角为 的偏转摆 动，成为调制偏振光，其中磁场方向和光轴一致；调制信号光经过待测样品、旋 光器，到达检偏器和光电探测器。
图 3.测量原理图
利用磁光玻璃的磁致旋光效应，对信号光束进行正弦交变的磁光调制，将直 接测量光强信号改为测量频率信号,提高了测量精准度。 通过调节外加电流的大小来控制磁旋光器旋转的信号光束偏振方向的角度， 简化了测量操作，有助于提高系统的可靠性。 对玻璃内应力方向的测量准确度为 5'' ，对 应力双折射的测量准确度为
R
2
nR l
(5)
L , L 分别为左旋右旋圆偏振光的相位；
nL , nR 分别为左旋右旋圆偏振光在介质中的折射率；
为真空中的波长。
由线偏振光的合成可知：
R F L F
即：
(6)
F ( R L )
1 2
(n n )l R L
(2)
V ( ) 是费尔德(Verdet)常数是表征材料磁光性能的一个常量,由材料本身
性质和工作波长决定
V ( )
为入射波长；
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材料：石英(ne>no)
也可用方解石，或玻璃—晶体制成
偏振棱镜技术实例
• 消光比：> 10,000:1 • 波长范围：400—2000nm • 通光孔径： Ø10.00 mm • 输出光束的分离角： 1°（633nm） • 传播的波前误差： < λ/4 at 632.8 nm • 基底：石英晶体 • 损伤阈值 5 J/cm2 (1064 nm, 10 ns, 10 Hz, Ø0.476 mm)
双折射偏振棱镜
• 尼科尔棱镜 • • • • 格兰-汤姆逊棱镜 格兰-傅科棱镜 渥拉斯顿棱镜 洛匈棱镜
尼科尔棱镜
• 材料：方逊棱镜
方解石——加拿大树脂——方解石
no>ng>ne,θ>θoc
光垂直于棱镜端面入射
入射光不平行或平行光非正入射
PBS偏振分光棱镜-反射堆原理
• 偏振分光棱镜能把入射的非偏振光分成两 束垂直的线偏光。其中P偏光完全通过，而 S偏光以45度角被反射，出射方向与P光成 90度角。
偏振分光棱镜技术实例
• 5 mm立方体 • 波长范围： 420 - 680 nm • 消光比 TP:TS > 1000:1 • 透过率：TP > 90% • 反射率：RS > 99.5% • 损伤阈值： 2 J/cm2 at 532 nm, 10 ns, 10 Hz
加拿大树胶对紫外光吸收很厉害 胶合层被大功率的激光束所破坏
格兰-傅科棱镜
用空气薄层代替加拿大树胶，适用于紫外波段并可承 受强光照射。
• 缺点：反射损失大，透射光强下降 a:0.56，b:0.86
渥拉斯顿棱镜
• 利用两个正交光轴分解光
材料：方解石(no>ne)
洛匈棱镜
洛匈棱镜由两片 双折射晶体胶合 或者光胶而成。
偏振器件
• 偏振器：把自然光便成为全偏振光的器件。
线偏振光的产生
1、利用二向色性 2、利用晶体的双折射。 3、利用反射和折射。 4、利用散射。
另外，线偏振光可以经过波片产生圆 偏振光和椭圆偏振光。
二向色性偏振片
• 线性薄膜偏振片、金属栅线偏振片、中红 外线栅偏振片、二向色薄膜偏振片
偏振片技术指标实例
• 光谱范围和消光比： 550 - 1500 nm：> 10,000:1 600 - 1200 nm：> 100,000:1 • 通光孔径： Ø11.86 mm • 激光损伤阈值： 1 W/cm²截止偏振方向 5 W/cm²透过偏振方向 • 厚度： 2.0 ± 0.2 mm