平面波と偏光

最も単純な電磁波は横波平面波であり、その電場の向きが偏光を定義します。

Definition

平面電磁波とは、電場が単一の伝播方向に依存し、正弦波的に振動する解のことです。偏光は、電場ベクトルがどのように配向し、その配向が1サイクルにわたってどのように変化するかを規定します。

Scope

このトピックでは、真空中におけるマクスウェル方程式の単色平面波解、電場と磁場の横方向の関係と相対的な大きさ、波数ベクトルと分散関係、波によって運ばれるエネルギーと運動量束、および線形、円形、楕円形といった偏光の状態、それらの記述と操作について扱います。

Core questions

• 単色平面電磁波の構造はどのようなものですか？
• このような波において、電場と磁場はどのように関連していますか？
• 異なる偏光状態はどのように定義され、生成されますか？

Key concepts

• 単色波
• 波数ベクトル
• 横方向の電場
• 直線偏光
• 円偏光
• 楕円偏光
• ポインティングベクトル
• 強度

Key theories

横波平面波解

単色平面波は、互いに垂直で伝播方向にも垂直な電場と磁場を持ち、その大きさは波の速度によって関連付けられ、エネルギー束はポインティングベクトルによって与えられます。

偏光の状態

明確な相対位相と振幅を持つ垂直な電場成分を重ね合わせることで、線形、円形、または楕円形の偏光が生じます。これらは偏光子や波長板によって解析および変換することができます。

Clinical relevance

偏光制御は、液晶ディスプレイ、偏光サングラス、光通信、旋光度測定のための偏光計、および応力解析に不可欠であり、平面波モデルはアンテナおよびレーダー解析の基礎となります。

History

1808年にマリュスが反射による偏光を発見し、1810年代から1820年代にかけてフレネルとヤングが光波の横波的性質を確立しました。これは後にマクスウェルの理論によって電磁波の横波的特性として説明されました。

Key figures

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

Seminal works

• jackson1998
• born1999

Frequently asked questions

光が偏光しているとはどういう意味ですか？

偏光は電場が振動する方向を記述します。直線偏光では電場は常に一軸に沿って振動しますが、円偏光や楕円偏光では波が進むにつれて回転します。

なぜ真空中では電磁波は横波なのですか？

自由空間におけるマクスウェル方程式は、電場が伝播方向に垂直であることを要求するため、進行方向に沿った振動電場の成分は存在しません。