Các trạng thái phân cực

Trạng thái phân cực của ánh sáng mô tả cách vectơ điện trường của nó định hướng và quay, được phân loại là tuyến tính, tròn hoặc elip.

Definition

Một đặc tả về hướng, độ elip và chiều xoắn được vạch ra bởi vectơ điện trường của sóng ánh sáng, cùng với các công thức được sử dụng để biểu diễn và biến đổi các trạng thái này.

Scope

Chủ đề này bao gồm việc phân loại và biểu diễn toán học các trạng thái phân cực. Nó bao gồm phân cực tuyến tính, tròn và elip như các trường hợp đặc biệt của trạng thái elip tổng quát, sự phân tách bất kỳ trạng thái nào thành các thành phần trực giao, phép tính vectơ Jones và ma trận Jones cho ánh sáng phân cực hoàn toàn, các tham số Stokes và ma trận Mueller cho ánh sáng phân cực một phần, mức độ phân cực và hình ảnh hình học được cung cấp bởi quả cầu Poincaré. Nó thiết lập ngôn ngữ mô tả được sử dụng trong toàn bộ quang học phân cực.

Core questions

• Phân cực tuyến tính, tròn và elip có mối liên hệ như thế nào?
• Một trạng thái phân cực được biểu diễn bằng vectơ Jones hoặc bằng các tham số Stokes như thế nào?
• Mức độ phân cực là gì và phân cực một phần được mô tả như thế nào?
• Quả cầu Poincaré hình dung các trạng thái phân cực như thế nào?

Key concepts

• phân cực tuyến tính
• phân cực tròn
• phân cực elip
• vectơ Jones
• tham số Stokes
• mức độ phân cực
• quả cầu Poincaré
• các thành phần phân cực trực giao

Key theories

Phép tính Jones cho ánh sáng phân cực

Một trường phân cực hoàn toàn được biểu diễn bằng một vectơ Jones phức hợp hai thành phần và mỗi phần tử bằng một ma trận Jones, do đó trạng thái đầu ra được tìm thấy bằng phép nhân ma trận, tạo ra một đại số hoàn chỉnh cho quang học phân cực kết hợp.

Các tham số Stokes và quả cầu Poincaré

Bốn tham số Stokes thực, có thể đo được mô tả bất kỳ trạng thái nào bao gồm phân cực một phần; được chuẩn hóa, chúng ánh xạ lên bề mặt và bên trong quả cầu Poincaré, cung cấp một biểu diễn hình học trực quan.

Clinical relevance

Đặc trưng hóa trạng thái phân cực là cơ sở cho hình ảnh nhạy phân cực của các mô lưỡng chiết như collagen, cơ và lớp sợi thần kinh võng mạc, nơi những thay đổi về trạng thái tiết lộ thông tin cấu trúc và bệnh lý.

History

Stokes đã giới thiệu bốn tham số của mình vào năm 1852 để xử lý ánh sáng phân cực một phần, và Poincaré sau đó đã đưa ra một cách giải thích hình học cho chúng trên quả cầu mang tên ông. Jones đã phát triển phép tính ma trận của mình cho ánh sáng phân cực hoàn toàn trong một loạt bài báo từ năm 1941, hoàn thiện các công thức tiêu chuẩn.

Key figures

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

Seminal works

• hecht2017
• bornwolf1999

Frequently asked questions

Sự khác biệt giữa phân cực tròn và phân cực tuyến tính là gì?

Trong phân cực tuyến tính, điện trường dao động dọc theo một đường cố định, trong khi trong phân cực tròn, điện trường có độ lớn không đổi nhưng quay đều, vạch ra một vòng tròn khi sóng tiến lên; phân cực elip là trường hợp tổng quát ở giữa.

Tại sao sử dụng các tham số Stokes thay vì vectơ Jones?

Các vectơ Jones chỉ mô tả ánh sáng phân cực hoàn toàn, kết hợp, trong khi các tham số Stokes được định nghĩa theo cường độ có thể đo được và cũng có thể biểu diễn ánh sáng không phân cực và phân cực một phần.