Polarisatiestanden

Polarisatiestanden verwijzen naar de toestand die de polarisatie van elektromagnetische straling beschrijft. Polarisatie beschrijft de oriëntatie en de fase van de elektrische veldvector van een golf, en kan zowel in klassieke als in kwantummechanische termen worden behandeld. In de klassieke beschrijving kan licht volledig of gedeeltelijk gepolariseerd zijn; volledig gepolariseerd licht heeft een duidelijke planare polarisatie, terwijl onafgewerkte polarisatie leidt tot een onbepaalde oriëntatie of tot een mengeling van verschillende polariseringscomponenten.

In de klassieke optica worden polarisatiestanden vaak onderverdeeld in lineaire, circulaire en elliptische polarisatie. Lineaire polarisatie heeft de veldvector langs een vaste as, circulaire polarisatie draait het veld met constante amplitude en een constante faseverschuiving tussen orthogonale componenten, en elliptische polarisatie is een combinatie daarvan. De mate van polariteit wordt uitgedrukt via de polarisatiestroom of de graad van polarisatie (DoP). Voor deels gepolariseerd licht geldt DoP tussen 0 en 1.

In de kwantummechanica beschrijven polarisatiestanden een tweelevelssysteem, meestal een foton. De basis kan bestaan uit horizontaal/verticale of rechts/cirkelpolarisatie. Pure polarisatiestanden worden beschreven door een toestand (bijv. een rijtje basisvectoren), terwijl gemengde staten representeren door een dichtheidsoperator. Verschillen in polarisatie worden gemeten met polarizers en analyzers; de kans op een uitkomst volgt uit projectie op de meetbasis (Malus’ wet in een kwantumvariant).

Representaties zoals Jones-calculus, Stokesparameters en de Poincaré-sfeer worden gebruikt om polarisatiestanden te modelleren en te manipuleren. Polarisatiestanden zijn essentieel in communicatie, quantum key distribution, en verschillende toepassingen in wetenschap en techniek.