[科普中国]-琼斯运算

在光学中，可以以琼斯运算来描述偏振的现象。琼斯运算是1941年由麻省理工学院的R. C. Jones教授所发明。偏振光的状态以琼斯向量表示，而其他线性的光学元件则以琼斯矩阵表示。当偏振光通过偏振片或是波板时，把原来偏振状态的琼斯向量乘以光学元件的琼斯矩阵，即可运算出新的偏振态。必须要注意琼斯运算只适用于完全极化的光，如果是部分极化、无极化或不同调则需使用穆勒运算。

简介在光学中，可以以琼斯运算来描述偏振的现象。琼斯运算是1941年由麻省理工学院的R. C. Jones教授所发明。偏振光的状态以琼斯向量表示，而其他线性的光学元件则以琼斯矩阵表示。当偏振光通过偏振片或是波板时，把原来偏振状态的琼斯向量乘以光学元件的琼斯矩阵，即可运算出新的偏振态。必须要注意琼斯运算只适用于完全极化的光，如果是部分极化、无极化或不同调则需使用穆勒运算。1

琼斯向量

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琼斯矩阵以下是常见的偏振片，以琼斯矩阵的方式表示。

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以下是常见的波片，以琼斯矩阵的方式表示，其中是相位延迟的量。1

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旋转元件如果光学元件M相对于本来的座标旋转了{\displaystyle \theta }，则旋转过后的光学元件M'与M的关系如下：

而

偏振偏振（polarization）指的是横波能够朝着不同方向振荡的性质。例如电磁波、引力波都会展示出偏振现象。纵波则不会展示出偏振现象，例如传播于气体或液体的声波，其只会朝着传播方向振荡。如右图所示，紧拉的细线可以展示出线偏振现象与圆偏振现象。

电磁波的电场与磁场彼此相互垂直。按照常规，电磁波的偏振方向指的是电场的偏振方向。在自由空间里，电磁波是以横波方式传播，即电场与磁场又都垂直于电磁波的传播方向。理论而言，只要垂直于传播方向的方向，振荡的电场可以呈任意方向。假若电场的振荡只朝着单独一个方向，则称此为“线偏振”或“平面偏振”；假若电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转动作，并且电场矢量的矢端随着时间流意勾绘出圆型，则称此为“圆偏振”；假若勾绘出椭圆型，则称此为“椭圆偏振”；对于这两个案例，又可按照在任意位置朝着源头望去，电场随时间流易而旋转的顺时针方向、逆时针方向，将圆偏振细分为“右旋圆偏振”、“左旋圆偏振”，将椭圆偏振细分为“右旋椭圆偏振”、“左旋椭圆偏振”；这性质称为手征性。

光波是一种电磁波。很多常见的光学物质都具有各向同性，例如玻璃。这些物质会维持波的偏振态不变，不会因偏振态的不同而展现出不同的物理行为。可是，有些重要的双折射物质或光学活性物质具有各向异性。因此，偏振方向的不同，波的传播状况也不同，或者，波的偏振方向会被改变。起偏器是一种光学滤波器，只能让朝着某特定方向偏振的光波通过，因此，可以将非偏振光变为偏振光。

在涉及到横波传播的科学领域，例如光学、地震学、无线电学、微波学等等，偏振是很重要的参数。激光、光纤通信、无线通信、雷达等等应用科技，都需要完善处理偏振问题。

极化的英文原文也是“polarization”，在英文文献里，偏振与极化两个术语通用，都是使用同一个词汇来表达，只有在中文文献里，才有不同的用法。一般来说，偏振指的是任何波动朝着某特定方向振荡的性质，而极化指的是各个带电粒子因正负电荷在空间里分离而产生的现象。2

参见消偏器

径向偏振

偏振片

克尔效应

泡克耳斯效应

偏振光显微镜

本词条内容贡献者为:

刘军 - 副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所