Круговая поляризация что это такое

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.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Студент — человек, постоянно откладывающий неизбежность. 10610 — | 7337 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.

Как с квантовой, так и с классической точки зрения, поляризация может быть описана двумерным комплексным вектором (вектором Джонса). Поляризация фотона является одной из реализаций q-бита.

Свет солнца, являющийся тепловым излучением, не имеет поляризации, однако рассеянный свет неба приобретает частичную линейную поляризацию. Поляризация света меняется также при отражении. На этих фактах основаны применения поляризующих фильтров в фотографии и т. д.

Линейную поляризацию имеет обычно излучение антенн.

По изменению поляризации света при отражении от поверхности можно судить о структуре поверхности, оптических постоянных, толщине образца.

Если рассеянный свет поляризовать, то, используя поляризационный фильтр с иной поляризацией, можно ограничивать прохождение света. Интенсивность света прошедшего через поляризаторы подчиняется закону Малюса. На этом принципе работают жидкокристаллические экраны.

Некоторые живые существа [1] , например пчёлы, способны различать линейную поляризацию света, что даёт им дополнительные возможности для ориентации в пространстве. Обнаружено, что некоторые животные, например креветка-богомол павлиновая [2] способны различать циркулярно-поляризованный свет, то есть свет с круговой поляризацией.

История открытия

Открытию поляризованных световых волн предшествовали работы многих учёных. В 1669 г. датский учёный Эразм Бартолин сообщил о своих опытах с кристаллами известкового шпата (CaCO₃), чаще всего имеющими форму правильного ромбоэдра, которые привозили возвращающиеся из Исландии моряки. Он с удивлением обнаружил, что луч света при прохождении сквозь кристалл расщепляется на два луча (называемых теперь обыкновенным и необыкновенным). Бартолин провёл тщательные исследования обнаруженного им явления двойного лучепреломления, однако объяснения ему дать не смог.

Через двадцать лет после опытов Э. Бартолина его открытие привлекло внимание нидерландского учёного Христиана Гюйгенса. Он сам начал исследовать свойства кристаллов исландского шпата и дал объяснение явлению двойного лучепреломления на основе своей волновой теории света. При этом он ввёл важное понятие оптической оси кристалла, при вращении вокруг которой отсутствует анизотропия свойств кристалла, то есть их зависимость от направления (конечно, такой осью обладают далеко не все кристаллы).
В своих опытах Гюйгенс пошёл дальше Бартолина, пропуская оба луча, вышедшие из кристалла исландского шпата, сквозь второй такой же кристалл. Оказалось, что если оптические оси обоих кристаллов параллельны, то дальнейшего разложения этих лучей уже не происходит. Если же второй ромбоэдр повернуть на 180 градусов вокруг направления распространения обыкновенного луча, то при прохождении через второй кристалл необыкновенный луч претерпевает сдвиг в направлении, противоположном сдвигу в первом кристалле, и из такой системы оба луча выйдут соединёнными в один пучок. Выяснилось также, что в зависимости от величины угла между оптическими осями кристаллов изменяется интенсивность обыкновенного и необыкновенного лучей.

Эти исследования вплотную подвели Гюйгенса к открытию явления поляризации света, однако решающего шага он сделать не смог, поскольку световые волны в его теории предполагались продольными. Для объяснения опытов Х. Гюйгенса И. Ньютон, придерживавшийся корпускулярной теории света, выдвинул идею об отсутствии осевой симметрии светового луча и этим сделал важный шаг к пониманию поляризации света.

В 1808 г. французский физик Этьен Луи Малюс, глядя сквозь кусок исландского шпата на блестевшие в лучах заходящего солнца окна Люксембургского дворца в Париже, к своему удивлению заметил, что при определённом положении кристалла было видно только одно изображение. На основании этого и других опытов и опираясь на корпускулярную теорию света Ньютона, он предположил, что корпускулы в солнечном свете ориентированы беспорядочно, но после отражения от какой-либо поверхности или прохождения сквозь анизотропный кристалл они приобретают определённую ориентацию. Такой «упорядоченный» свет он назвал поляризованным.

Параметры Стокса

В общем случае плоская монохроматическая волна имеет правую или левую эллиптическую поляризацию. Полная характеристика эллипса даётся тремя параметрами, например, полудлинами сторон прямоугольника, в который вписан эллипс поляризации A₁ , A₂ и разностью фаз φ , либо полуосями эллипса a , b и углом ψ между осью x и большой осью эллипса. Удобно описывать эллиптически поляризованную волну на основе параметров Стокса:

, , , .

Независимыми являются только три из них, ибо справедливо тождество:

.

Если ввести вспомогательный угол χ , определяемый выражением (знак соответствует правой, а — левой поляризации), то можно получить следующие выражения для параметров Стокса:

, , .

На основе этих формул можно характеризовать поляризацию световой волны наглядным геометрическим способом. При этом параметры Стокса , , интерпретируются, как декартовы координаты точки, лежащей на поверхности сферы радиуса . Углы и имеют смысл сферических угловых координат этой точки. Такое геометрическое представление предложил Пуанкаре, поэтому эта сфера называется сферой Пуанкаре.

Наряду с , , используют также нормированные параметры Стокса , , . Для поляризованного света .

См. также

Литература

• Ахманов С. А., Никитин С. Ю. — Физическая оптика, 2 издание, M. — 2004.
• Борн М., Вольф Э. — Основы оптики, 2 издание, исправленное, пер. с англ.,М. — 1973

Примечания

1. ↑ Некоторые люди также обладают способностью различать поляризаци света, в частности эти люди могут наблюдать невооруженным глазом эффекты, связанные с частичной поляризацией света дневного неба. Так описывает этот эффект Лев Николаевич Толстой в своей повести «Юность»:
   «и, вглядываясь в растворенную дверь балкона … , и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает;»
2. ↑http://www.membrana.ru/lenta/?8088

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Поляризация электромагнитных волн" в других словарях:

Поляризация — (франц. polarisation, первоисточник: греч. pólos ось, полюс) процессы и состояния, связанные с разделением каких либо объектов, преимущественно в пространстве. Поляризация вакуума Поляризация волн Поляризация электромагнитных волн… … Википедия

Поляризация волн — У этого термина существуют и другие значения, см. Поляризация. Поляризация волн характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. В продольной… … Википедия

Поляризация частиц — Поляризацией волны называется явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной … Википедия

Поляризация волны — Поляризацией волны называется явление нарушения симметрии распределения возмущений в поперечной волне (например, напряжённостей электрического и магнитного полей в электромагнитных волнах) относительно направления её распространения. В продольной … Википедия

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН — характеристика волн, определяющая пространственную направленность векторных волновых полей. Исторически это понятие было введено в оптике ещё во времена довекторных описаний и первоначально основывалось на свойствах поперечной анизотропии… … Физическая энциклопедия

Поляризация света — Поляризация для электромагнитных волн это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H. Когерентное электромагнитное излучение может иметь: Эллипс поляризации Линейную… … Википедия

Поляризация фотонов — Поляризация для электромагнитных волн это явление направленного колебания векторов напряженности электрического поля E или напряженности магнитного поля H. Когерентное электромагнитное излучение может иметь: Эллипс поляризации Линейную… … Википедия

Поляризация света — одно из фундаментальных свойств оптического излучения (См. Оптическое излучение) (света), состоящее в неравноправии различных направлений в плоскости, перпендикулярной световому лучу (направлению распространения световой волны). П. с.… … Большая советская энциклопедия

Поляризация волн — нарушение осевой симметрии распределения возмущений (например, смещений и скоростей в механической волне или напряжённостей электрических и магнитных полей в электромагнитных волнах) в поперечной волне относительно направления её… … Большая советская энциклопедия

ПОЛЯРИЗАЦИЯ ВОЛН — (франц. polarisation; первоисточник: греч. polos ось, полюс) нарушение осевой симметрии поперечной волны относительно направления распространения этой волны. В неполяризованной волне колебания векторов s и v смещения и скорости в случае упругих… … Большой энциклопедический политехнический словарь

Свет является одной из разновидностей электромагнитного излучения, поэтому его возможно охарактеризовать источником и направленностью. Кроме того, данное явление имеет двойственную природу: в одном пространстве оно представляет собой волну, а в другом – фотон.

Рисунок 1. Свет, поляризованный по кругу. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Поляризация света — это одно из важнейших свойств любого светового излучения, наблюдаемого в оптическом диапазоне.

При поляризации колебания частиц оптического вектора, направленных на поперечную поверхность, происходят в одной и той же плоскости. Другие составляющие в процессе отсекаются.

Так как свет – это электрическая и магнитная волна, то оно непосредственно зависит от электромагнитных осей напряженности.

Такие векторы всегда перпендикулярны друг к другу и создают условную среду, которая перпендикулярна основной линии распространения световой волны. Круговая поляризация света появляется в том случае, если все оси магнитной индукции и электрического поля движутся относительно направления пучка света.

Попробуй обратиться за помощью к преподавателям

В свою очередь, при колебаниях напряженности электрического поля в одном и том же пространстве возникает плоско-поляризованная волна. Ее второе название, отражающее тот же самый физический процесс – «линейно поляризованная».

Особенности круговой поляризации

Круговая поляризация света — одно из распространенных проявлений поперечной линии по отношению к направлению распределении электромагнитных полей анизотропии.

Этот эффект наблюдается в результате "поперечности" колебаний осей напряженности магнитной и электрической волны, при которой появление осевая симметрия луча невозможно. В пространстве возникают выделенные направления колебаний осей в плоскости после анизотропии электромагнитной волны. Из-за взаимной ортогональности веществ для детального описания состояния внутренних колебаний в волне достаточно использовать принцип действия круговой поляризации, в качестве которого выбирают обычно ось напряжённости электрического поля.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Сущность физического явления круговой поляризации волны света ясна из следующих рассуждений. Рассмотрим две абсолютно плоские монохроматические волны, имеющие одинаковую интенсивность, располагающуюся вдоль вектора декартовой системы координат. При сложении всех показателей когерентных изменение получается волна, в которой конкретный вектор вращается вокруг своей оси.

В световой волне вращение вектора напряжённости, которое происходит в направлении против часовой стрелки, носит название поляризованной по левому кругу. Соответственно, волна света, вращение оси напряженности которой осуществляется по часовой стрелки, называется поляризованной по правому кругу.

Две произвольные световые волны, поляризованные по двум направлениям, не могут взаимодействовать между собой, так как в их совместном наблюдении не возникает интерференционной картины. Это считается основанием относить эти процессы к волнам с ортогональной, постоянной поляризацией.

Из сказанного выше следует метод получения плоского светового излучения с круговой поляризацией. Для этого нужно просто сложить две плоские линейно поляризованные оси в соответствующих направлениях световые волны.

Получение кругового поляризованного света

Как известно из гипотезы колебаний, определенное состояние поляризации возникает при взаимодействии двух монохроматических перпендикулярных световых волн, имеющие равные частоты и распространяющиеся строго в одном направлении. Этот процесс происходит при определенных соотношениях их амплитуд и разности фаз.

Из вышеизложенного следует, что для получения кругового поляризованного света необходимо:

• получить две прямые перпендикулярные с одинаковыми амплитудами и монохроматические волны света равной частоты, движущиеся в одну сторону;
• создать между этими волнами разность фазовых амплитуд;
• пропустить линейно поляризованный свет с длиной волны через определенную плоскопараллельную пластинку толщиной, соответствующую параметрам кристалла.

В этом случае пластинка находится параллельно оптическому вектору. Круговая поляризованная световая волна во время попадания в тонкую пластинку, автоматически разбивается на две — обыкновенную и необыкновенную. Будучи линейно поляризованными, пучок света располагается во взаимно перпендикулярных средах, а волны приобретут на выходе из нее разность фаз.

Применение круговой поляризации

Чаще всего круговая поляризации используется для разработки различных оптических эффектов, а также в современном 3D-кинематографе, где это явление применяется для разделения ярких изображений, предназначенных левому и правому глазу.

Круговая поляризация внедряется в антеннах космических линий связи, так как для приёма сверхвысокого сигнала важно не только его положение устройства, а и плоскость приёмной и передающей частот. То есть вращение любого космического аппарата не повлияет на вероятность нормальной связи с ним. В наземных линиях зачастую применяется антенны линейной поляризации. Конструкцию круговой поляризации выполнить сложнее, так как само явление рассматривается только с точки зрения теорий. На практике задействуют антенны эллиптической поляризации — с правым или левым направлением вращения.

Круговая поляризация позволяет избегать двоение картинки при незначительных боковых наклонах головы и сохранять начальный стереоэффект. Также, данный эффект находит широкое применение в автомобилях: стекло фар всегда поляризовано в горизонтальной плоскости, а лобовое стекло — в вертикальной. Благодаря этому встречная машина не способна ослепить водителя ярким светом от фар.

Рисунок 2. Применение поляризации. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Без круговой поляризации не обходятся и современные фильтры для фотоаппаратов, а также и стереокино, которое снимается специальными камерами. Для просмотра необходимы стерео-очки. Правый и левый глаз видит изображение так, как его передают два объектива камеры. Создаётся впечатление невероятного объема кадра. Если же посмотреть на монитор без специальных очков, то картинки будет не резкими и смазанным. Чтобы получить поляризованное и качественное изображение на объективы камер, обязательно надеваются соответствующие светофильтры.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь