2019西安邮电大学光学光波偏振态的仿真报告.doc

电子工程学院 光学课程设计 实验报告 姓 名： 系 部： 光电子技术系 专 业： 年 级： 学 号： 指导教师： 地 点： 2号实验楼234 时 间： 2015/12/21--2015/12/31 光波偏振态的仿真 一、实验目的 通过对两相互垂直偏振态的合成 1．掌握圆偏振、椭圆偏振及线偏振的概念及基本特性； 2．掌握偏振态的分析方法。 任务与要求： 对两相互垂直偏振态的合成进行计算，绘出电场的轨迹。要求计算在?=0、?=?/4、?=?/2、?=3?/4、?=?、?=5?/4、?=3?/2、?=7?/4时，在Ex=Ey及Ex=2Ey情况下的偏振态曲线并总结规律 实验原理 平面光波是横电磁波，其光场矢量的振动方向与光波传播方向垂直。一般情况下，在垂直平面光波传播方向的平面内，光场振动方向相对光传播方向是不对称的，光波性质随光场振动方向的不同而发生变化。将这种光振动方向相对光传播方向不对称的性质，称为光波的偏振特性。它是横波区别于纵波的最明显标志。 1) 光波的偏振态 根据空间任一点光电场E的矢量末端在不同时刻的轨迹不同，其偏振态可分为线偏振、圆偏振和椭圆偏振。 设光波沿z方向传播，电场矢量为 为表征该光波的偏振特性，可将其表示为沿x、y方向振动的两个独立分量的线性组合，即 其中 将上二式中的变量t消去，经过运算可得 式中，φ=φy-φx。这个二元二次方程在一般情况下表示的几何图形是椭圆，如图1-1所示。 图1-1 椭圆偏振诸参量 在上式中，相位差φ和振幅比Ey/Ex的不同，决定了椭圆形状和空间取向的不同，从而也就决定了光的不同偏振状态。图1-2画出了几种不同φ值相应的椭圆偏振态。实际上，线偏振态和圆偏振态都可以被认为是椭圆偏振态的特殊情况。 图1-2 不同?值相应的椭圆偏振 (1) 线偏振光 当Ex、Ey二分量的相位差φ=mπ(m=0, ±1, ±2，…)时，椭圆退化为一条直线，称为线偏振光。此时有 当m为零或偶数时，光振动方向在Ⅰ、Ⅲ象限内；当m为奇数时，光振动方向在Ⅱ、Ⅳ象限内。  由于在同一时刻，线偏振光传播方向上各点的光矢量都在同一平面内，因此又叫做平面偏振光。通常将包含光矢量和传播方向的平面称为振动面。 (2) 圆偏振光 当Ex、Ey的振幅相等(E0x=E0y=E0)，相位差φ=mπ/2(m=±1, ±3, ±5…)时，椭圆方程退化为圆方程 该光称为圆偏振光。用复数形式表示时，有 式中，正负号分别对应右旋和左旋圆偏振光。所谓右旋或左旋与观察的方向有关，通常规定逆着光传播的方向看，E为顺时针方向旋转时，称为右旋圆偏振光，反之，称为左旋圆偏振光。 (3) 椭圆偏振光 在一般情况下，光场矢量在垂直传播方向的平面内大小和方向都改变，它的末端轨迹是椭圆，故称为椭圆偏振光。在某一时刻，传播方向上各点对应的光矢量末端分布在具有椭圆截面的螺线上(图1-3)。椭圆的长、短半轴和取向与二分量Ex、Ey的振幅和相位差有关。其旋向取决于相位差φ：当2mπ＜φ＜(2m+1)π时，为右旋椭圆偏振光；当(2m-1)π＜φ＜2mπ时，为左旋椭圆偏振光。 图1-3 椭圆偏振光 程序流程图 开始 开始 显示图像，结束程序 画出二维图像： subplot(4,4,n); n=n+1; plot(Ex,Ey);循环计算; Fy=0:pi/4:7*pi/4 Ex=Eox*cos(w*t-k*z); Ey=Eoy*cos(w*t-k*z+Fy);定义c、lamd、w、k、Eox=5、Eoy=10、t、z、i=1、n=9画出三维图像： subplot(4,4,i); i=i+1; plot3(Ex,Ey,z); 循环计算： Fy=0:pi/4:7*pi/4; 显示图像，结束程序 画出二维图像： subplot(4,4,n); n=n+1; plot(Ex,Ey); 循环计算; Fy=0:pi/4:7*pi/4 Ex=Eox*cos(w*t-k*z); Ey=Eoy*cos(w*t-k*z+Fy); 定义c、lamd、w、k、Eox=5、 Eoy=10、t、z、i=1、n=9 画出三维图像： subplot(4,4,i); i=i+1; plot3(Ex,Ey,z); 循环计算： Fy=0:pi/4:7*pi/4; Ex=Eox*cos(w*t-k*z); Ey=Eoy*cos(w*t-k*z+