Состояния поляризации плоской монохроматической волны. Эллиптическая, круговая, линейная поляризации.

Только что рассмотренные волны вида , называются плоско/линейно поляризованными, так как в фиксированной точке конец вектора движется вдоль прямой. Введем также понятие плоскости поляризации – плоскости, в которой лежат вектора и орт , характеризующий направление распространения волны.

Такая «несправедливость» в выделении вектора обусловлена тем, что при взаимодействии световой волны с веществом/ зарядом описывается выражением , из которого следует, что при нерелятивистских скоростях влияние магнитного поля намного меньше, чем электрического. Экспериментально это подтверждается опытами Винера.

В силу принципа суперпозиции решением волнового уравнения в общем случае будет волна, у которой обе компоненты и отличны от нуля, то есть волна вида:

(2.6)

Положим компоненты поля гармоническими:

, (2.7)

задача состоит в ом, чтобы найти выражение, описывающее траекторию конца вектора в плоскости . Для этого в (2.7) исключим зависимость от времени, для чего введем обозначение и преобразуем - функции суммы углов:

Откуда

Возводя в квадрат и складывая, получим окончательно:

(2.8)

Последнее выражение описывает эллипс, показанный на рис.2.2.

Рис.2.2 Эллипс поляризации.

Это означает, что конец вектора в плоскости движется по эллипсу. Поэтому в общем случае плоская монохроматическая волна является эллиптически поляризованной.

Конец вектора может вращаться как по, так и против часовой стрелки. Если для наблюдателя, смотрящего навстречу пучку, вектор вращается по/ против часовой стрелке/ стрелки, то говорят о правой/ левой поляризации. Можно показать, что направление вращения определяется разностью фаз . Если , то имеет место правая поляризация, а если , то левая. Теперь разберем частные случаи в (2.8).

Линейная поляризация. Если , где , то эллипс вырождается в прямую, описываемую уравнением

Для и соответствующая картинка показана на рис.2.3.

Рис.2.3. Линейная поляризация световой волны.

Круговая поляризация. Если и , где , то получим окружность:

,

причем различаются правая и левая циркулярные поляризации. (См. рис.2.4).

Рис.2.4. Поляризованная по левому и правому кругу световые волны.

Можно показать, что сумма право и лево поляризованной волн одинаковой амплитуды дают линейную поляризацию.