Плоские волны и поляризация

Простейшие электромагнитные волны представляют собой поперечные плоские волны, ориентация электрического поля которых определяет их поляризацию.

Definition

Плоская электромагнитная волна — это решение, в котором поля зависят от одного направления распространения и колеблются синусоидально; поляризация определяет, как ориентирован вектор электрического поля и как эта ориентация изменяется в течение цикла.

Scope

Эта тема охватывает решения уравнений Максвелла для монохроматических плоских волн в вакууме, поперечную связь и относительные величины электрического и магнитного полей, волновой вектор и дисперсионное соотношение, поток энергии и импульса, переносимый волной, а также состояния поляризации — линейную, круговую и эллиптическую — вместе с их описанием и манипуляцией.

Core questions

• Какова структура монохроматической плоской электромагнитной волны?
• Как связаны электрическое и магнитное поля в такой волне?
• Как определяются и создаются различные состояния поляризации?

Key concepts

• монохроматическая волна
• волновой вектор
• поперечные поля
• линейная поляризация
• круговая поляризация
• эллиптическая поляризация
• вектор Пойнтинга
• интенсивность

Key theories

Решение для поперечной плоской волны

Монохроматическая плоская волна имеет электрическое и магнитное поля, перпендикулярные друг другу и направлению распространения, при этом их величины связаны скоростью волны, а поток энергии определяется вектором Пойнтинга.

Состояния поляризации

Суперпозиция перпендикулярных компонент поля с определённой относительной фазой и амплитудой приводит к линейной, круговой или эллиптической поляризации, которую можно анализировать и преобразовывать с помощью поляризаторов и волновых пластин.

Clinical relevance

Управление поляризацией имеет важное значение для жидкокристаллических дисплеев, поляризованных солнцезащитных очков, оптических коммуникаций, поляриметрии для измерения оптической активности и анализа напряжений, в то время как модели плоских волн лежат в основе анализа антенн и радаров.

History

Малюс открыл поляризацию отражением в 1808 году, а Френель и Юнг установили поперечную природу световых волн в 1810-1820-х годах, что теория Максвелла позднее объяснила как поперечный характер электромагнитных волн.

Key figures

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

Seminal works

• jackson1998
• born1999

Frequently asked questions

Что означает поляризация света?

Поляризация описывает направление, в котором колеблется электрическое поле; в линейно поляризованном свете оно остаётся вдоль одной оси, тогда как при круговой или эллиптической поляризации оно вращается по мере распространения волны.

Почему электромагнитные волны в вакууме являются поперечными?

Уравнения Максвелла в свободном пространстве требуют, чтобы поля были перпендикулярны направлению распространения, поэтому отсутствует компонента осциллирующего поля вдоль направления распространения.