偏光状態

光の偏光状態は、その電場ベクトルがどのように配向し、回転するかを特定するものであり、線形、円形、または楕円形に分類されます。

Definition

光波の電場ベクトルによって描かれる配向、楕円率、および旋光性の特定、ならびにこれらの状態を表現および変換するために使用される形式論。

Scope

このトピックでは、偏光状態の分類と数学的表現について扱います。これには、一般的な楕円状態の特殊なケースとしての線形、円形、楕円偏光、任意の状態の直交成分への分解、完全偏光に対するジョーンズベクトルとジョーンズ行列計算、部分偏光に対するストークスパラメータとミューラー行列、偏光度、およびポアンカレ球によって提供される幾何学的描写が含まれます。これにより、偏光光学全体で使用される記述言語が確立されます。

Core questions

• 線形、円形、楕円偏光はどのように関連していますか？
• 偏光状態はジョーンズベクトルまたはストークスパラメータによってどのように表現されますか？
• 偏光度とは何ですか、また部分偏光はどのように記述されますか？
• ポアンカレ球は偏光状態をどのように視覚化しますか？

Key concepts

• 線形偏光
• 円偏光
• 楕円偏光
• ジョーンズベクトル
• ストークスパラメータ
• 偏光度
• ポアンカレ球
• 直交偏光成分

Key theories

偏光に対するジョーンズ計算

完全偏光場は2成分の複素ジョーンズベクトルで表され、各要素はジョーンズ行列で表されるため、出力状態は行列乗算によって求められ、コヒーレント偏光光学の完全な代数を提供します。

ストークスパラメータとポアンカレ球

4つの実数で測定可能なストークスパラメータは、部分偏光を含むあらゆる状態を記述します。正規化されたこれらのパラメータは、ポアンカレ球の表面と内部にマッピングされ、直感的な幾何学的表現を提供します。

Clinical relevance

偏光状態の特性評価は、コラーゲン、筋肉、網膜神経線維層などの複屈折組織の偏光感応イメージングの基礎となります。これらの組織では、状態の変化が構造的および病理学的情報を示します。

History

ストークスは1852年に部分偏光を扱うために4つのパラメータを導入し、ポアンカレは後にそれらに彼にちなんで名付けられた球上での幾何学的解釈を与えました。ジョーンズは1941年からの一連の論文で完全偏光のための行列計算を開発し、標準的な形式論を完成させました。

Key figures

• George Gabriel Stokes
• Henri Poincaré
• R. Clark Jones

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

円偏光と線形偏光の違いは何ですか？

線形偏光では電場は固定された線に沿って振動しますが、円偏光では電場は一定の大きさで着実に回転し、波が進むにつれて円を描きます。楕円偏光はその中間の一般的なケースです。

ジョーンズベクトルではなくストークスパラメータを使用するのはなぜですか？

ジョーンズベクトルは完全偏光されたコヒーレント光のみを記述しますが、ストークスパラメータは測定可能な強度に基づいて定義され、非偏光および部分偏光された光も表現できます。