Направление поляризации

Направление поляризации

Вектор напряженности электромагнитной волны E, поляризованной эллиптически, вращается в плоскости декартовой системы координат в направлении распространения волны и видится наблюдателю в форме спирали. Такие условия часто принимаются в технической литературе.

Любое состояние поляризации волны можно разделить на две линейно поляризованные ортогональные компоненты, ориентированные вдоль осей х и у. Если амплитуды обеих компонент равны, а фазовый сдвиг у-компоненты относительно х-компоненты равен ± π/2, то такое излучение поляризовано циркулярно. Знак фазового сдвига определяет направление вращения. За вращение по часовой стрелке (правая круговая поляризация (рис. 1)) отвечает фазовый сдвиг – π/2, соответственно, вращение против часовой стрелки или левая круговая поляризация (рис. 2), задается фазовым сдвигом + π/2.

Рисунок 1. Правая круговая поляризация

Рисунок 2. Левая круговая поляризация

На рис. 1 и рис. 2 проиллюстрирована проекция вращения вектора напряженности поля Е на виртуальном экране. Окружность формируется при каждом вращении вектора напряженности поля Е по часовой стрелке (или против часовой стрелки), соответственно.

Генерация циркулярно поляризованного света

Круговой поляризацией света называется состояние поляризации света, которое получается в результате прохождения линейно поляризованной волны через четвертьволновую пластину. Удобно описывать это состояние математически с помощью матриц.

Под вектором Джонса принимается описание направления поляризации света, матрица Джонса описывает четвертьволновую пластину.

Матрица Джонса, описывающая четвертьволновую пластину, медленная ось которой ориентирована вдоль оси х, принимает вид:

        (1)

где e^iπ/4 – коэффициент фазы (практически во всех случаях может быть опущен).

Вектор Джонса, описывающий вектор линейной поляризации, ориентированный под углом + 45°, записывается как:

         (2)

Когда линейно поляризованный свет проходит через четвертьволновую пластину, вектор Джонса для излучения на ее выходе вычисляется как:

          (3)

Соотношение справедливо для света с правой круговой поляризацией. Иллюстрация, приведенная на рис. 3, показывает случай, когда быстрая и медленная оси четвертьволновой пластины сонаправлены с осями х и у в декартовой системе координат. Фиолетовый вектор показывает ориентацию линейной поляризации падающей под углом + 45° волны. Красный и синий векторы – ортогональные компоненты вектора напряженности в фазе. x-компонента (синий) сонаправлена с медленной осью волновой пластины. Скорость перемещения этой компоненты ниже скорости перемещения у-компоненты (красный), сонаправленной с быстрой осью пластины. Прохождение сквозь волновую пластину задерживает фазу х-компоненты. Величина замедления зависит от толщины пластины, для четвертьволновой пластины фазовый сдвиг равен – π/2 При таком сдвиге фаз результатом является правая круговая поляризация. Вектор напряженности поля Е вращается по часовой стрелке по ходу распространения волны вдоль оси z.

Рисунок 3. Генерация право циркулярно поляризованного света

Когда падающий свет поляризован линейно, а вектор поляризации ориентрирован под углом – 45^о, вектор Джонса принимает следующий вид:

          (4)

Вектор Джонса излучения на выходе четвертьволновой пластины описывается соотношением:

         (5)

Выходное излучение характеризуется левой круговой поляризацией. Данный случай проиллюстрирован на рис. 4. Волновая пластина ориентирована так же, как и на рис. 3, фиолетовый вектор также обозначает ориентацию вектора линейной поляризации падающего света. При этом разность фаз между х- и у-компонентами вектора напряженности поля Е отсутствует. Ориентация вектора поляризации под углом – 45^о  означает азимутальное вращение. Красный вектор указывает на положительное направление оси у, синий – на отрицательное направление оси х. Прохождение сквозь пластину добавляет компоненте, сонаправленной с медленной осью, сдвиг фазы + π/2 относительно фазы компоненты, сонаправленной с быстрой осью пластины. Выходное излучение обладает левой круговой поляризацией и вектор Е вращается против часовой стрелки по ходу распространения волны вдоль оси z.

Рисунок 4. Генерация лево циркулярно поляризованного света

Векторы и матрицы Джонса

Приведенные таблицы содержат информацию о видах векторов и матриц Джонса для стандартных оптических компонентов в зависимости от состояния поляризации.

Таблица 1. Векторы Джонса

Состояние поляризации	Вектор Джонса
Горизонтальная линейная поляризация
Вертикальная линейная поляризация
Линейная поляризация, + 45о
Линейная поляризация, – 45о
Правая круговая поляризация
Левая круговая поляризация

Таблица 2. Матрицы Джонса для стандартной оптики

Оптический элемент	Матрица Джонса
Горизонтальный линейный поляризатор
Вертикальный линейный поляризатор
Линейный поляризатор, + 45о
Линейный поляризатор, – 45о
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована горизонтально
Четвертьволновая пластина, медленная ось ориентирована вертикально

© Thorlabs Inc.

Компания INSCIENCE помогает своим заказчикам решать любые вопросы и потребности по продукции Thorlabs на территории РФ