平面波与偏振

最简单的电磁波是横向平面波，其电场方向定义了它们的偏振。

Definition

平面电磁波是一种解，其中场量取决于单一的传播方向并呈正弦振荡；偏振指定了电场矢量的方向以及该方向在一个周期内如何演变。

Scope

本主题涵盖了麦克斯韦方程在真空中的单色平面波解、电场和磁场的横向关系和相对大小、波矢量和色散关系、波携带的能量和动量通量，以及偏振态——线偏振、圆偏振和椭圆偏振——及其描述和操纵。

Core questions

• 单色平面电磁波的结构是什么？
• 在这种波中，电场和磁场是如何关联的？
• 不同的偏振态是如何定义和产生的？

Key concepts

• 单色波
• 波矢量
• 横向场
• 线偏振
• 圆偏振
• 椭圆偏振
• 坡印廷矢量
• 强度

Key theories

横向平面波解

单色平面波的电场和磁场相互垂直并垂直于传播方向，其大小通过波速关联，能量通量由坡印廷矢量给出。

偏振态

通过叠加具有确定相对相位和振幅的垂直场分量，可以产生线偏振、圆偏振或椭圆偏振，这些偏振态可以通过偏振器和波片进行分析和转换。

Clinical relevance

偏振控制对于液晶显示器、偏振太阳镜、光通信、用于测量旋光性的旋光仪以及应力分析至关重要，而平面波模型是天线和雷达分析的基础。

History

马吕斯于1808年通过反射发现了偏振，菲涅尔和杨在19世纪10年代至20年代确立了光波的横向性质，麦克斯韦的理论后来将其解释为电磁波的横向特性。

Key figures

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

Seminal works

• jackson1998
• born1999

Frequently asked questions

光偏振意味着什么？

偏振描述了电场振荡的方向；在线偏振光中，它沿一个轴保持不变，而在圆偏振或椭圆偏振中，它随着波的传播而旋转。

为什么电磁波在真空中是横向的？

自由空间中的麦克斯韦方程要求场垂直于传播方向，因此振荡场沿传播方向没有分量。