12.5 椭圆偏振光和圆偏振光

自然光、圆偏振光、椭圆偏振光、自然光与圆偏振光的混合光的识别物理学院07级王进光20071001119一. 各种光的产生概念自然光源（如日光，各种照明灯等）发射的光是由构成这个光源的大量分子或原子发出的光波的合成。

这些分子或原子的热运动和辐射是随机的，它们所发射的光振动，出现在各个方向的几率相等，这样的光叫做自然光。

自然光经过媒质的反射、折射或者吸收后，在某一方向上振动比另外方向上强，这种光称为部分偏振光。

如果光振动始终被限制在某一确定的平面内，则称为平面偏振光，也称为线偏振光或完全偏振光。

偏振光电矢量E的端点在垂直于传播方向的平面内运动轨迹是一圆周的，称为圆偏振光，是一椭圆的则称为椭圆偏振光。

获得线偏振光的方法由晶体双折射产生偏振当自然光入射于某些各向异性晶体时，在晶体内折射后分解为两束平面偏振光，并以不同的速度在晶体内传播，可用某一方法使两束光分开，除去其中一束．剩余的一束就是平面偏振光。

尼科耳(Nicol)棱镜是这类元件之一(图1)。

它由两块经特殊切割的方解石晶体，用加拿大树胶粘合而成。

偏振面平行于晶体主截面的偏振光可以透过尼科耳棱镜，垂直于主截面的偏振光在胶层上发生全反对而被除掉。

图 2图一2．圆偏振光和椭圆偏振光的产生如图2所示，当振幅为A的平面偏振光垂直入射到表面平行于光轴的双折射晶片时，若振动方向与晶片光轴的夹角为，则在晶片表面上o光和e光的振幅分别为和，它们的相位相同，进入晶片后，o光和e光虽然沿同一方向传播，但具有不同的速度。

因此，经过厚度为d 的晶片后，o光和e光之间将产生相位差δ：（1）式中表示光在真空中的波长，n0和ne分别为晶体中o光和e光的折射率。

（1）如果晶片的厚度使产生的相差，这样的晶片称为1/4波片。

平面偏振光通过1/4波片后，透射光一般是椭圆偏振光，当时，则为圆偏振光；但当和时，椭圆偏振光退化为平面偏振光。

换言之，1/4波片可将平面偏振光变成椭圆偏振光或圆偏振光；反之，它也可将椭圆偏振光或圆偏振光变成平面偏振光。

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。

椭圆偏振光与圆偏振光的转换分析：刘良清 审核：吕超1、偏振光的描述任何偏振光可分解为两个线偏振光的正交组合，设某偏振光的电场矢量E 可分解为两个正交电场矢量x E 和y E 的组合。

即ˆˆx y E E i E j =+ (1.1)其中x E 和y E 分别代表沿ˆi方向和ˆj 方向振动的电场分量，他们可分别表示为：()()cos cos x x y y E A kz t E B kz t =−ω+ϕ⎧⎪⎨=−ω+ϕ⎪⎩ (1.2) 用复振幅表示，即()()()() ()()y x yxj kz t j kz t x y j j j kz t j j kz t E E e E eAe BeeA Be e −ω+ϕ−ω+ϕϕϕ−ωΔϕ−ω=+ =+ =+ (1.3)其中x y Δϕ=ϕ−ϕ为两个正交偏振态组合的相位差，该相位差决定了合成光束的偏振态。

当,0,1,2...n n Δϕ=π =时，即为线偏振；/2,0,1,2...n n Δϕ=π+π =时，即为椭圆偏振；而振幅量A和B 则决定了合成光束椭圆程度，A=B 时为圆偏振光。

忽略含时与波动传输因子项，用Jones 矩阵描述，则光场的偏振态组合可表示为：j A E Be Δϕ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦(1.4) 一个沿椭圆偏振轴放置的相位延迟波片的Jones 矩阵表示为：00xy j j e M e δ δ⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎣⎦ (1.5) 则光场通过一个相位延迟波片后的矩阵描述为：21E ME = (1.6) 2、椭圆偏振光通过波片的变换椭圆偏振光两个独立的线偏振成分的相位差满足/2,0,1,2...n n Δϕ=π+π =。

为了方便(不会影响后面的结果)，即假设相位差/2Δϕ=π，偏振比B/A=b;则通过一个倾斜放置的波片后，如图1所示，波片的快轴与Y 轴的夹角为θ，波片的相位延迟量为δ，光场的变换矩阵为：cos sin 10cos sin 1sin cos 0sin cos x j y E E e bj δ⎡⎤θ−θθθ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤=⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥θθ−θθ⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ (2.1) 当()2//2e o d n n δ=π−λ=π时称为四分之一波片。

圆偏振光、椭圆偏振光如何检验？首先讨论它们产生的原理。

圆偏振光、椭圆偏振光产生的原理如图10— 2所示图10 — 2当一束自然光经起偏器后，得到线偏振光再入射到波片时，被分成E。

和Ee两个振动分量，由于它们在晶体内的传播速度不同，通过波片后产生一定的位相差，出射后两束光速度相同，合成后一般得到椭圆偏振光，o光相对e光的位相差为=2π/λ ×（no- ne）dd —波片厚度在满足以下两个条件时，出射光是圆片振光：1.起偏器的透光轴与波片的快（慢）轴夹角α= 45°2.两束光在波片中产生位相差=（2m +1）× π/ 2 (m = 0; ±1; ±2; )或Δ= ( no – ne ) d =（m + 1/ 4）λ可见，该波片是λ/4波片，因此线偏振光只有通过λ/4波片才可能产生圆偏振光。

如何检验圆偏振和椭圆偏振光呢？一般采用以下两种方法：1、让圆或椭圆偏振光透过检偏器，通过旋转检偏器观察能量变化，来确定光的偏振态。

2、将圆偏振或椭圆偏振光变换成线偏振光，再通过马吕斯定律进行检验为什么圆偏振光经1/8 波片后成为椭圆偏振光？圆偏振光相位差不是PI/2吗。

+PI/4后怎么就变成了线偏振光。

这个很好解释么，圆偏振光原来的相位差是pi/2，线偏振光的相位差是pi或者是0，除了这个之外，所有的相位差，造成的偏振态形状都是椭圆的。

圆偏振本来pi/2，你经过λ/8波片，相位差加pi/4，那你用你的原来的pi/2+pi/4=3pi/4，相位差既不是0，也不是pi，自然就不是线偏振光，所以自然是个椭圆偏振的，怎么可能变成线偏振的？还有你这个问题太诡异了，题目里面问，为什么变成椭圆光，内容里面却问怎么就变成线偏振光，你到底是要问什么？只有经过λ/4波片的圆偏振，才能变成线偏振，还有通常都没有人用什么λ/8波片，都是λ/4的或者λ/2的波片，不知道楼主从哪里看来的λ/8波片？λ/4波片合成椭圆偏振光的原理是什么原理就是给本来没有相位差或者相位差是pi的线偏振光，附加上了pi/2的相位。