Надо Знать

добавить знаний



Поляризация электромагнитной волны



План:


Введение

Сроком поляризация электромагнитной волны или поляризация света описывается пространственная ориентация электрической составляющей электромагнитной волны - вектора напряженности электрического поля.

Электромагнитная волна в пустоте всегда поперечная, т.е. вектор напряженности электрического поля перпендикулярно к направлению распространения волны. Однако при этом остаются еще две разные независимые возможности ориентации напряженности. Более того, этот вектор может изменять свою ориентацию со временем.

Электромагнитные волны в зависимости от вида поляризации делятся на

  • неполяризованным
  • линейно-поляризованные
  • циклично-поляризованные
  • эллиптически поляризованные

При падении волны на плоскую поверхность раздела двух сред удобно выделить s-поляризации и p-поляризацию.


1. Математическая формулировка

Электромагнитные волны с определенным волновым вектором \ Mathbf {k} в системе координат, ось z которой совпадает с направлением распространения, могут быть записаны в общем виде так

\ Mathbf {E} = E_ {x} \ mathbf {i} + E_ {y} \ mathbf {j} = E_ {0x} \ mathbf {i} \ cos (kz - \ omega t - \ varphi_x) + E_ { 0y} \ mathbf {j} \ cos (kz - \ omega t - \ varphi_y) ,

где \ Mathbf {i} и \ Mathbf {j} - Это орты в направлении осей x и y, ω - частота, E_ {0x} и E_ {0y} - Два независимых амплитуды, \ Varphi_x и \ Varphi_y - Два независимых фазы.


1.1. Линейная поляризация

Если фазы \ Varphi_x и \ Varphi_y совпадают, то для волны в любой момент времени выполняется соотношение

\ Frac {E_x} {E_y} = \ frac {E_ {0x}} {E_ {0y}} = \ text {const} .

То есть, в этом случае E_x и E_y связаны линейным спиввдиношенням. Такая поляризация электромагнитной волны называется линейной поляризацией.

До этого случая относятся также волны для которых E_ {0x} = 0 или E_ {0y} = 0 . Любую линейно-поляризованную волну можно свести одного из этих двух случаев, выбрав соответствующим образом направление осей x и y.


1.2. Циклическая поляризация

Циклическая или круговая полиризация возникает тогда, когда E_ {0x} = E_ {0y} , А фазы отличаются на четверть периода:

\ Varphi_y - \ varphi_x = \ pm \ frac {\ pi} {2} .

В этом случае электромагнитная волна записывается

\ Mathbf {E} = E_ {x} \ mathbf {i} + E_ {y} \ mathbf {j} = E_ {0x} \ mathbf {i} \ cos (kz - \ omega t - \ varphi_x) \ pm E_ {0y} \ mathbf {j} \ sin (kz - \ omega t - \ varphi_x) .

Для такой волны выполняется равенство

E_x ^ 2 + E_y 2 = E_ {0x} ^ 2 + E_ {0y} ^ 2 = \ text {const} ,

которая является уравнением круга относительно переменных E_x и E_y .

В зависимости от знака сдвига фазы вектор напряженности электрического поля в любой точке пространства для циклично-поляризованной волны вращается по или против часовой стрелки, выполняя полный оборот за период.

Любую линейно поляризованную волну можно изобразить в виде суперпозиции двух циклично-поляризованных волн с вращением по и против часовой стрелки.


1.3. Эллиптическая поляризация

В общем случае между переменными E_x и E_y существует соотношение, которое задается уравнением.

\ Left (\ frac {E_x} {E_ {0x}} \ right) ^ 2 + \ left (\ frac {E_y} {E_ {0y}} \ right) ^ 2 - 2 \ frac {E_x} {E_ {0x }} \ frac {E_y} {E_ {0y}} \ cos (\ varphi_y - \ varphi_x) = \ sin ^ 2 (\ varphi_y - \ varphi_x) .

Это уравнение эллипса, поэтому такая поляризация называется эллиптической.

2. Неполяризованным волна

Обычно свет, который мы наблюдаем, не имеет никакой из перечисленных выше поляризаций. Обычный свет состоит из хаотического излучения многих атомов. Фазы и интенсивности в таком свете несогласованные между собой и не сохраняются в течение длительного времени. Такой свет называют неполяризованным.

Однако, неполяризованный свет можно поляризовать, пропустив его через специальные поляризаторы, действие которых основывается на непропуска света одной из линейных поляризаций. В свете выходит из поляризатора, присутствует лишь одна из поляризаций и оно является линейно-поляризованным. Существуют также среды, избирательно пропускают одну из возможных круговых поляризаций. Существуют среды, которые могут вращать плоскость поляризации света. Такие среды называют оптически активными.


3. Использование поляризованного света

Поляризация электромагнитных волн и, в частности, света, широко используется в современной технологии.

3.1. Жидкокристаллические дисплеи

Пиксель состоит из цветного, горизонтального поляризатора, окруженного двумя слоями стекла экрана слоя, который возвращает поляризацию, вертикального фильтра

Например, пиксель ЖКД состоит из слоя, который пропускает только горизонтально-поляризованный свет, жидкокристаллического слоя, который вращает поляризацию света на 90 o, и слоя, который пропускает только вертикальную поляризацию света. Вообще такая структура прозрачна для горизонтально-поляризованной составляющей света, падающим на пиксель. Однако, приложения небольшого электрического поля до жидкого кристалла приводит к тому, что угол вращения поляризации сбивается, и свет уже не проникает через фильтры. В таком случае пиксель темнеет, что позволяет легко формировать на экране.


3.2. Стереоскопическое кино

Поляризация света используется для того, чтобы создать эффект объемности изображения в стереоскопическом кино. Известно, что объемность нашего зрения обусловлена бинокулярнистю, то есть тем, что мы имеем два глаза, которыми видим несколько различные изображения. Разница в картинке, воспринятому глазами позволяет нашему мозгу воспроизвести объемный эффект. В стереоскопическом кино на экран проецируется два изображения с разной поляризацией, а зрителю предлагается одеть специальные очки, одно стекло которых пропускает только вертикально поляризованный свет, а другое - только горизонтально-поляризованный свет. Результате зритель видит стерео-изображения.


3.3. Другое

Поляризованный свет находит широкое применение в научных исследованиях и в технике. Во многих случаях приходится плавно регулировать освещение того или иного объекта. Поставив перед источником света поляризатор и анализатор, можно, медленно поворачивая анализатор, плавно изменять освещение объекта от максимального до полной темноты.

Поляризационные фильтры применяют для тушения зеркально отраженных бликов, например при фотографировании картин, стеклянных и фарфоровых изделий, поверхности воды. Если поместить поляроид между источником света и отражательный поверхностью, то блики можно совсем погасить. Также интересным эффектом поляризационного фильтра является усиление контраста и насыщенности цветов на фотографии, сделанных при ярком солнце.

В строительной и машиностроительной технике явление поляризации используется для изучения напряжений, возникающих в отдельных узлах сооружений и машин. Это явление используется и в декоративных целях (например, в обустройстве витрин, во время театральных постановок и т.д.), в геологии и ряде других отраслей науки и техники.


См.. также


Физика Это незавершенная статья по физики.
Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив ее.


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам