Лекция Поляризация электромагнитных волн. Когерентные волны. Интерференция электромагнитных волн. Реальные электромагнитные волны.

    Скачать с Depositfiles 

           3.2.3 Поляризация электромагнитных волн

Электромагнитные волны обладают свойством, носящим название поляризации. Если колебания вектора электрической напряженности  в плоскости, перпендикулярной к направлению распространения волны, происходят хаотически, во всевозможных направлениях, то волна называется неполяризованной (рис. 3.13,а). Если же колебания вектора происходят строго в одном направлении в указанной плоскости, то волна называется линейно поляризованной (рис. 3.13,в). Другими вариантами поляризации являютсячастичная поляризация (рис. 3.13,б), правая и левая эллиптическая поляризация (рис. 3.13,г-д), правая и левая круговая или циркулярная поляризация (рис. 3.13,е-ж).

Рис. 3.13 – Варианты поляризации электромагнитных волн

Плоскость, в которой происходят колебания вектора электрической напряженности , называется плоскостью колебаний линейно поляризованной волны. Перпендикулярная к ней плоскость, в которой колеблется вектор магнитной напряженности , называется плоскостью поляризации (рис. 3.14).

Рис. 3.14 – Плоскополяризованная (линейно-) электромагнитная волна

          3.2.4 Когерентные волны. Интерференция электромагнитных волн.

Волны одинаковой частоты, сохраняющие разность фаз постоянной, называются когерентными (рис. 3.15). В физике когерентностью называется скоррелированность (согласованность) нескольких колебательных или волновых процессов во времени, проявляющаяся при их сложении. Колебания когерентны, если разность их фаз постоянна во времени и при сложении колебаний получается колебание той же частоты.

Рис. 3.15 – Пример колебаний одинаковой частоты с постоянной разностью фаз

Строго гармоническая (синусоидальная) волна с постоянными во времени частотойамплитудой и начальной фазой называется монохроматической волной.

При суперпозиции (сложении) двух когерентных монохроматических волн, линейно поляризованных в одной плоскости, амплитуда суммарной волны будет зависеть от разности фаз складываемых волн согласно уравнению (3.11 – в данной лекции не рассматривается). Такое взаимодействие волн называется интерференцией. При этом результирующая волна линейно поляризована в той же плоскости, что и складываемые волны.

При суперпозиции двух когерентных монохроматических волн, линейно поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях, интерференции не происходит.

В общем случае, т.е. при разных амплитудах волн и произвольных сдвигах фаз между ними, проекция конца вектора электрической напряженности результирующей волны на плоскость, перпендикулярную к направлению распространения волн, описывает эллипс. Такая волна называется эллиптически поляризованной (рис. 3.13 и 3.16).

Рис. 3.16 – Примеры распространения линейно-поляризованной и эллиптически-поляризованной волн

Если амплитуды складываемых волн равны между собой, то вид эллипса зависит только от разности фаз этих волн. При разности фаз  эллипс превращается в круг, и волна называется поляризованной по кругу или циркулярно поляризованнойПри разности фаз  или  эллипс превращается в прямую линию и волна будет линейно поляризованной. Таким образом, линейная и круговая поляризации представляют собой частный случай эллиптической поляризации.

 

           3.2.5 Реальные электромагнитные волны

Представление о монохроматических колебаниях и волнах является удобной математической идеализацией или абстракцией. Реальные электромагнитные волны не являются монохроматическими, так как они имеют ограниченную длительность во времени и состоят из большого числа волн различных частот. Однако произвольную немонохроматическую волну, как указывалось выше, можно представить в виде совокупности монохроматических волн при помощи разложения Фурье.

Любой источник света – это скопление множества возбужденных или непрерывно возбуждаемых атомов. Генератор световой волны – это каждый отдельный атом вещества. Возбужденный атом излучает цуг волн, т.е. отрезок почти монохроматических волн конечной протяженности (рис. 3.17,б).

Рис. 3.17 – Примеры волн: а) одиночный импульс; б) цуг волн; в) непрерывная монохроматическая волна.

Характерной особенностью каждого элементарного источника является его самостоятельность, независимость от других атомов. Поэтому даже в том случае, когда отдельные цуги можно характеризовать одной и той же длиной волны , соотношение фаз между цугами волн, излучаемых отдельными атомами, имеют совершенно случайный характер и меняются от цуга к цугу.

Только в лазере, где используется вынужденное излучение, удается заставить все возбужденные атомы излучать электромагнитные волны согласовано. В результате образуется световая волна, близкая по своим свойствам к идеальной монохроматической – когерентная электромагнитная волна.

Излучение обычных источников света, таких, как раскаленные твердые и жидкие тела, возбужденные электрическим разрядом газы и т.д., представляют собой наложение огромного числа несогласованных между собой цугов волн, т.е. фактически «световой шум» — беспорядочные или, как говорят, некогерентные колебания электромагнитного поля.

 

    Скачать с Depositfiles