MATLAB模拟偏振.doc

一、题目要求：假设一波长为632nm的左旋圆偏振光垂直穿过半波片（厚度2.5mm)，试计算输出光的偏振态。并用三维动画显示E穿透波片的演变过程。如果入射光偏振态为线偏振，且振动方向与半波片快轴夹30度角，试求输出光偏振态及振动方向，并并用三维动画显示E穿透波片的演变过程。二、题目分析：根据所学知识知，左旋圆偏振光垂直穿过半波片后为右旋圆偏振光，振动方向与半波片快轴夹角为30度角的线偏振光经过半波片后，出射光为与半波片快轴夹角为-30度的线偏振光，本题目重点在于应用matlab软件对偏振光经过半波片时，在半波片内部的运动轨迹，经本组讨论后，采用以下算法对偏振光在波片中运动轨迹的描述：假设波片的光轴为Y轴，我们可以将入射偏振光看成是沿X轴方向（快轴）和沿Y轴方向（慢轴）的偏振光的合成。1、入射光为左旋圆偏振光时，它们分别可表示成ex(i)= cos(w*tt1+pha)和ey(i)=*cos(w*tt2+pha+pi/2).波片外，X,Y方向的偏振光传播速度相同，故通过相同光程是所需时间一样，即 t1(i)=t2(i)=(z(i)-z(i-1)/c;波片内，o光和e光的折射率不同，故它们传播速度不等，t1(i)=(z(i)-z(i-1)/(c/n1),t2(i)=(z(i)-z(i-1)/(c/n2),导致X,Y方向偏振光产生相位差的改变，进而导致偏振光偏振状态改变。2、入射光为振动方向与半波片快轴夹角为30度角的线偏振光时，它们分别可表示成ex(i)=0.5*cos(w*tt1+pha)和ey(i)=(sqrt(3)/2)*cos(w*tt2+pha).波片外，X,Y方向的偏振光传播速度相同，故通过相同光程是所需时间一样，即 t1(i)=t2(i)=(z(i)-z(i-1)/c;波片内，o光和e光的折射率不同，故它们传播速度不等，t1(i)=(z(i)-z(i-1)/(c/n1),t2(i)=(z(i)-z(i-1)/(c/n2),导致X,Y方向偏振光产生相位差的改变，进而导致偏振光偏振状态改变。三、实现代码：入射光为振动方向与半波片快轴夹角为30度角的线偏振光：clear;%复位nm=1e-9;mm=1e-3;%单位c=3e8;%光速pha=pi/3;%初相位wl=632*nm;%波长w=2*pi*c/wl;%角频率d=2.5*mm;%波片厚度m=2;n0=1;n1=1.1;%x方向折射率dn=(m+0.5)*wl/d;%折射率差值 n2=n1+dn;%y方向折射率c1=c/n1;%波片中x方向光速c2=c/n2;%波片中y方向光速tt1=0;tt2=0;z=linspace(-0.2*d,1.2*d,8000);t1(1)=z(1)/c;t2(1)=z(1)/c;tt1=tt1+t1(1);tt2=tt2+t2(1);ex(1)=(0.5)*cos(w*tt1+pha);%x方向振幅ey(1)=(sqrt(3)/2)*cos(w*tt2+pha);%y方向振幅for i=2:8000if z(i)0%进入波片前 t1(i)=(z(i)-z(i-1)/c; t2(i)=(z(i)-z(i-1)/c; tt1=tt1+t1(i); tt2=tt2+t2(i); ex(i)=(0.5)*cos(w*tt1+pha); ey(i)=(sqrt(3)/2)*cos(w*tt2+pha);else if z(i)d%波片中 t1(i)=(z(i)-z(i-1)/c1; t2(i)=(z(i)-z(i-1)/c2; tt1=tt1+t1(i); tt2=tt2+t2(i); ex(i)=(0.5)*cos(w*tt1+pha); ey(i)=(sqrt(3)/2)*cos(w*tt2+pha); else%通过波片后 t1(i)=(z(i)-z(i-1)/c; t2(i)=(z(i)-z(i-1)/c; tt1=tt1+t1(i); tt2=tt2+t2(i); ex(i)=(0.5)*cos(w*tt1+pha); ey(i)=(sqrt(3)/2)*cos(w*tt2+pha); endendendfor i=1:8000%绘图 subplot(221) plot3(z(i),ex(i),ey(i),*) hold on; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); view(-80,5); grid on; subplot(222) plot3(z(i),ex(i),ey(i),*) hold on; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); view(-10,5); grid on; subplot(223) plot3(z(i),ex(i),ey(i),*) hold on; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); view(-90,0); grid on; x1=z(i),z(i); y1=0,ex(i); z1=0,ey(i); subplot(221) plot3(x1,y1,z1,-) hold off; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); grid on; %pause(0.000005); drawnow; view(-80,5); subplot(222) plot3(x1,y1,z1,-) hold off; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); grid on; %pause(0.000005); drawnow; view(-10,5); subplot(223) plot3(x1,y1,z1,-) hold off; axis(-0.2*d 1.2*d -1 1 -1 1); grid on; %pause(0.000005); drawnow; view(-90,0);end入射光为左旋圆偏振光时：将上述代码中的ex、ey分别改为：ex(i)= (sqrt(2)/2)*cos(w*tt1+pha)ey(i)=(sqrt(2)/2)*cos(w*tt2+pha+pi/2)即可四、仿真图形1、整体轨迹图：2、点运动轨迹图：五、心得感想通过本次作业，我们学到了许多，也收获了许多。1. 我们学习了偏振光及波片的相关知识，了解到了圆偏振经过半波片后仍为圆偏振，但旋向改变；线偏振光经过半波片后仍为线偏振，但光矢量改变，若入射线偏光与快轴夹角为a，则出射线偏光与快轴的夹角就是（-a）；并了解到波片对偏振光的影响是由于其各向异性可以对两个正交