双折射波片的琼斯矩阵及其透射特性分析

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双折射波片是一种应用很广泛的光学元件。琼斯矩阵则是描述波片偏振特性的便捷数学工具。本论文在详细讨论了以往研究工作的基础上，根据晶体光学的基本原理分析了单色平面波倾斜通过波片的光学过程，对波片的琼斯矩阵及相位差等相关问题进行了深入的探讨。论文的具体工作包括以下内容： (1)讨论了O光和E光通过双折射晶体后相位差的计算方法，证明了对于前后表面平行的光学元件(如波片)，沿波法线方向和沿光线方向计算相位差的数学结果是一致的，并通过具体的数值计算比较了几个常用相位差表达式的精确性。 (2)详细分析了单轴晶体内E光的特性，分...

双折射波片是一种应用很广泛的光学元件。琼斯矩阵则是描述波片偏振特性的便捷数学工具。本论文在详细讨论了以往研究工作的基础上，根据晶体光学的基本原理分析了单色平面波倾斜通过波片的光学过程，对波片的琼斯矩阵及相位差等相关问题进行了深入的探讨。论文的具体工作包括以下内容： (1)讨论了O光和E光通过双折射晶体后相位差的计算方法，证明了对于前后表面平行的光学元件(如波片)，沿波法线方向和沿光线方向计算相位差的数学结果是一致的，并通过具体的数值计算比较了几个常用相位差表达式的精确性。 (2)详细分析了单轴晶体内E光的特性，分别给出了E光的电场矢量、电位移矢量及其平行、垂直分量的表达式．同时，对E光的菲涅耳公式及透射率表达式进行了修正，并以铌酸锂等晶体为例通过数值计算验证了修正后表达式的合理性． (3)探讨了光波偏振状态的描述方式，将入射光、反射光和折射光的电场矢量均视为由沿。光振动方向和沿E光振动方向的两个分量叠加而成，，通过分析各个分量振幅的变化规律，给出了各光波总电场的琼斯矢量表达式。 (4)推导出了一个较为严格的波片的琼斯矩阵。在其导出过程中，认为晶体内 O光和E光的空间分裂不可忽略，相应的琼斯矩阵应当由电场矢量在正交的光学系统坐标系和非正交的晶体内快慢轴坐标系之间进行变换得出。若采用相应的近似处理，该矩阵可退化为已有的各种矩阵形式。 (5) 将现有的波片琼斯矩阵按其导出方法分为三种基本类型，并以石英和金红石晶体为例通过数值模拟讨论了各类矩阵的适用范围。同时，分析了晶体的主折射率之差对波片透过率的影响。为实际计算中选用矩阵提供了理论依据。

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