Монохроматическая плоская волна. Понятие о поляризации волны

Электромагнитная волна – векторная. В силу симметрии волнового уравнения электромагнитного поля по отношению к векторам Е и Н колебания поля в вакууме можно описывать одним из этих векторов.

Рис.2.1. Синусоидальная бегущая волна обладает двойной периодичностью: по координате и по времени. Последовательности моментальных снимков напряженности поля волны в пространстве, когда «время остановлено» (слева) и во времени при измерении поля в одной точке (справа). По оси ординат – амплитуда силового вектора поля. При реальном наблюдении во времени и пространстве синусоида, показанная на рисунке, непрерывно смещается с постоянной скоростью вдоль оси ОХ.

Рис. 2.2. Геометрические места точек равной фазы в случаях: плоской, цилиндрической и сферической волн.

Распространение фронта сферической волны происходит вдоль радиусов-векторов r, исходящих из источника, которые называют лучами. При r ®¥ сферическую и цилиндрическую волны можно считать плоскими.

Рис. 2.3, а – линейно поляризованная волна в случае t = const. Колебания каждого силового вектора поля (или Е или Н) происходят в одной плоскости. В этом случае волну называют линейно поляризованной. Синусоида – геометрическое место концов векторов E или H. Эти векторы колеблются в фазе во взаимно перпендикулярных плоскостях, например, на рис. 2.3а в плоскости YOX - вектор Е. Тогда вектор Н будет колебаться в плоскости ZOX.

Рис. 2.3б – волна с круговой поляризацией. Конец вектора напряженности поля описывает в пространстве спираль. При наблюдении в направлении оси OX конец вектора описывает окружность. На рисунке направление вращения – по часовой стрелке.

Волна с круговой поляризацией получается в результате суперпозиции двух волн одинаковой амплитуды с линейной поляризацией во взаимно перпендикулярных плоскостях, когда сдвиг фаз между этими волнами равен p/2:

E_y = E₀ cos(wt - kx -a); E_z = E₀cos(wt - kx - b); a - b = p/2.

Если амплитуды Е₀ для исходных волн не равны друг другу – возникает волна с эллиптической поляризацией. При этом при наблюдении в направлении оси OX конец вектора описывает эллипс. Эллипс вырождается в прямую при равенстве нулю амплитуды одной из волн. Если a - b = - p/2, то направление вращения результирующего вектора изменяется на противоположное – против часовой стрелки.

В плоской волне плоскости колебаний отдельных волн, слагающих световой луч, всегда перпендикулярны оси OX – направлению распространения волны, но могут одновременно происходить в бесконечном множестве плоскостей, содержащих ось ОХ – это свет с естественной поляризацией.

Дата добавления: 2014-01-13