Линейно поляризованные волны реферат

Обновлено: 02.07.2024

Спустя почти четверть века физик из Нидерландов X. Гюйгенс провел следующий эксперимент: сначала пропустил луч света через кристалл исландского шпата (т. е. повторил опыт Бартолина), а затем оба луча, вышедшие из кристалла, пропустил еще раз сквозь второй такой же кристалл. Эксперименты показали, что дальнейшего разложения этих лучей уже не происходит в случае, если оптические оси обоих… Читать ещё >

Поляризация электромагнитных волн ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Свет, испускаемый отдельно взятым элементарным излучателем (атомом, молекулой), в каждом акте излучения всегда поляризован. Но макроскопические источники света состоят из огромного числа таких частиц-излучателей; пространственные ориентации векторов Е и моменты актов испускания света отдельными частицами в большинстве случаев распределены хаотически. Поэтому в общем излучении направление Е в каждый момент времени непредсказуемо. Подобное излучение называется неполяризованным, или естественным, светом.

Свет называется полностью поляризованным, если две взаимно перпендикулярные компоненты (проекции) вектора Е светового пучка совершают колебания с постоянной во времени разностью фаз. Обычно состояние поляризации изображается с помощью эллипса поляризации — проекции траектории конца вектора Е на плоскость, перпендикулярную лучу (рис. 1.4.1) [3] .

Параметр степени поляризации света, определяемый как отношение разности интенсивностей двух выделенных ортогональных поляризаций к их сумме, может изменяться в диапазоне от 0 до 100%. Следует отметить, что свет, проявляющийся в одних случаях как неполяризованный, в других может оказаться полностью поляризованным с меняющимся во времени, по сечению пучка или по спектру состоянием поляризации.

Рис. 1.4.1. Примеры поляризаций светового луча при различных разностях фаз между взаимно перпендикулярными компонентами и Е^:

а, д — линейные поляризации; в — круговая поляризация; б, г, е — эллиптическая поляризации Поляризация света дает возможность исследовать все виды анизотропии вещества.

Если векторы электрического и магнитного полей перпендикулярны направлению распространения волны, то световые волны в океане можно с достаточной степенью точности считать поперечными. Наиболее просто состояние поляризации света вводится для плоских монохроматических волн, где оно может быть описано в терминах напряженностей электрического поля. Поскольку приемники оптического излучения позволяют измерять лишь его энергетику, то о поляризационных характеристиках можно судить, исходя из некоторых квадратичных функций напряженности поля.

Рассмотрим плоскую квазимонохроматическую волну, распространяющуюся вдоль оси z:

где к = 2к/Х — волновое число; ы=2п/Т — круговая частота; E (t) = E₁(t)e₁+E₂(t)e₂ — комплексная амплитуда, мало изменяющаяся за время периода колебаний; е₁;е₂ — единичные векторы в направлении осей х и у. Осредненная квадратичная функция напряженности поля имеет четыре отличных от нуля члена, которые образуют тензор (е₍Е^; i, j =1,2; осреднение производится за период, намного превышающий характерное время изменения функции E (t). Более употребительна для описания состояния поляризации света совокупность четырех действительных величин, являющихся линейной комбинацией элементов тензора [е₍Е*^ и носящих название параметров Стокса 1 :

Для плоской монохроматической волны, которая по определению полностью поляризована, параметры Стокса выражаются через амплитуды взаимно перпендикулярных колебаний и разность фаз между ними:

Из формулы (1.4.2) следует, что для полностью поляризованного света.

Следовательно, состояние поляризации можно задать с помощью трех независимых параметров. Соотношение (1.4.4) является необходимым и достаточным условием полной поляризации светового пучка.

Противоположным случаем является неполяризованный (естественный) свет, для которого все направления в плоскости, перпендикулярной направлению распространения, эквивалентны. Для естественного света Sj Ф О, S₂=S3=S₄=0, т. е. единственной его характеристикой является яркость.

Важным свойством параметров Стокса является их аддитивность при суперпозиции некогерентных пучков света. Иными словами, параметры полного пучка равны сумме параметров Стокса всех составляющих его пучков. Справедливо также и обратное: любую волну можно рассматривать как сумму независимых волн, которые можно выбирать различными способами.

Целью работы является изучение поляризации электромагнитной волны и исследование с помощью виртуальной лабораторной установки различных видов поляризации.

Подготовка к работе.

Краткие теоретические сведения.

В общем случае однородная плоская волна, которая распространяется в направлении оси z, имеет векторы и , лежащие в плоскости xOy фазового фронта. Эти векторы взаимно ортогональны, пропорциональны по величине и образуют с вектором Пойнтинга правую тройку векторов. Положение вектора в плоскости xOy может быть произвольным. Однако, вследствие того, что волна является гармонической с частотой и периодом колебаний , изменяющийся по величине и направлению вектор возвращается каждый период в исходное положение и рисует при этом своим концом на плоскости xOy замкнутую кривую, называемую годографом вектора . Вектор при этом однозначно определяется вектором и, при необходимости, всегда может быть найден.

Поляризация волны определяет закон изменения направления и величины вектора этой волны в данной точке пространства за период колебания. По форме годографа вектора определяют три вида поляризации монохроматических волн: линейная, круговая и эллиптическая.

Рассмотрим вектор , произвольно лежащий в плоскости xOy (рис.1):

. (1)

Рис.1. Вектор напряжённости электрического поля

Мгновенное значение модуля вектора

(2)

Угол вектора с осью x

(3)

Линейно поляризованной называют волну, у которой направление вектора остаётся неизменным с течением времени. Если начальные фазы суммируемых в выражении (1) ортогональных компонент поля совпадают или сдвинуты друг относительно друга на , то результирующая волна будет иметь линейную поляризацию. Действительно, подставив в (1) (где при и при ), имеем

, (4)

. (5)

Из (5) следует, что

, (6)

и что направление колебаний вектора образует с осью x угол , который определяется соотношением

,(7)

и, следовательно, не изменяется с течением времени (рис.2).

Рис.2. Линейно поляризованная волна

Плоскость, проходящую через направление распространения электромагнитной волны и вектор , называют плоскостью поляризации. Плоскость поляризации линейно поляризованной волны не изменяет своего положения с течением времени.

Поляризованной по кругу называют волну, у которой вектор равномерно вращается, описывая за время одного периода своим концом окружность.

Однородная плоская волна с круговой поляризацией получается в результате суперпозиции двух линейно поляризованных волн, имеющих взаимно перпендикулярные векторы с равными амплитудами и сдвигом начальных фаз на .

Пусть, например, составляющая отстает по фазе:

. (8)

В этом случае согласно (1) имеем:

, . (9)

Определим мгновенное значение модуля вектора этой волны:

. (10)

Таким образом, вектор постоянен по величине. Угол между осью и направлением вектора определяется соотношением

(11)

. (12)

Из (12) следует, что в каждой фиксированной точке наблюдения угол линейно возрастает по закону с увеличением , изменяясь на за время одного периода . Таким образом, при суперпозиция (1) определяет в точке равномерное вращение вектора с угловой скоростью в направлении по часовой стрелке, если смотреть в направлении оси z, т.е. в сторону составляющей, отстающей по фазе; конец вектора описывает при этом вращении окружность (рис.3). Можно также говорить, что направление движения волны и вращение вектора образуют правовинтовую систему.

Рис. 3. Волна правой круговой поляризации

Из (12) также следует, что в каждый фиксированный момент времени угол линейно уменьшается по закону с увеличением координаты , изменяясь на на расстоянии, равном . Таким образом, в момент времени вектор равномерно поворачивается с увеличением координаты в направлении против часовой стрелки, если смотреть в направлении распространения волны, делая один оборот на расстоянии . Концы векторов , относящихся к различным точкам оси z, расположены при этом на левовинтовой круговой спирали (рис.3).

Если положить в (1) и , то вместо (9) имеем:

, . (13)

и аналогичным путем вновь получаем однородную плоскую волну с круговой поляризацией. Однако, у этой волны в точке вектор равномерно вращается в направлении против часовой стрелки (рис.4), а направление движения волны и вращение вектора образуют левовинтовую систему. В момент времени концы векторов на оси z расположены на правовинтовой круговой спирали (рис.4).

Рис.4. Волна левой круговой поляризации

Условимся называть поляризацию правой (левой), если в фиксированной точке направление вращения вектора образует с направлением распространения волны правовинтовую (левовинтовую) систему.

Плоскость поляризации волны, которая поляризована по кругу, в каждой точке пространства равномерно вращается с течением времени.

Эллиптически поляризованной называют волну, у которой вектор вращается, описывая за время одного периода своим концом эллипс (рис.5).

Однородная плоская волна с эллиптической поляризацией получается в результате суперпозиции двух линейно поляризованных волн со взаимно перпендикулярными векторами во всех случаях, когда не выполняются рассмотренные выше условия возникновения линейной и круговой поляризаций.

Поле волны эллиптической поляризации также бывает правого или левого направления вращения. Для количественного описания такого поля вводят коэффициент эллиптичности , который равен отношению меньшей и большей полуосей эллипса

. (14)

Иногда определяют и угол между большей полуосью эллипса и осью x.

Для измерения поляризации электромагнитной волны применяют метод линейно поляризованной антенны. В качестве такой антенны может применяться полуволновый вибратор, открытый конец прямоугольного металлического волновода или пирамидальный рупор. Пусть при работе на излучение линейно поляризованная антенна создаёт поле . При работе на приём в поле произвольно поляризованного вектора на выходе антенны будет напряжение, пропорциональное скалярному произведению После пикового детектора с точностью до постоянного сомножителя получаем напряжение

, (15)

где - угол между векторами, - период колебания. Если поле линейно поляризовано, то будет максимально при и равно нулю при градусов. Если поле имеет круговую поляризацию, то будет неизменно при любом . При измерении в поле эллиптической поляризации получаем при изменении максимальное и минимальное значения напряжения, пропорциональные большей и меньшей полуосям эллипса поляризации соответственно. Заметим, что поворачивать линейно поляризованную антенну, меняя угол , надо так, чтобы её вектор лежал в плоскости фазового фронта исследуемого поля .

При автоматизации измерений линейно поляризованную антенну быстро вращают вокруг оси, направленной на источник исследуемого поля, меняя угол . На экране индикатора с синхронной с этим вращением круговой развёрткой в полярной системе отображается величина . По полученной на экране картине судят о поляризации поля.

Описание лабораторной установки.

Порядок выполнения работы.

Исследования выполняются в соответствии с выбранным вариантом. Исходные величины взять в таблице 1.

Таблица 1. Исходные параметры для исследования поляризации электромагнитной волны

Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4	Вариант 5
	20	30	45	60	70
	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
	45	20	80	30	60

Запустить лабораторную установку, ознакомиться с органами управления.

Исследовать поле линейной поляризации:

построить график полученной зависимости в полярных координатах. Определить по ней параметры поляризации;

Исследовать поле эллиптической поляризации:

построить график полученной зависимости. Определить по ней параметры поляризации;

Исследовать поле круговой поляризации:

построить график полученной зависимости. Определить по ней параметры поляризации;

Исследовать поле эллиптической поляризации с наклоненным эллипсом:

построить график полученной зависимости. Определить по ней параметры поляризации;

Объяснить полученные зависимости, опираясь на знание теории.

Оформить и защитить отчёт по работе.

Требования к отчёту.

Отчёт оформляется каждым студентом индивидуально. Он должен содержать краткое описание виртуального эксперимента, результаты измерений в виде таблиц и графиков, анализ результатов и выводы.

7. Контрольные вопросы.

1. Что такое поляризация электромагнитной волны?

2. Почему поляризация определяется только по вектору напряжённости электрического поля?

3. Какие бывают виды поляризации гармонической волны?

4. При каких условиях формируется поле линейной поляризации?

5. При каких условиях формируется поле круговой поляризации?

6. Чем отличаются поля правого и левого вращения?

7. Что такое коэффициент эллиптичности?

8. В чём суть измерения поляризации методом линейно поляризованной антенны?

9. Как можно сформировать поле линейной поляризации, наклонённое под 45 градусов к горизонту?

10. Какая фигура будет на индикаторе автоматического прибора измерения поляризации в линейно поляризованном поле?

11. Какая фигура будет на индикаторе автоматического прибора измерения поляризации в поле круговой поляризации?

Рекомендуемая литература

1. Баскаков С.И. Основы электродинамики. - М.: Советское радио, 1973. -248с.

2. Семёнов Н.А. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1973. -480с.

3. Красюк Н.П., Дымович Н.Д. Электродинамика и распространение радиоволн. - М.: Высшая школа, 1974. -536с.

4. Фальковский О.И. Техническая электродинамика. - М.: Связь, 1978. -432с.

5. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая электродинамика. - М.: Радио и связь, 2000. -536с.

Вопрос поляризации электромагнитных волн имеет практическое значение для задач распространения радиоволн и ориентации антенн в пространстве.

Поляризация электромагнитной волны – важная характеристика, определяющая направление вектора напряженности электрического поля, т.е. его ориентацию в фиксированной точке пространства (обычно это годограф вектора ).

В процессе распространения волны вектор в этой точке совершает колебательное движение. При этом конец вектора описывает некоторую кривую, по виду которой определяют вид поляризации. Различают три вида поляризации электромагнитных волн: линейную, круговую и эллиптическую.

Линейная поляризация

Линейно-поляризованной называют волну, у которой конец вектора в фиксированной точке пространства за период описывает прямую линию
(годограф –прямая). Примером такой волны являются плоские волны и волны излученные элементарным электрическим вибратором. Для примера рассмотрим электрическое поле плоской волны.

График Ex(z) в фиксированный момент времени представлен на рис. 3.7.

Рисунок 3.7 – Линейная поляризация

В фиксированном сечении вектор всё время остается параллельным оси Ox, а его конец за период колебания описывает прямую, параллельную оси Ox.

Так как в линейно-поляризованной волне векторы находятся в одной плоскости
(в нашем случае в плоскости xOz, то такую волну еще называют плоскополяризованной. Плоскость, проходящая через векторы и ,называется плоскостью поляризации.

Вопрос о поляризации ЭМВ в радиотехнике имеет весьма существенное значение. Так, например, если передающая (излучающая) антенна (вибратор) ориентирована вертикально, то излученная волна будет вертикально поляризована, поскольку вектор (рис.3.7)_.

Рисунок 3.8 – К вопросу о согласовании поляризаций передающей
и приемной антенн

Если в поле этой волны находится приемная (принимающая) антенна (вибратор), то наводимая в ней ЭДС определится

(3.13)

где α - угол между вектором и осью вибратора длиною l_прн.

Если приемный вибратор ориентирован вертикально (α=0), т.е. поляризация антенн одинакова (согласована) и ЭДС, наводимая в приемной антенне, максимальна (cos0°=1).Если же антенны взаимно перпендикулярны (a =90°), то ЭДС равна нулю (cos90°=0).
В этом случае говорят, что поляризация антенн не согласована.

Кроме вертикальной и горизонтальной поляризаций возможна наклонная поляризация электромагнитных волн как разновидность линейной поляризации (рис. 3.11,а).

Круговая поляризация

Волна, у которой конец вектора в фиксированной точке пространства за период описывает окружность, называется поляризованной по кругу (годограф –круг).Вектор электрического поля Ē по мере распространения волны вдоль оси z совершает вращательные движение, и его конец на плоскости х0у описывает круг
(рис. 3.9). Вращение Ē происходит с частотой ω. Волна с круговой поляризацией может быть получена в результате суперпозиции двух линейно-поляризованных волн при выполнении трех условий:

; ; .(3.14)

Рассмотрим такой случай. Пусть поле волны отстает по фазе от поля волны на угол , т.е. .

Запишем выражения для этих полей:

;

В вещественной форме эти две ЭМВ запишутся:

;

Мгновенное значение результирующего вектора изображено на рис. 3.9 и может быть описано:

. (3.16)

Рисунок 3.9 – Круговая поляризация

Угол между осью Ox и направлением мгновенного значения равен:

. (3.17)

Из (3.10) следует, что в каждой фиксированной точке наблюдения (z= const) угол α прямо пропорционален t, т.е. с течением времени α равномерно увеличивается. Следовательно, вектор, оставаясь постоянным по модулю, вращается с угловой скоростью и за период описывает один оборот .

Различают правополяризованную и левополяризованную волны. Круговую поляризацию принято называть правой, если вращение вектора происходит по часовой стрелке (если смотреть вдоль направления распространения волны). Таким образом, рассмотренная нами волна имеет правую круговую поляризацию.

Антенны с круговой поляризацией применяют, например, для осуществления устойчивой связи между наземным передатчиком и приемником, установленным на летательном аппарате (самолете, ракете и т.п.). Применение антенн с линейной поляризацией в данном случае нецелесообразно, так как антенна летательного аппарата в процессе его полета меняет свое пространственное положение и при рассогласовании поляризаций приемной и передающей антенн связь может нарушиться.

Начало XIX века для физики ознаменовалось развитием волновой теории света, которым занимались ученые Т. Юнг и О. Френель. В то время природа световых волн оставалась неизвестной. Изначально предполагалось, что свет является распространяющимися в некоторой гипотетической среде – эфире продольными волнами. Однако в процессе изучения явлений дифракции и интерференции вопрос о том, продольные или поперечные световые волны, стал второстепенен. На тот момент казалось невозможным, что свет – это поперечные волны, по той причине, что по аналогии с механическими волнами пришлось бы признать эфир твердым телом, ведь поперечные механические волны не обладают возможностью распространяться в газообразной или же жидкой среде.

Несмотря ни на что, постепенно копились свидетельствующие в пользу поперечности световых волн экспериментально полученные факты.

Еще в конце XVII века было обнаружено, что кристалл исландского шпата ( CaCO 3 ) обладает свойством, позволяющим ему раздваивать проходящие сквозь него лучи. Данное явление было названо двойным лучепреломлением (рис. 3 . 11 . 1 ).

Рисунок 3 . 11 . 1 . Прохождение света через кристалл исландского шпата (двойное лучепреломление). При повороте кристалла относительно направления первоначального луча оба луча, которые проходят через кристалл, тоже поворачиваются.

Поляризация света

Поляризация света - это явление выделения из пучка естественного света лучей с определенной ориентацией электрического вектора.

Как же получить поляризованный свет?

Французским инженером Э. Малюсом в 1809 году был открыт названный в его честь закон. В экспериментах Малюса свет последовательно пропускался сквозь пару одинаковых пластинок из турмалина (прозрачное кристаллическое вещество зеленоватого оттенка). Они могли поворачиваться друг относительно друга на угол φ , как это проиллюстрировано на рисунке 3 . 11 . 2 .

Рисунок 3 . 11 . 2 . Наглядный пример закона Малюса.

Интенсивность прошедшего света оказалась прямо пропорциональной cos 2 φ :

Двойное лучепреломление точно также, как и закон Малюса не может быть объяснено с точки зрения теории продольных волн. Для продольных волн направление распространения луча представляет собой ось симметрии. В них любые направления в плоскости, нормальной, то есть перпендикулярной, лучу, равноправны.

В поперечной волне, к примеру, в бегущей по резиновому жгуту волне, направление колебаний и перпендикулярное ему направление не равноправны (рис. 3 . 11 . 3 ).

Рисунок 3 . 11 . 3 . Поперечная волна в резиновом жгуте. Частицы совершают колебательные движения вдоль оси y . При повороте щели S затухнет волна.

Выходит, что асимметрия относительно направления распространения луча – это решающий признак, отличающий поперечную и продольную волны. Первым высказал догадку о поперечности световых волн Т. Юнг в 1816 году. Независимо от Юнга Френель тоже выдвинул концепцию поперечности световых волн, и даже смог обосновать ее с помощью большого количества опытов. Им была создана теория двойного лучепреломления света в кристаллах.

В середине 60 -х годов XIX века Максвелл, взяв за основу совпадение известных значений скоростей распространения света и электромагнитных волн, сделал вывод о природе света. Ученый решил, что свет – это частный случай электромагнитных волн. К тому времени экспериментальным путем была подтверждена поперечность световых волн. По этой причине Максвелл предположил, что она является еще одним важным аргументом в пользу его выводов насчет электромагнитной природы света.

Пропала необходимость во введении особой среды распространения волн – эфира, который приходилось рассматривать как твердое тело. Благодаря этому электромагнитная теория света приобрела должную стройность.

В условиях электромагнитной волны вектора E → и B → направлены перпендикулярно друг к другу и находятся в плоскости, которая перпендикулярна направлению распространения волны плоскости. (рис. 2 . 6 . 3 )

Рисунок 2 . 6 . 3 . Синусоидальная (гармоническая) электромагнитная волна. Векторы E → , B → и υ → взаимно перпендикулярны.

В каждом из процессов взаимодействия света с веществом электрический вектор E → играет основную роль. По данной причине его называют световым вектором.

Виды поляризации света

Если при распространении электромагнитной волны световой вектор сохраняет свою ориентацию, то подобная волна носит название линейно поляризованной или плоско поляризованной. Отметим, что термин поляризации волн ввел Малюс применительно к поперечным механическим волнам.

Плоскость, в которой колеблется световой вектор E → , носит название плоскости колебаний (то есть плоскость y z , изображенная на рисунке 2 . 6 . 3 ), а плоскость, в которой совершает колебание магнитный вектор B → , является плоскостью поляризации (плоскость x z на рисунке 2 . 6 . 3 ).

В случае, когда две поляризованные в двух взаимно перпендикулярных плоскостях монохроматические волны распространяются вдоль одного и того же направления, в общем случае результатом их сложения будет эллиптически поляризованная волна (смотрите рисунок 3 . 11 . 4 ).

Рисунок 3 . 11 . 4 . Сложение двух взаимно перпендикулярно поляризованных волн и образование эллиптически поляризованной волны.

В нормальной (то есть перпендикулярной) направлению распространения волны эллиптически поляризованной волне в каждой плоскости P конец результирующего вектора E → за период светового колебания обходит некоторый эллипс, носящий название эллипса поляризации.

Его размер и форма характеризуются амплитудами a x и a y линейно поляризованных волн и фазовым сдвигом Δ φ между ними.

Волна, обладающая круговой поляризацией ( a x = a y , Δ φ = ± π 2 ) представляет собой частный случай эллиптически поляризованной волны.

Данные, получаемые при просмотре рисунка 3 . 11 . 5 , дают представление о пространственной структуре эллиптически поляризованной волны.

Рисунок 3 . 11 . 5 . Электрическое поле в эллиптически поляризованной волне.

Линейно поляризованный свет производится лазерными источниками. В случае отражения или рассеяния свет может стать поляризованным. В частности, голубой свет от неба частично или полностью поляризован. Однако, свет, который испускают обычные источники, такие как, например, солнечный свет и излучение ламп накаливания, является неполяризованным. Свет, исходящий от подобных источников, в любой момент состоит из вкладов огромного числа независимо излучающих атомов, обладающими различной ориентацией светового вектора в волнах, которые они излучают. По этой причине в результирующей волне вектор E → хаотично меняет свою ориентацию во времени, из-за чего в среднем все направления колебаний получаются равноправными.

Неполяризованный свет также называют естественным светом.

В любой момент времени вектор E → может быть спроецирован на две взаимно перпендикулярные оси (смотри рисунок 3 . 11 . 6 ).

Рисунок 3 . 11 . 6 . Разложение вектора E → по осям О х и О у .

Это значит, что любую волну, вне зависимости от того, поляризованная она или же нет, можно представить в виде суперпозиции двух линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных направлениях волн: E → ( t ) = E x → ( t ) + E y → ( t ) . В поляризованной волне обе составляющие E x ( t ) и E y ( t ) когерентны, то есть разность фаз между E x ( t ) и E y ( t ) не претерпевает изменений, а в неполяризованной – некогерентны, значит разность фаз представляет собой случайную функцию времени.

Явление двойного лучепреломления света основывается на том, что в кристаллических веществах показатели преломления линейно поляризованных во взаимно нормальных направлениях волн, зачастую различны. По данной причине кристалл раздваивает лучи, которые проходят сквозь него так, как это показано на рисунке 3 . 11 . 1 . Два луча на выходе кристалла линейно поляризованы во взаимно перпендикулярных направлениях.

Кристаллы, в которых происходит двойное лучепреломление, называются анизотропными.

Прибегая к разложению вектора E → на составляющие по осям, можно объяснить закон Малюса (рис. 3 . 11 . 2 ).

У значительной части кристаллов поглощение света кардинально зависимо от направления электрического вектора в световой волне. Такое явление носит название дихроизма.

В частности, данным свойством обладают использованные в знакомых нам опытах Малюса пластины турмалина. При некоторой толщине пластинка турмалина практически полностью поглощает одну из взаимно перпендикулярно поляризованных волн (как, к примеру, E x ) и частично пропускает вторую волну (то есть E y ).

Направление колебаний электрического вектора в прошедшей волне является разрешенным направлением пластины.

Пластинка турмалина может применяться как для создания поляризационного света, то есть в качестве поляризатора, так и для анализа характера поляризации света, как анализатор.

В наше время часто применяются искусственные дихроичные пленки, называющиеся поляроидами.

Поляроиды пропускают практически всю волну разрешенной поляризации и не пропускают поляризованную в нормальном направлении волну. Исходя из всего вышесказанного, можно заявить, что поляроиды – это идеальные поляризационные фильтры.

Разберем последовательное прохождение естественного света через пару идеальных поляроидов П 1 и П 2 (рисунок 3 . 11 . 7 ), чьи разрешенные направления развернуты друг относительно друга на угол φ . Первый поляроид в приведенном тандеме занимает место поляризатора. Он преобразовывает естественный свет в линейно поляризованный. Второй поляроид применяется в качестве анализатора.

Рисунок 3 . 11 . 7 . Прохождение естественного света через два идеальных поляроида. y y ' представляет собой разрешенные направления поляроидов.

Обозначение амплитуды линейно поляризованной волны после прохождения света через первый поляроид в виде E 0 = I 0 2 приводит к тому, что пропущенная вторым поляроидом волна приобретает амплитуду E = E 0 cos φ . Таким образом, интенсивность I линейно поляризованной волны на выходе второго поляроида может быть записана в виде следующего выражения:

I = E 2 = E 0 2 cos 2 φ = 1 2 I 0 cos 2 φ .

Выходит, что в электромагнитной теории света закон Малюса находит естественное объяснение, чья основа заключается в разложении вектора E → на его составляющие.

Линейная поляризация

График Ex(z) в фиксированный момент времени представлен на рис. 3.7.

Рисунок 3.7 – Линейная поляризация

Рисунок 3.8 – К вопросу о согласовании поляризаций передающей
и приемной антенн

(3.13)

где α - угол между вектором и осью вибратора длиною l_прн.

Круговая поляризация

; ; .(3.14)

Рассмотрим такой случай. Пусть поле волны отстает по фазе от поля волны на угол , т.е. .

Запишем выражения для этих полей:

;

В вещественной форме эти две ЭМВ запишутся:

;

Мгновенное значение результирующего вектора изображено на рис. 3.9 и может быть описано:

. (3.16)

Рисунок 3.9 – Круговая поляризация

Угол между осью Ox и направлением мгновенного значения равен:

. (3.17)

Читайте также: