Sóng phẳng và phân cực

Sóng điện từ đơn giản nhất là sóng phẳng ngang có định hướng trường điện xác định sự phân cực của chúng.

Definition

Sóng điện từ phẳng là một nghiệm trong đó các trường phụ thuộc vào một hướng truyền sóng duy nhất và dao động hình sin; sự phân cực xác định cách vectơ trường điện được định hướng và cách định hướng đó phát triển trong một chu kỳ.

Scope

Chủ đề này bao gồm các nghiệm sóng phẳng đơn sắc của phương trình Maxwell trong chân không, mối quan hệ ngang và độ lớn tương đối của trường điện và trường từ, vectơ sóng và quan hệ tán sắc, thông lượng năng lượng và động lượng do sóng mang theo, và các trạng thái phân cực — tuyến tính, tròn và elip — cùng với mô tả và cách điều khiển chúng.

Core questions

• Cấu trúc của sóng điện từ phẳng đơn sắc là gì?
• Trường điện và trường từ liên quan với nhau như thế nào trong một sóng như vậy?
• Các trạng thái phân cực khác nhau được định nghĩa và tạo ra như thế nào?

Key concepts

• sóng đơn sắc
• vectơ sóng
• trường ngang
• phân cực tuyến tính
• phân cực tròn
• phân cực elip
• vectơ Poynting
• cường độ

Key theories

Nghiệm sóng phẳng ngang

Sóng phẳng đơn sắc có trường điện và trường từ vuông góc với nhau và với hướng truyền sóng, với độ lớn của chúng liên quan đến tốc độ sóng và thông lượng năng lượng được cho bởi vectơ Poynting.

Các trạng thái phân cực

Sự chồng chất của các thành phần trường vuông góc với pha và biên độ tương đối xác định tạo ra phân cực tuyến tính, tròn hoặc elip, có thể được phân tích và biến đổi bằng các bộ phân cực và bản sóng.

Clinical relevance

Kiểm soát phân cực là yếu tố thiết yếu đối với màn hình tinh thể lỏng, kính râm phân cực, truyền thông quang học, phép đo phân cực để đo hoạt tính quang học và phân tích ứng suất, trong khi các mô hình sóng phẳng là nền tảng cho phân tích ăng-ten và radar.

History

Malus đã khám phá ra sự phân cực do phản xạ vào năm 1808, và Fresnel cùng Young đã thiết lập bản chất ngang của sóng ánh sáng vào những năm 1810-1820, điều mà lý thuyết của Maxwell sau này giải thích là đặc tính ngang của sóng điện từ.

Key figures

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

Seminal works

• jackson1998
• born1999

Frequently asked questions

Ánh sáng phân cực có nghĩa là gì?

Phân cực mô tả hướng mà trường điện dao động; trong ánh sáng phân cực tuyến tính, nó duy trì dọc theo một trục, trong khi trong phân cực tròn hoặc elip, nó quay khi sóng truyền đi.

Tại sao sóng điện từ lại là sóng ngang trong chân không?

Các phương trình Maxwell trong không gian tự do yêu cầu các trường phải vuông góc với hướng truyền sóng, do đó không có thành phần của trường dao động dọc theo hướng di chuyển.