Stokes-Parameter

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie
Wechseln zu: Navigation, Suche

Die Stokes-Parameter sind ein Satz von vier Werten, meist als S0S3 oder I, Q, U und V bezeichnet, die 1852 von George Gabriel Stokes zur Beschreibung des Polarisationszustandes elektromagnetischer Wellen (meist Licht) eingeführt wurden. Das Besondere an diesen Werten ist, dass sie durch einfache Messungen der Lichtleistung nach Durchgang durch verschiedene Polarisatoren berechnet werden können und so der Polarisationszustand recht einfach bestimmt werden kann.

Die vier Stokes-Parameter S0S3 können zum sog. Stokes-Vektor zusammengefasst werden.

Analog zum Jones-Vektor und der Jones-Matrix wird die Wirkung optischer Systeme auf Stokes-Vektoren im Müller-Formalismus durch Anwendung entsprechender Matrizen (Müller-Matrix) behandelt.

Definition[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Beispiele
Polarisation Polarisationszustand Stokes-Vektor
linear, horizontal Polarisation state - Linear polarization parallel to x axis.svg
linear, vertikal Polarisation state - Linear polarization parallel to y axis.svg
linear, +45° Polarisation state - Linear polarization oriented at +45deg.svg
links-zirkular Polarisation state - Left-circular polarization.svg
rechts-zirkular Polarisation state - Right-circular polarization.svg
unpolarisiert

Die Leistungen sind dabei die gemessene Leistung nach Durchgang durch einen horizontal (0°), vertikal (90°), 45° und 135° orientierten, idealen Polarisator sowie der rechts- und links-zirkular polarisierte Anteil des Lichts.

Alternativ lassen sie sich über die zeitgemittelten Amplituden , der elektrischen Wellenvektoren in einem orthogonalen Koordinatensystem, sowie deren relativer Phase definieren.

Üblicherweise werden die Stokes-Parameter auf die einfallende Leistung normiert, indem alle vier Werte durch S0 dividiert werden, man spricht in diesem Zusammenhang vom normierten Stokes-Vektor.

Definition der Stokes-Parameter in weiteren Bezugssystemen[1]
Bezugsgröße
Lichtintensität
ε-θ-System
ψ-Δ-System

Definition in Kugelkoordinaten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine andere Formulierung findet sich in Kugelkoordinaten:

Wobei die Gesamtintensität, der polarisierte Anteil der Intensität, die Verkippung der Polarisationsellipse und das Verhältnis der beiden Hauptachsen der Polarisationsellipse ist.

Polarisationsgrad[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Polarisationsgrad Π gibt an, wie groß der geordnete Anteil der Welle ist. Er ist definiert durch:

Beziehungsweise für nur linear polarisiertes Licht:

Für vollständig polarisiertes Licht gilt:

Für unpolarisiertes Licht hingegen gilt:

.

Winkel der maximalen Polarisation[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Der Winkel der maximalen Polarisation ist definiert durch:

wobei für , ansonsten ist . Anders ausgedrückt bedeutet das, dass man 90° zum Winkel hinzu zählen muss, wenn kleiner als ist.

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • William A. Shurcliff: Polarized Light: Production and Use. Harvard University Press, Cambridge, Mass. 1962, ISBN 0-674-68250-5.
  • Craig F. Bohren, Donald R. Huffman: Absorption and scattering of light by small particles. Wiley, New York 1998, ISBN 0-471-29340-7.

Weblinks[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Jürgen Weiprecht: Polarisation und Stokes-Parameter. In: Kompendium für das Astronomische Praktikum. Hans-Georg Reimann, Olaf Fischer, Christian Friedemann, Reinhard E. Schielicke, 29. Oktober 2002, abgerufen am 2. Februar 2010.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Hiroyuki Fujiwara: Spectroscopic Ellipsometry: Principles and Applications. Wiley-Interscience, 2007, ISBN 978-0-470-01608-4, S. 75.