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 eiπ/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 – 45о, 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 – 45о 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
