Ondes planes et polarisation

Les ondes électromagnétiques les plus simples sont des ondes planes transversales dont l'orientation du champ électrique définit leur polarisation.

Definition

Une onde électromagnétique plane est une solution dans laquelle les champs dépendent d'une seule direction de propagation et oscillent sinusoïdalement ; la polarisation spécifie comment le vecteur champ électrique est orienté et comment cette orientation évolue au cours d'un cycle.

Scope

Ce sujet aborde les solutions d'ondes planes monochromatiques des équations de Maxwell dans le vide, la relation transversale et les amplitudes relatives des champs électrique et magnétique, le vecteur d'onde et la relation de dispersion, le flux d'énergie et de quantité de mouvement transporté par l'onde, ainsi que les états de polarisation — linéaire, circulaire et elliptique — avec leur description et leur manipulation.

Core questions

• Quelle est la structure d'une onde électromagnétique plane monochromatique ?
• Comment les champs électrique et magnétique sont-ils liés dans une telle onde ?
• Comment les différents états de polarisation sont-ils définis et produits ?

Key concepts

• onde monochromatique
• vecteur d'onde
• champs transversaux
• polarisation linéaire
• polarisation circulaire
• polarisation elliptique
• vecteur de Poynting
• intensité

Key theories

Solution d'onde plane transversale

Une onde plane monochromatique présente des champs électrique et magnétique perpendiculaires l'un à l'autre et à la direction de propagation, leurs amplitudes étant liées par la vitesse de l'onde et le flux d'énergie étant donné par le vecteur de Poynting.

États de polarisation

La superposition de composantes de champ perpendiculaires avec une phase et une amplitude relatives définies produit une polarisation linéaire, circulaire ou elliptique, qui peut être analysée et transformée par des polariseurs et des lames d'onde.

Clinical relevance

Le contrôle de la polarisation est essentiel pour les écrans à cristaux liquides, les lunettes de soleil polarisées, les communications optiques, la polarimétrie pour la mesure de l'activité optique et l'analyse des contraintes, tandis que les modèles d'ondes planes sont à la base de l'analyse des antennes et des radars.

History

Malus a découvert la polarisation par réflexion en 1808, et Fresnel et Young ont établi la nature transversale des ondes lumineuses dans les années 1810-1820, ce que la théorie de Maxwell a ensuite expliqué comme le caractère transversal des ondes électromagnétiques.

Key figures

• Augustin-Jean Fresnel
• Étienne-Louis Malus
• James Clerk Maxwell

Seminal works

• jackson1998
• born1999

Frequently asked questions

Que signifie pour la lumière d'être polarisée ?

La polarisation décrit la direction dans laquelle le champ électrique oscille ; dans la lumière polarisée linéairement, il reste le long d'un axe, tandis que dans la polarisation circulaire ou elliptique, il tourne à mesure que l'onde avance.

Pourquoi les ondes électromagnétiques sont-elles transversales dans le vide ?

Les équations de Maxwell dans l'espace libre exigent que les champs soient perpendiculaires à la direction de propagation, de sorte qu'il n'y a pas de composante du champ oscillant le long de la direction de déplacement.