太赫兹表面等离激元现象及应用中的电磁波偏振

平面波是横电磁波,它的电场强度矢量的方向,即振动方向与平面波的传播方向垂直。横电磁波的重要表现是偏振态,它的种类包括椭圆偏振态、线偏振态和圆偏振态。

在各向同性介质中,当光沿着+z方向传播时,电场只包含x方向和y方向两个分量。此时,电场表示为

式中,x和y为x方向和y方向的单位矢量,我们将x和y两个方向的电场合成,可以得到

式中,δ=φx-φy为E x和E y的初始相位差。式(6-4)是平面波的电场矢量末端运动轨迹方程。该公式表明,在与传播方向垂直的平面内,E x和E y合成的轨迹曲线为椭圆。更准确地说,电场以螺旋形沿着+z方向传播,在x-y平面形成一个椭圆曲线,能构成这种电场矢量末端运动轨迹曲线的平面波称为椭圆偏振波。

当两束垂直叠加的平面波的初始相位差改变时,根据式(6-4)可知,该椭圆矢量波动轨迹曲线也将发生变化。

当δ=mπ(m为整数)时,由式(6-4)整理得(www.xing528.com)

由上式可知,此时电场矢量末端运动轨迹曲线为一条直线,因此,这种平面波是线偏振波。

当δ=mπ/2(m为奇数)且a=b(两个垂直叠加的电场分量振幅相等)时,式(6-4)可以简化为

则此时轨迹曲线是一个半径为a的圆,所以该平面波为圆偏振波。

此外,椭圆偏振波和圆偏振波分为左旋偏振波和右旋偏振波。逆着光传播的方向观察,平面波随时间的变化而顺时针螺旋旋转传播时是右旋偏振波,随时间的变化而逆时针螺旋旋转传播时是左旋偏振波。然而左旋偏振和右旋偏振完全取决于两个垂直叠加的电场矢量端点的初始相位差δ。

如图6-1所示,不同的δ值对应不同的椭圆偏振态。