Estoy analizando el estado de polarización de una fuente de luz coherente monocromática, para lo cual conozco el vector Jones de la polarización,
Wikipedia proporciona un procedimiento de varios pasos que pasa por los parámetros de Stokes , pero creo que seguramente hay una forma más limpia y directa de obtener UNA , si , tu ^ , v ^ , θ y los componentes A u ^ y B v ^ , desde mi X y mi y , y no es particularmente obvio por los resultados de búsqueda que puedo encontrar. ¿Cuál es la forma más limpia de hacer esto?
Para ser claros: lo que creo que falta de los recursos existentes, y lo que la pregunta pregunta directamente, es un conjunto explícito de conexiones, lo más simple posible, para los parámetros nombrados (todos UNA , si , tu ^ , v ^ , θ y los componentes A u ^ y B v ^ ), en términos de los componentes cartesianos mi X y mi y . Los esquemas que simplemente envían a otro conjunto de manipulaciones complejas ya están disponibles en Wikipedia y no son lo que la pregunta está pidiendo.
Déjame intentarlo por segunda vez. Yo uso https://math.stackexchange.com/questions/1204131/converting-a-rotated-ellipse-in-parametric-form-to-cartesian-form como un recurso.
Manipulaciones Previas
El campo eléctrico físico es
Esta es una ecuación paramétrica para una elipse, que es trazada por el campo eléctrico.
Ángulo de ejes principales
Dejar
Luego, en comparación con la pregunta matemática vinculada. La respuesta aceptada establece que los ejes mayor y menor apuntan a la elipse (que se centra en el origen) cumplen
Expansión requerida por el OP
De hecho, esta cantidad es el ángulo θ en la expansión que aparece en la pregunta de los PO. Sin embargo, dependiendo de qué valor para k es elegido en puede ser π / 2 - θ , es necesaria una distinción de caso según el sector del arctan.
Por supuesto, esto también produce tu ^ y v ^ , por lo que la expansión ahora puede obtenerse fácilmente proyectando el vector Jones sobre esta base.
Las fórmulas pueden estar a lo largo, pero constituyen una solución cercana al problema hasta la distinción de caso de elegir k . No veo cómo puede existir una solución más simple, ya que la fórmula dada para el ángulo dado no parece algebraicamente reducible.
Michael Berry ofrece la forma más limpia de hacerlo en el periódico
Fórmulas de índice para líneas singulares de polarización. MV Berry, J. Opt. A: aplicación pura. Optar. 6 , 675–678 (2004) , autor eprint .
En la notación de Berry, el campo eléctrico se puede escribir como
Como otro punto difícil, uno debe tener en cuenta que estas fórmulas no están definidas cuando E ⋅ E = 0 , que corresponde a la polarización circular; en este caso, tanto los ejes de polarización como la fase γ en el eje mayor, están mal definidos, por lo que esto no es un problema.
Como una ventaja adicional, este enfoque también da naturalmente la dirección de lo normal al plano de la elipse de polarización, en la forma
Créditos de bayas
Singularidades de polarización en campos vectoriales paraxiales: morfología y estadística. Sr. Dennis, Opt. Commun. 213 , 201–21 (2002) , eprint .
para este formulario, y esa referencia contiene una prueba más completa de cómo y por qué funciona la descomposición.
Esto es, de hecho, bastante simple, una vez que te das cuenta de que la descomposición como E = e i γ ( A + i B ) , como arriba, debe existir, porque bajo esas condiciones el producto punto se reduce a
Creo que puedes lograr esto con una descomposición de valor singular. Comenzaré escribiendo mi en la siguiente forma
E = E X X ^ + E y y ^ = E tu tu ^ + E v v ^
dónde mi X y mi y Se conocen los números complejos. En general mi X mi ∗ y ≠ 0 , pero queremos mi tu mi ∗ v = 0 . Podemos escribir esto en forma de matriz como
( x ^ y ^ ) ( E X mi y ) = ( u ^ v ^ ) ( E tu mi v )
Deberíamos poder escribir
( x ^ y ^ ) = ( u ^ v ^ ) Λ T
dónde Λ es una matriz real, ortogonal que describe una rotación de sistemas de coordenadas. Actualmente es desconocido. Como suponemos que X ^ y y ^ son ortogonales, entonces tu ^ y v ^ También será ortogonal. Y también podemos escribir
( E X mi y ) = A ( 1 yo )
dónde A = ( a C si re ) Es una matriz real conocida. Podemos descomponer UNA usando una descomposición de valor singular
A = U S V T
dónde U , S y V son matrices reales U y V son matrices ortogonales y S = ( A 0 0 0 0 si ) dónde UNA y si son positivos con A ≥ B .
Todo esto rinde
Λ T U S V T ( 1 yo ) = ( E tu mi v )
Si elegimos Λ = U , lo que da tu ^ y v ^ , entonces esto se reduce a
S V T ( 1 yo ) = ( E tu mi v )
Ya que V es una matriz ortogonal, también lo es V T y S es diagonal y real, entonces mi tu mi ∗ v = 0 .
CR Drost
Misha
Jack