1.平面光波的橫波特性1.6光波的橫波性、偏振態及其表示假設平面光波的電場和磁場分別為將其代入麥克斯韋方程式和式，可得對于各向同性介質，因D//E

，有對于非鐵磁性介質，因

B=

0H，有這些關系說明，平面光波的電場矢量和磁場矢量均垂直于波矢方向（波陣面法線方向）。因此，平面光波是橫電磁波。1.平面光波的橫波特性如果將（93）式、（94）式代入式，可以得到由此可見，k與

B、H相互垂直，因此，k、D(E)、B(H)三矢量構成右手螺旋直角坐標系統。又因為S=E

H，所以

k//S，即在各向同性分質中，平面光波的波矢方向(k)與能流方向(S)相同。1.平面光波的橫波特性進一步，根據上面的關系式，還可以寫出E與H的數值之比為正實數，因此

E與

H同相位。1.平面光波的橫波特性綜上所述，可以將一個沿

z方向傳播、電場矢量限于

xOz平面的電磁場矢量關系，繪如圖所示。不是能量變化曲線（能量不變），而是相位變化曲線。Ev0H光矢量振動面1.平面光波的橫波特性2.平面光波的偏振特性在垂直傳播方向的平面內，光振動方向相對光傳格方向是不對稱的，這種不對稱性導致了光波性質隨光振動方向的不同而發生變化。我們將這種光振動方向相對光傳播方向不對稱的性質，稱為光波的偏振特性。1）光波的偏振態根據空間任一點光電場E

的矢量末端在不同時刻的軌跡不同，其偏振態可分為：（1）線偏振；（2）圓偏振；（3）橢圓偏振1.6光波的橫波性、偏振態及其表示設光波沿

z方向傳播，電場矢量為為表征該光波的偏振特性，可將其表示為沿

x、y方向振動的兩個獨立分量的線性組合，即其中1）光波的偏振態上二式中的變量

t消去，經過運算可得式中，。這個二元二次方程在一般情況下表示的幾何圖形是橢圓，如圖所示。相位差

和振幅比

Ey／Ex的不同，決定了橢圓形狀和空間取向的不同，從而也就決定了光的不同偏振態。1）光波的偏振態下圖畫出了幾種不同

值相應的橢圓偏振態。實際上，線偏振態和圓偏振態都是橢圓偏振態的特殊情況。當

Ex

、Ey

二分量的相位差

時，橢圓退化為一條直線，稱為線偏振光。此時有當

m為零或偶數時，光振動方向在

I、Ⅲ象限內；當

m為奇數時，光振動方向在

Ⅱ、Ⅳ象限內。1）光波的偏振態（1）線偏振光由于在同一時刻，線偏振光傳播方向上各點的光矢量都在同一平面內，所以又叫做平面偏振光。通常將包含光矢量和傳播方向的平面稱為振動面。.........光矢量在屏平面內光矢量與屏平面垂直光矢量與屏平面斜交（1）線偏振光當

Ex、Ey

的振幅相等()，相位差時，橢圓方程退化為圓方程該光稱為圓偏振光。用復數形式表示時，有式中，正負號分別對應有旋和左旋圓偏振光。所謂右旋或左旋，與觀察的方向有關，通常規定逆著光傳播的方向著，E順時針方向旋轉時，稱為右旋圓偏振光，反之，稱為左旋圓偏振光。（2）圓偏振光1）光波的偏振態（2）圓偏振光右旋圓偏振光

y

yx

z傳播方向

/2xE某時刻右旋圓偏振光

E隨

z的變化

0

（3）橢圓偏振光

在一般情況下，光矢量在垂直傳播方向的平面內大小和方向都在改變，它的末端軌跡是由（l04）式決定的橢圓，故稱為橢圓偏振光。1）光波的偏振態橢圓的長、短半軸和取向與二分量Ex、Ey的振幅和相位差有關。其旋向取決于相位差

：當

時，為右旋橢圓偏振光；當

時，為左旋橢圓偏振光。右旋橢圓偏振光

（3）橢圓偏振光2）偏振態的表示法（1）三角函數表示法如前所述，兩個振動方向相互垂直的線偏振光

Ex

和

Ey疊加后一般情況下將形成橢圓偏振光：E0x

、E0y

和

描述了該橢圓偏振光的特性。在實際應用中，經常采用由長、短軸構成的新直角坐標系x

Oy

中的兩個正交電場分量Ex

，Ey

描述偏振態。如圖所示，新舊坐標系之間電矢量的關系為（1）三角函數表示法式中，

(0

<

)是橢圓長軸與x軸間的夾角。設2a和2b分別為橢圓之長、短軸長度，則新坐標系中的橢圓參量方程為式中的正、負號相應于兩種旋向的橢圓偏振光，。（1）三角函數表示法令則已知

E0x

、E0y

和

，即可由下面的關系式求出相應的

a、b和

：（1）三角函數表示法反之，如果已知

a、b和

，也可由這些關系式求出

E0x

、E0y

和

。這里的

和

表征了振動橢圓的形狀和取向，在實際應用中，它們可以直接測量。（1）三角函數表示法（2）瓊斯矩陣表示法

對于在Ⅰ、Ⅲ象限中的線偏振光，有瓊斯矢量為1941年瓊斯利用一個列矩陣表示電矢量的

x、y分量這個矩陣通常稱為瓊斯矢量。這種描述偏振光的方法是一種確定光波偏振態的簡便方法對于左旋、右旋圓偏振光，有，其瓊斯矢量為考慮到光強，有時將瓊斯矢量的每一個分量除以，得到標準的歸一化瓊斯矢量。（2）瓊斯矩陣表示法

例如,x方向振動的線偏振光、y方向振動的線偏振光、450方向振動的線偏振光、振動方向與

x軸成

角的線偏振光、左旋圓偏振光、右旋圓偏振光的標準歸一化瓊斯矢量形式分別為：（2）瓊斯矩陣表示法

如果兩個偏振光滿足如下關系，則稱此二偏振光是正交偏振態：例如，x、y方向振動的二線偏振光、右旋圓偏振光與左旋圓偏振光均互為正交的偏振光。（2）瓊斯矩陣表示法

利用瓊斯矢量可以很方便地計算二偏振光的疊加：亦可很方便地計算偏振光

Ei

通過幾個偏振元件后的偏振態：（2）瓊斯矩陣表示法式中，為表示光學元件偏振特性的瓊斯矩陣，可由光學手冊查到。（3）斯托克斯參量表示法如前所述，為表征橢圓偏振，必須有三個獨立的量，例如振幅Ex,Ey和相位差

，或者橢圓的長、短半軸a、b和表示橢圓取向的

角。1852斯托克斯提出用四個參量來描述一光波的強度和偏振態，在實用上更方便。與瓊斯矢量不同的是，這種表示法描述的光可以是完全偏振光、部分偏振光和完全非偏振光，也可以是單色光、非單色光。可以證明，對于任意給定的光波，這些參量都可由簡單的實驗加以測定。（3）斯托克斯參量表示法一個平面單色光波的斯托克斯參量是：其中只有三個是獨立的，因為它們之間存在下面的恒等式關系：參量

s0顯然正比于光波的強度，參量

s1、s2和s3則與表征橢圓取向的

角和表征橢圓率及橢圓轉向的

角有如下關系：（3）斯托克斯參量表示法（4）邦加球表示法邦加球是一個半徑為

s0的球Σ，其上任意點P的直角坐標為

s1

、

s2和

s3

，2

和2

是該點的相應球面角坐標。一個平面單色波，當其強度給定時（s0＝常數），對