光学知识分享-光学偏振2

2.2基本偏振态

A.椭圆偏振

椭圆偏振是最根本的偏振态。在这种情况下，两个电场分量具有恒定的相位差 (一个传播得更快，另一个传播得更慢)，并且相位差不是 (\ pi/2) 的整数倍。振幅可以相同或不同。当沿传播方向观察时，电场矢量端点的轨迹将勾勒出一个椭圆，如下图所示:

B.线性偏振

线偏振是椭圆偏振的一种特殊形式。在这种情况下，两个电场分量没有相位差，并且电场矢量在单个平面中振荡。当沿传播方向观察时，电场矢量端点的轨迹是一条直线。如果两个分量的幅度相同，则会导致45度线性极化，如下图所示:

C.圆极化

圆极化是椭圆极化的另一种特殊形式。在这种情况下，两个电场分量具有90度的相位差和相同的幅度。沿传播方向观察时，电场矢量端点的轨迹为圆形，如下图所示:

2.3光源的偏振分类

从普通光源直接发射的光是无数偏振光的不规则集合，因此不可能直接观察到光强度的任何优选方向。这种在所有振动方向上具有相同强度的光称为自然光。它具有随机变化的偏振状态和相位差，包括垂直于光传播方向的所有可能的振动方向，并且不表现出偏振。自然光的常见示例包括阳光和家用灯泡发出的光。

完全偏振的光具有稳定的电磁波振荡方向，电场的两个分量具有恒定的相位差。它包括上述线性偏振光、椭圆偏振光和圆偏振光。

部分偏振光包含自然光和偏振光的成分。例如，我们经常使用的激光束既不是完全偏振的，也不是非偏振的，因此属于部分偏振光。为了量化偏振光在总光强度中的比例，引入了偏振度 (DOP) 的概念。它是偏振光的强度与总光强度的比率，范围从0到1，其中0表示非偏振光，1表示完全偏振光。另外，线性偏振度 (DOLP) 是线性偏振光的强度与总光强度的比率，而圆形偏振度 (DOCP) 是圆偏振光的强度与总光强度之比。在日常生活中，普通led灯发出的光也是部分偏振光。

2.4偏振态之间的转换

许多光学部件可以影响光束的偏振状态。这些效果有时可能是用户所期望的，有时不是。例如，当光束被反射时，其偏振状态通常改变。以自然光为例，在从水面反射后，它变成部分偏振光。只要光束不被反射或不通过任何偏振介质，其偏振状态就保持稳定。

为了定量地改变光束的偏振状态，可以使用偏振光学组件。例如，四分之一波片是由双折射晶体材料制成的常见偏振部件，具有快轴和慢轴。它可以将平行于慢轴的电场矢量的相位延迟 (\ pi/2 ) (90 °)，而平行于快轴的电场矢量没有延迟。因此，当具有45度极性的线偏振光入射角在四分之一波片上，透射光束变为圆偏振光，如下图所示。首先，线性偏振器将自然光转换成线性偏振光，然后线性偏振光穿过四分之一波片，变成圆偏振光，而光强度没有变化。类似地，当光束沿相反方向传播时，入射在四分之一波片上的具有45度偏振角的圆偏振光变成线性偏振光。

使用先前文章中提到的积分球，可以将线性偏振光转换成非偏振光。当线性偏振光进入积分球时，它在球内经历多次反射，破坏电场的振动。这在积分球的输出端产生非偏振光。

2.5 P偏振光、S偏振光和布鲁斯特角

P偏振光和S偏振光都是具有垂直偏振方向的线偏振光。当考虑光束的反射和折射时，它们是有意义的。如下图所示，当光束入射到一个表面上，形成反射和折射光束时，由入射光束和法线形成的平面被定义为入射平面。P偏振光 (来自德语单词 “平行”) 是偏振方向平行于入射平面的光，而S偏振光 (来自德语单词 “Senkrecht”) 是偏振方向垂直于入射面的光。

P偏振光和S偏振光

在正常情况下，当自然光在电介质的界面处被反射和折射时，反射光和折射光都是部分偏振的。仅当入射角处于特定角度时，反射光的偏振态才完全S偏振 (垂直于入射平面)，折射光的偏振态几乎完全是P偏振的 (平行于入射平面)。这个特定的入射角称为布鲁斯特角。当光以布鲁斯特角入射时，反射光和折射光彼此垂直。利用这个特性，可以产生线性偏振光。