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과학

스토크스 벡터

스토크스 벡터과학
영문명
Stokes vector
성분
S₀,S₁,S₂,S₃ 또는 I,Q,U,V
첫 성분
전체 세기
편광도
√(S₁²+S₂²+S₃²)/S₀
스토크스 벡터는 빛의 전체 세기와 서로 다른 편광 성분의 세기 차이를 네 실수로 나타내는 표현이다. 완전 편광뿐 아니라 부분 편광과 비편광 빛도 다루며, 전기장의 공통 광학 위상은 직접 보관하지 않는다.

세기 차이로 구성하기

S₀는 두 직교 선형 성분의 세기 합이다. S₁은 기준 두 축, S₂는 기준에서 45도 돌아간 두 축의 세기 차이로 정할 수 있다. S₃은 두 반대 원형 편광의 세기 차이다. 원형 편광의 순서와 좌표축 규약에 따라 부호가 달라지므로 측정과 계산의 정의를 일치시킨다.

편광도를 계산하는 예제

S=(10,6,0,0)이라면 편광도는 6/10=0.6이다. 같은 규약에서 이 상태는 완전히 선형 편광된 세기 6의 성분과 비편광 세기 4의 합으로 표현할 수 있다. S₀>0인 물리적 상태는 S₁²+S₂²+S₃²≤S₀²를 만족한다. 등호면 완전 편광이고 편광 성분 셋이 모두 0이면 비편광이다.

세기를 더하는 경우

서로 비일관적인 두 빛의 스토크스 벡터는 더할 수 있다. 예를 들어 같은 세기의 서로 직교한 선형 편광 (1,1,0,0)과 (1,−1,0,0)을 비일관적으로 섞으면 (2,0,0,0)이 된다. 위상 관계가 고정된 전기장을 합치는 경우에는 같은 계산으로 대체하지 않으며 간섭과 상대 위상을 먼저 고려해야 한다.

정규화와 세기 보존

S₀로 나눈 나머지 성분은 편광 상태를 세기와 분리해 비교하는 데 유용하다. 다만 정규화한 값만 남기면 빛의 전체 세기 차이를 알 수 없다. S₀=0에서는 편광도 비율도 정의할 수 없으므로 어두운 상태나 매우 작은 측정값에서 분모를 주의한다.

관련 문서

편광 / 존스 벡터 / 뮐러 행렬 / 세기 (물리학) / 제곱근 / 전자기파