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。

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。

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。

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
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

光学中的偏振现象和光的线性偏振光是我们日常生活中非常常见的现象，我们都知道光是由光波构成的，它是电磁波的一种。

我们对光有一种直观的认识，就是光直线传播。

但其实光波是由电场和磁场组成的，而这两个场是垂直于光的传播方向的。

这同时也意味着光的电场和磁场的振动方向并不一定相同，这就引入了光的偏振现象。

偏振光指的是在一束光中，只有一个特定方向的电场振动。

从物理学的角度来说，偏振光可以看作是一个特殊方向上的电场振动平面。

光的偏振现象在很多日常应用中都有重要的作用，比如光学仪器、光传输以及液晶显示技术等。

在光学中，最常见的偏振现象是光的线性偏振。

线性偏振光指的是光波中的电场振动方向保持不变，这种偏振光可以用一个方向向量来描述。

如果我们把光波看作是沿着z轴传播的，那么对于垂直于z轴的平面上的光电场振动方向可以沿着x轴或者y轴。

这两个方向都是光的线偏振光的特例。

那么，我们如何实现对光的偏振控制呢？最常见的方法是使用偏振器。

偏振器是一种能够选择性地让特定方向偏振光通过的光学器件。

最简单的偏振器是偏振片，它是由多根平行的狭缝组成的。

光线通过偏振片时，只有与狭缝方向相同的电场振动方向的光才能通过，而其他方向的光则被阻挡。

利用这个原理，我们可以选择性地得到特定方向偏振的光。

除了线性偏振外，还有其他一些常见的光偏振现象，比如圆偏振和椭偏振。

圆偏振是指光电场矢量的大小恒定，但方向随着时间呈闭合的轨迹运动。

椭偏振是指光电场矢量的大小和方向都随着时间而改变，呈椭圆轨迹。

这些偏振现象在光学实验和应用中也有广泛的应用。

线性偏振光的应用非常广泛，比如在光学显微镜中，通过选择性地使用偏振片，可以增强图像的对比度，提高成像效果。

而在无线通信中，利用偏振控制技术也可以提高信号的传输效率。

此外，光学仪器、液晶显示技术、光通信等领域的发展也离不开对光的偏振控制。

总的来说，光的偏振现象是光学中一个重要而有趣的现象。

通过对光偏振现象的研究和利用，我们可以实现对光的定向传输和控制，广泛应用于光学仪器、通信、显示等领域。

《偏振成像技术的进展》赵劲松1.什么是偏振光？自然光是非偏振光，还是偏振光？光波电矢量振动的空间分布相对于光的传播方向是对称的，这种光称为自然光。

光波电矢量振动的空间分布对于光的传播方向失去对称性的现象叫做光的偏振。

因此，自然光与偏振光是两个相对的概念，自然光是完全非偏振光。

2.用什么参数描述偏振光？Stokes向量：可以描述偏振光，部分偏振光和自然光。

Jones矢量：[Ex,Ey]=[E0x e-iϕ1 E0y e-iϕ2]只能描述偏振光。

邦加球：3.光的传播方式（自发辐射、反射、散射、透射和衍射）如何影响光的偏振特性，如何定量描述？4.Fresnel 公式、Jones 矩阵、Mueller 矩阵在光波偏振现象中有何应用？5.Rayleigh 散射和Mie散射对光波的起偏作用及其异同点是什么？6.人造（目标）物体与自然（背景）物体的偏振特性有何差异？7.偏振成像的工作原理是什么？8.有哪些技术方案可以实现偏振成像？9.在设计偏振成像系统时，空间和时间分辨率如何权衡？10.偏振信息如何进行图像融合处理,以及可视化显示？11.误偏振信息的来源是什么，如何校正之？12.偏振成像有什么用途？13.不同波段的偏振成像有何差别？14.如何研制偏振光学元器件？15.如何研制偏振探测器？16.偏振光学元件和偏振成像整机性能如何描述和检测？17.偏振成像如何建模和仿真？18.在设计光学系统时，偏振光线如何追迹？19.如何建立偏振点扩散函数（Polarization PSF），偏振传递函数（PolarizationMTF）和噪声等效线偏振度（Noise Equivalent Degree of Linear Polarization）数学模型，如何测量之？问题：1.什么是线偏振度（DoLP）？Exp(ix)＝cos x＋i sinx1.1 Stokes向量斯托克斯向量S=[S0,S1,S2,S3];S0=I=E x2+E y2；S1=I0°-I90°= E x2- E y2；S2=I45°-I-45°=2E x E y cosϕ；S3=I r-I l=2E x E y sinϕ1.2 偏振度(DoP)光束中偏振部分的光强度和整个光强度之比值。