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과학

편광 고유상태

편광 고유상태과학
영문명
Polarization eigenstate
조건
Jv=λv
상태 표현
0이 아닌 존스 벡터 v
고유값 의미
전체 진폭 배율과 위상 변화
편광 고유상태는 특정 광학 소자를 통과해도 편광의 모양은 유지되고 전체 진폭과 위상만 바뀌는 입력 상태다. 존스 행렬의 고유벡터로 구할 수 있으며, 전기장 크기까지 반드시 그대로라는 뜻은 아니다.

편광이 유지된다는 뜻

한 존스 벡터에 같은 복소수를 곱하면 두 성분의 상대 크기와 위상차는 유지된다. 따라서 Jv=λv를 만족하고 λ가 0이 아니면 소자를 지난 빛은 같은 편광 상태를 갖는다. |λ|은 진폭 배율이고 argλ는 공통 위상 변화다. λ=0이면 출력이 없어지므로 통과한 편광 상태를 정의할 수 없다.

선형 지연판의 고유상태

J=diag(1,i)이면 (1,0)ᵀ와 (0,1)ᵀ는 각각 고유값 1과 i를 갖는다. 두 축의 선형 편광은 소자를 지나도 같은 축 방향을 유지한다. 그러나 두 고유상태의 중첩 (1,1)ᵀ/√2는 (1,i)ᵀ/√2로 바뀐다. 각 고유상태가 유지된다고 모든 입력의 편광이 유지되는 것은 아니다.

감쇠를 포함한 고유값

J=diag(0.8,0.4)라면 두 좌표축이 고유상태이고 두 진폭은 각각 0.8배와 0.4배가 된다. 같은 매질에서 세기 비율은 각각 0.64와 0.16이다. 고유값을 세기 투과율로 바로 읽으면 제곱 관계를 놓치게 된다. 공통 위상이 있으면 고유값은 복소수가 될 수도 있다.

유일성과 적용 범위

J가 단위행렬의 상수배라면 모든 0이 아닌 입력 벡터가 고유상태가 된다. 일반 행렬에서 고유상태가 반드시 서로 직교하거나 두 개의 독립 벡터를 이룬다고 가정해서는 안 된다. 탈편광을 하나의 존스 행렬로 표현할 수 없는 상황에서는 이 조건만으로 통계적인 편광 변화를 설명하지 못한다.

관련 문서

존스 행렬 / 존스 벡터 / 고유값과 고유벡터 / 파장판 / 편광 / 복소수