Ukrainian Journal of Physical Optics


2022, Volume 23, Issue 1


ISSN 1816-2002 (Online), ISSN 1609-1833 (Print)

Polarization characteristics of a polychromatic wave

I. Mokhun, I. Bodyanchuk,

Yury Fedkovich Chernivtsi National University, 2 Kotsiubynsky Street, 58012 Chernivtsi, Ukraine

ABSTRACT

We consider polarization characteristics of a polychromatic wave associated with the Stokes parameters and the Jones vector. It is shown that the Stokes parameters can fail to describe adequately the polarization state of the wave formed as a result of superposition of the waves having different frequencies. To characterize this superposition, a modified Jones vector is introduced. Moreover, we demonstrate that the common Stokes parameters determine uniquely the spin moment of the resulting wave field.

Keywords: polarization, Stokes parameters, Jones vector, Poynting vector, spin angular momentum
UDC: 535.51

    1. Shurkliff W A. Polarized light: Production and use. Harvard University Press, 1962. doi:10.4159/harvard.9780674424135
    2. Azzam R M A and Bashara N M. Ellipsometry and polarized light. North-Holland publishing company, 1977.
    3. Sugic D, Dennis M, Nori F and Bliokh K, 2020. Knotted polarizations and spin in three-dimensional polychromatic waves. Phys. Rev. Res. 2: 042045(R). doi:10.1103/PhysRevResearch.2.042045
    4. Mokhun I, Bodyanchuk I, Galushko K, Galushko Yu and Viktorovskaya Yu, 2021. Formation mechanisms of the averaged Poynting vector of a polychromatic Wave. Opt. Mem. Neur. Netw. 30: 312-326. doi:10.3103/S1060992X2104010X
    5. Kessler D A and Freund I, 2003. Lissajous singularities. Opt. Lett. 28: 111-113. doi:10.1364/OL.28.000111
    6. Freund I, 2003. Bichromatic optical Lissajous fields. Opt. Commun. 226: 351-376. doi:10.1016/j.optcom.2003.07.053
    7. Mokhun I, Bodyanchuk I, Galushko Ye and Turubarova-Leunova N, 2018. Characteristics of a field formed by superposition of two plane waves with different frequencies and different polarization. Proc. SPIE. 10612: 1061208. doi:10.1117/12.2304786
    8. Born M and Wolf E. Principles of optics. Oxford: Pergamon, 1980.
    9. Perina J. Coherence of light. Heidelberg: Springer, Berlin, 1985.
    10. Mokhun I, Arkhelyuk A, Galushko Yu, Kharitonova Ye and Viktorovskaya Yu, 2014. Angular momentum of an incoherent Gaussian beam. Appl. Opt. 53: B38-B42. doi:10.1364/AO.53.000B38
    11. Mokhun I. Introduction to linear singular optics. Chapter 1. In 'Optical correlation techniques and applications' (ed. by Angelsky O V). Bellingham, Washington: SPIE Press, 2007. doi:10.1117/3.714999.ch1
    12. Bliokh K, Niv A, Kleiner V and Hasman E, 2008. Geometrodynamics of spinning light. Nature Photon. 2: 748-753. doi:10.1038/nphoton.2008.229
    13. Bliokh K Y, Bekshaev A Y and Nori F, 2013. Dual electromagnetism: helicity, spin, momentum, and angular momentum. New J. Phys. 15: 033026. doi:10.1088/1367-2630/15/3/033026
    14. Bekshaev A, Bliokh K and Soskin M, 2011. Internal flows and energy circulation in light beams. J. Opt. 13: 053001. doi:10.1088/2040-8978/13/5/053001
    15. Mokhun I, 2015. Validity of running criterion. Proc. SPIE. 9809: 980904. doi:10.1117/12.2228955
    16. Mokhun I, Bodyanchuk I, Galushko K, Galushko Y, Val O and Viktorovskaya Y, 2021. Energy flows in polychromatic fields. J. Opt. 23: 015401. doi:10.1088/2040-8986/abcc54
    Розглянуто поляризаційні характеристики поліхроматичної хвилі, пов’язані з параметрами Стокса та вектором Джонса. Показано, що параметри Стокса не можуть адекватно описати стан поляризації хвилі, утвореної в результаті суперпозиції хвиль з різними частотами. Для характеризації такої суперпозиції введено модифікований вектор Джонса. З іншого боку, ми демонструємо, що загальновідомі параметри Стокса однозначно визначають спіновий момент результуючого хвильового поля.

    Ключові слова: поляризація, параметри Стокса, вектор Джонса, вектор Пойнтінга, спіновий кутовий момент
Free download this article

© Ukrainian Journal of Physical Optics ©