Ebene Wellen und Polarisation
Die einfachsten elektromagnetischen Wellen sind transversale ebene Wellen, deren Ausrichtung des elektrischen Feldes ihre Polarisation definiert.
Definition
Eine ebene elektromagnetische Welle ist eine Lösung, bei der die Felder von einer einzigen Ausbreitungsrichtung abhängen und sinusförmig schwingen; Polarisation gibt an, wie der Vektor des elektrischen Feldes ausgerichtet ist und wie sich diese Ausrichtung über einen Zyklus entwickelt.
Scope
Dieses Thema behandelt monochromatische ebene Wellenlösungen der Maxwell-Gleichungen im Vakuum, die transversale Beziehung und relativen Größen der elektrischen und magnetischen Felder, den Wellenvektor und die Dispersionsrelation, den von der Welle transportierten Energie- und Impulsfluss sowie Polarisationszustände – linear, zirkular und elliptisch – zusammen mit deren Beschreibung und Manipulation.
Core questions
- Wie ist die Struktur einer monochromatischen ebenen elektromagnetischen Welle?
- Wie sind das elektrische und magnetische Feld in einer solchen Welle miteinander verbunden?
- Wie werden die verschiedenen Polarisationszustände definiert und erzeugt?
Key concepts
- monochromatische Welle
- Wellenvektor
- transversale Felder
- lineare Polarisation
- zirkulare Polarisation
- elliptische Polarisation
- Poynting-Vektor
- Intensität
Key theories
- Transversale ebene Wellenlösung
- Eine monochromatische ebene Welle hat elektrische und magnetische Felder, die senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung stehen, wobei ihre Größen durch die Wellengeschwindigkeit und den durch den Poynting-Vektor gegebenen Energiefluss miteinander verbunden sind.
- Polarisationszustände
- Die Überlagerung senkrechter Feldkomponenten mit definierter relativer Phase und Amplitude führt zu linearer, zirkularer oder elliptischer Polarisation, die durch Polarisatoren und Wellenplatten analysiert und transformiert werden kann.
Clinical relevance
Die Polarisationskontrolle ist wesentlich für Flüssigkristallanzeigen, polarisierte Sonnenbrillen, optische Kommunikation, Polarimetrie zur Messung der optischen Aktivität und Spannungsanalyse, während ebene Wellenmodelle die Grundlage für Antennen- und Radaranalyse bilden.
History
Malus entdeckte 1808 die Polarisation durch Reflexion, und Fresnel und Young etablierten in den 1810er-1820er Jahren den transversalen Charakter von Lichtwellen, den die Maxwellsche Theorie später als transversalen Charakter elektromagnetischer Wellen erklärte.
Key figures
- Augustin-Jean Fresnel
- Étienne-Louis Malus
- James Clerk Maxwell
Related topics
Seminal works
- jackson1998
- born1999
Frequently asked questions
- Was bedeutet es, dass Licht polarisiert ist?
- Polarisation beschreibt die Richtung, in der das elektrische Feld schwingt; bei linear polarisiertem Licht bleibt es entlang einer Achse, während es bei zirkularer oder elliptischer Polarisation rotiert, während sich die Welle ausbreitet.
- Warum sind elektromagnetische Wellen im Vakuum transversal?
- Die Maxwell-Gleichungen im freien Raum erfordern, dass die Felder senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen, sodass es keine Komponente des schwingenden Feldes entlang der Ausbreitungsrichtung gibt.