偏振态
光的偏振态描述了其电场矢量的方向和旋转方式，可分为线偏振、圆偏振或椭圆偏振。
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Definition
光波电场矢量所描绘的方向、椭圆率和旋向的规范，以及用于表示和转换这些状态的形式体系。
Scope
本主题涵盖偏振态的分类和数学表示。它包括线偏振、圆偏振和椭圆偏振作为一般椭圆偏振态的特例，任何偏振态分解为正交分量，用于完全偏振光的琼斯矢量和琼斯矩阵演算，用于部分偏振光的斯托克斯参数和穆勒矩阵，偏振度，以及庞加莱球提供的几何图像。它确立了整个偏振光学中使用的描述性语言。
Core questions
- 线偏振、圆偏振和椭圆偏振之间有何关系？
- 偏振态如何通过琼斯矢量或斯托克斯参数表示？
- 偏振度是什么？如何描述部分偏振？
- 庞加莱球如何可视化偏振态？
Key concepts
- 线偏振
- 圆偏振
- 椭圆偏振
- 琼斯矢量
- 斯托克斯参数
- 偏振度
- 庞加莱球
- 正交偏振分量
Key theories
- 偏振光的琼斯演算
- 完全偏振场由一个双分量复琼斯矢量表示，每个元件由一个琼斯矩阵表示，因此输出状态通过矩阵乘法得到，为相干偏振光学提供了一个完整的代数。
- 斯托克斯参数和庞加莱球
- 四个实数、可测量的斯托克斯参数描述任何状态，包括部分偏振；归一化后，它们映射到庞加莱球的表面和内部，提供直观的几何表示。
Clinical relevance
表征偏振态是胶原蛋白、肌肉和视网膜神经纤维层等双折射组织偏振敏感成像的基础，其中状态的变化揭示了结构和病理信息。
History
斯托克斯于1852年引入了他的四个参数来处理部分偏振光，庞加莱后来在以他命名的球体上给出了它们的几何解释。琼斯从1941年开始在一系列论文中发展了他的琼斯矩阵演算，用于完全偏振光，完善了标准形式体系。
Key figures
- George Gabriel Stokes
- Henri Poincaré
- R. Clark Jones
Related topics
Seminal works
- hecht2017
- bornwolf1999
Frequently asked questions
- 圆偏振和线偏振有什么区别？
- 在线偏振中，电场沿固定直线振荡，而在圆偏振中，电场具有恒定幅值但稳定旋转，随着波的传播描绘出一个圆；椭圆偏振是介于两者之间的一般情况。
- 为什么使用斯托克斯参数而不是琼斯矢量？
- 琼斯矢量仅描述完全偏振的相干光，而斯托克斯参数是根据可测量的强度定义的，也可以表示非偏振光和部分偏振光。