开组会时提到了斯托克斯矢量,有点生疏了,回忆一下。
很多时候描述光的偏振需要用到“斯托克斯矢量”,它的定义如下
其中I_0指的是光在水平方向的分量的强度,I_90指的是垂直方向分量的强度,I_45指与水平x轴正向呈45度方向的分量的强度,I_135指与水平x轴正向呈135度方向的分量的强度,I_R指右旋偏振光分量的强度,I_L指左旋偏振光分量的强度。
基于这个定义,可以用偏振片、波片在实验室中测量一束光的斯托克斯矢量(作者在大四做过,还比较有意思)。
通过代入具体的椭圆偏振光的表达式
其中Δφ=φ_y-φ_x,上式还可写为
有E_0x=2,E_0y=1,Δφ为π/4对应的椭圆偏振光,其电场末端的轨迹在与传播方向垂直的平面上的投影
证明的方法是把椭圆偏振光振幅表达式在要计算的方向上进行分解,然后求时间平均值计算强度。注意,Δφ为π/2时,为左旋偏振,V为负值。
还可求出椭圆的几何信息,将斯托克斯矢量写为
其中β为
为椭圆的短轴长轴之比,当为左旋时,β取负值,当为右旋时,β取正值。α为椭圆长轴与x轴的夹角。
当为圆偏振光时,V=I,所以V称为有效圆偏振成分,
当为线偏振光时,L=√(Q^2+U^2)=I,所以L称为有效线偏振成分[参考《脉冲星物理》吴鑫基 乔国俊 徐仁新 P177]。
还有一个数量关系为I^2=Q^2+U^2+V^2,该式也说明四个斯托克斯矢量的分量并不是独立的,只有三个是独立的(分别对应E_0x、E_0y和相位差Δφ)。
有时还用“庞加莱球”表示光的偏振态,表示方法是在球坐标系中,令方位角代表2α,高度角代表2β。
本文完。